La relativité du temps :

Vous devez sans doute connaître Albert Einstein, si ce nom ne vous évoque rien, sa théorie de la relativité doit vous parler, ou en tout cas il vous parlera dès que vous aurez lu ces lignes.

La théorie de la relativité dite générale (par opposition à celle restreinte que nous évoquerons plus tard) permet d’expliquer les phénomènes d’inertie et de gravitation. Dans sa théorie Einstein utilise un univers à 3 dimensions classiques auxquelles vient s’ajouter l’espace temps qui demeure le siège de tous les phénomènes de sa théorie. Il est nécessaire de bien comprendre le rôle de cet espace temps, base de sa théorie et de ce fait de la relativité.

Imaginons que cet espace temps soit un plan horizontal, à l’approche d’une planète ou d’une étoile (tout corps céleste) ce plan se déforme pour former une courbure. Au plus ce corps est lourd (masse imposante), au plus cette courbure appelée parfois dépression gigantesque est importante.

L’espace temps

Certains d’entre vous n’ont pas compris, voici une explication plus concrète :

Prenez un drap et un ballon, demandez à quelqu’un de tenir le drap avec vous de façon à ce que celui-ci soit tendu un maximum pour être horizontal. Une troisième personne laisse glisser un ballon de football sur ce drap, sans difficulté vous observez une courbure et bien cela représente exactement l’espace temps qui fonctionne à peu près sur le même principe.

J’entends déjà votre question : Quel est le rapport avec la relativité du temps ? Patience les choses ne sont pas si simples !

Ce changement de l’espace temps selon la présence et la masse d’un astre nous amène à la conclusion que l’espace et le temps ne sont pas similaires en tout point de l’univers. Ainsi, le temps sera différent sur la Terre et Vénus ou Mars… La différence de l’espace et du temps selon les astres et les planètes se révèle être une conséquence directe de la relativité : Le temps varie en fonction de notre vitesse. (La masse et la longueur également)

Même si les mathématiques sont un peu difficiles cette théorie est prouvée par une simple équation.

T=T’*racine de (1-(v²/c²))

T= Durée d’un phénomène lors du mouvement d’un corps

T’= Durée d’un phénomène dans un corps immobile

v= Vitesse du corps

c= Célérité (vitesse de la lumière dans le vide)

La formule vient d’un autre temps pour vous, sa difficulté est relative, traduisons :

La durée d’un phénomène lors du mouvement d’un corps est plus courte que la durée du même phénomène dans un corps immobile.

NB : Cette équation est valable également pour la longueur et la masse.

Vous avez compris la relativité du temps ???

Si non une petite illustration concrète contribuera à vous aider. Pour ceux qui sont au plus haut niveau de la relativité, nous leur signalons que l’exemple choisi est fait pour comprendre la relativité du temps et que nous savons qu’il est plus aisé de le démontrer avec la première théorie de la relativité d’Einstein (relativité restreinte). Néanmoins dans une volonté certaine de faire comprendre ce principe au maximum de personnes nous ne détaillerons qu’ultérieurement celle-ci.

Cet exemple vous étonnera à coup sur et vous permettra de comprendre.

Evoquons donc le paradoxe de Langevin pour les moins érudits paradoxe des jumeaux.

Prenons deux vrais jumeaux Louis et Louis’. Ils sont de mêmes structures physiologiques et de mêmes caractères. Louis reste sur Terre, désireux de goûter les plaisirs de la neige, son jumeau Louis’, lui est un explorateur et décide de partir explorer l’univers à bord de son vaisseau flambant neuf. La vitesse de sa fusée est proche de la vitesse de la lumière est constante (On ne comptera pas les phases de freinage et d’accélération). Les deux jumeaux avaient au préalable réglé deux horloges sans à peu près. Louis et Louis’ ont donc la même heure exactement. Louis’ part dans l’espace pour 10 ans et au bout de ces dix années décide de saluer son frère qui a dû bien bronzer lors des sports d’hiver. Oui mais voilà, à l’atterrissage Louis’ vieilli de 10 années, passées dans l’espace rencontre son frère Louis qui ne ski plus puisqu’il a déjà 50 ans !!!

