Avec Roland Lehoucq…un voyage à la vitesse de la lumière !

2775934Jeudi 12 mars, l’aventure temporelle se poursuit avec un invité de marque, Roland Lehoucq, astrophysicien de renom, qui a accepté gentiment de prendre de son temps pour venir répondre à nos questions, toutes plus foisonnantes les unes que les autres ! C’est parti pour trois heures de rencontre, sans temps mort, totalement vertigineuses !

Est-ce que la gravité change le temps qui passe ?

[une première question des élèves qui nous met d’emblée dans l’ambiance…]

Dans le film « Interstellar », une heure sur une planète correspond à plusieurs années sur la Terre. Donc les gens qui vont sur cette planète ont moins vieilli que ceux qui sont restés sur la Terre. C’est un ressort dramatique du film mais est-ce possible ?

Explications : effectivement, la gravité influence l’écoulement du temps. Elle est liée à la chute des corps (Newton). Toutes les masses s’attirent entre elles (force de gravité de Newton qui dépend de la masse de la terre, de la distance de l’objet par rapport au centre de gravité de la Terre). Ex : sans air qui frotte, deux corps tombent à la même vitesse, quelle que soit leur masse (une plume et une enclume). Cela renvoie à la différence fondamentale entre le poids et la masse. La masse c’est la quantité de matière qui constitue un objet ; la masse est donc toujours la même dans l’espace, sur la Terre ou sur la Lune… Le poids mesure l’influence de la force de gravité sur la masse, force avec laquelle la Terre attire la masse. Le poids est donc différent sur la Terre ou sur la Lune mais leur force de gravité est différente. La gravité de la Lune est environ 6 fois moindre que celle de la Terre. Celle du Soleil est 26 fois supérieure à celle de la Terre. Tout se passe comme si le centre de gravité de la Terre « tirait » avec une force sur le centre de gravité de l’objet. Le fait que les planètes tournent autour d’une autre planète, c’est parce qu’elle sont attirées par elle. La gravité a été découverte par Galilée, grâce aux expériences qu’il a faites, puis par Newton qui l’a théorisée. Einstein a proposé une autre théorie de la gravitation plus générale que la théorie de Newton qui fonctionnait plutôt bien pour expliquer beaucoup de phénomènes mais qui ne fonctionnait pas pour expliquer certains phénomènes. Einstein a élaboré la théorie de la relativité générale qui montre que la gravité a une influence sur le temps. Theorie que l’on tente toujours de vérifier par des exepriences de plus en plus précises et qui valident toujours cette théorie. Une théorie n’est scientifique que si elle rend compte des apparences du monde et si elle fait des prédictions qui seront à plus ou long terme, vérifiées ou confirmées par des expériences.

note 3 mars 1031Ex : si on prend deux horloges, une sur la Terre et l’autre en satellite autour de la Terre, en orbite, de façon à ce que la première subisse davantage que la seconde, la gravité de la Terre. Ces horloges sont des horloges atomiques, d’une précision extraordinaire. Par cette expérience, on va observer un léger décalage entre les deux horloges, de l’ordre de 46 millionièmes de seconde par jour : l’horloge terrienne va subir plus que l’horloge satellitaire la gravité de la Terre et donc l’écoulement du temps. En quelque sorte, elle « vieillit » plus vite. Autrement dit, l’horloge au sol retardera par rapport à l’autre, située en altitude. Cette différence peut paraître dérisoire, parce qu’elle n’est pas perçue par nos sens d’humains, mais elle peut avoir de très importantes conséquences. Par exemple, elle peut engendrer des erreurs de positionnement par GPS de plusieurs kilomètres. Quel intérêt d’utiliser un GPS qui nous positionnerait à quelques kilomètres de notre position réelle ? Conséquence : il faut corriger cette erreur de calcul. Un GPS reçoit en effet des ondes radio envoyées par les satellites et en déduit sa position dans l’espace. Les ondes radio (comme la lumières) permettent de mesurer la distance parcourue par la lumière en x secondes : le temps mis par la lumière pour aller d’un point a un autre permet d’en déduire la distance entre ces deux points puisqu’on connaît la vitesse de la lumière (vitesse = distance / temps). Quatre satellites sont nécessaires pour avoir les quatre coordonnées d’un GPS dans l’espace-temps : altitude, latitude, longitude et heure. Ainsi, à cause de la différence dans l’écoulement du temps, de 46 millionièmes de seconde par jour, entre un satellite et la Terre, il faut corriger par le calcul la position du GPS, pour qu’elle soit correcte. note 3 mars 1037La vitesse de la lumière est de 300000km par seconde. La lumière est donc capable de faire 7,5 fois le tour de la Terre en une seule seconde. C’est Fizeau qui est un des premiers à mesurer la vitesse de la lumière et qui ont fait la différence entre la vitesse de la lumière, la vitesse du son et la vitesse de l’objet. L’effet Doppler-Fizeau est dû au mouvement relatif entre la source et l’observateur: il la perçoit plus bleue qu’elle n’est si elle vient vers lui, et plus rouge, si elle s’éloigne. En général, la vitesse d’un objet est relative selon la place de l’observateur. La vitesse d’un objet par rapport au sol et par rapport à un observateur fixe est la même ; elle est deux fois plus grande que la vitesse de l’objet au sol, pour un observateur qui croise l’objet à la même vitesse ; elle est nulle pour un observateur qui va à la même vitesse par rapport au sol que l’objet. Mais, en ce qui concerne la vitesse de la lumière, elle a la propriété particulière d’être la même quelle que soit la place et la vitesse de l’observateur. La vitesse de la lumière ne se compose pas