Etonné ? Quelques explications complémentaires :

Si vous avez bien suivi, vous déduisez aisément que le vieillissement de l’un et pas de l’autre dépend de la vitesse. En effet, le temps universel n’existe absolument pas et le temps n’est pas applicable à tous les endroits de l’univers de la même façon. Il n’y a donc pas de simultanéité dans le temps comme l’expérience des vrais jumeaux nous l’indique. Si simultanéité il y avait, ils auraient eu la même face vieillie de 50 ans ! Pourtant le résultat est tout autre, on peut donc en conclure que le temps est relatif et absolument pas universel.

Les philosophes en herbe ou confirmés qui liront ce document nous diront qu’il y a des contradictions dans cette théorie et surtout que cela n’a jamais été réellement prouvé sur notre belle chère terre.

Eh bien nous leur disons : FAUX !

Prenez un concorde qui vol à la vitesse du son, réglez deux horloges parfaitement sans à peu près. Placez l’une dans l’avion et l’autre à côté de la piste de Roissy Charles De Gaulle. Faites faire le tour de la Terre à l’avion qui atterrira de nouveau à Roissy Charles De Gaulle au même endroit. En arrivant les deux horloges possèderont un décalage de 56 nanosecondes, certes c’est peu mais l’échelle de la Terre est minimale et le décalage constaté est suffisamment « grand » pour qu’il ne soit pas attribué à une erreur mécanique. Il faut retenir que la théorie d’Einstein n’est pas la seule : il existe sa première la relativité restreinte quant à nous, nous venons de vous expliquer sa seconde théorie de 1915, la relativité générale.

La relativité restreinte se base sur deux lois fondamentales : les lois de la nature sont identiques pour tous les observateurs de l’univers et la vitesse de la lumière est constante sans aucune variation, indépendante de tous mouvements des observateurs. Cette théorie ne concerne que les objets en mouvement rectiligne uniforme alors que la relativité générale concerne les objets en accélération et la gravitation. La conclusion de la théorie est simple, si la vitesse de la lumière appelée célérité est constante, c’est forcément le temps qui varie pouvant passer plus ou moins lentement d’un endroit à l’autre de l’univers. On dit que celui-ci peut se « contracter » ou se « dilater ». L’exemple qui illustre cette théorie est celui des vrais jumeaux qui est expliqué précédemment ici pour faciliter la compréhension du plus grand nombre, cet exemple étant assez simple et compréhensible facilement !

Pour conclure on peut affirmer que chaque système possède sont temps propre. L’idée du temps est donc relative d’où la relativité du temps. Ainsi 50 années sur la Terre ne seront pas égales à 50 années sur Vénus. On peut pousser plus loin la théorie et ainsi affirmer que 50 années à l’équateur ne seront pas égales à 50 années aux pôles.

Une dernière explication s’impose :

Le mouvement de la Terre est composé de la rotation autour du soleil et d’une autour de son axe avec une vitesse w. Prenons une personne située à la surface de la Terre, sa vitesse v dépend donc de la distance de ce point à l’axe de rotation ; la formule est donc la suivante :

v=w.r

v=Vitesse du point sur la Terre

w= Vitesse angulaire

r= Distance axe d’inclinaison et point sur la Terre.

Avec cette formule, on constate qu’un point à l’équateur tourne plus vite qu’un point situé aux pôles (Nord ou Sud) Précisons également que la distance entre l’axe d’inclinaison de la Terre et les pôles est nulle d’où une conclusion simple : un appareil de mesure du temps marchera plus lentement à l’équateur (r grand) que ce même appareil situé aux pôles (r nul). La différence est vraiment très faible mais elle est présente.

Dernière chose, si on vous parle des lois de Newton comme théorie de la relativité : la réponse est oui mais celles-ci se basent sur un principe totalement différent que celles d’Einstein, elles décrivent une force mettant un mouvement dans un espace euclidien. De ces deux théories valables, vous devez choisir celle qui conviendra le mieux. Ainsi pour mettre en orbite une fusée, les astronautes utilisent celle de Newton. (C’est un exemple parmi d’autre !!!)

Malgré la théorie de la relativité qui est basée sur la gravitation et la vitesse selon la relativité générale, une personne vivant au dernier étage d’un immeuble ne vieillira pas moins vite qu’une personne vivant au rez-de-chaussée et un piéton ne vieillira pas plus vite qu’un pilote de formule 1 !!!!

Thibault LEFEBVRE et Grégoire BOUQUET

Lycée St Jacques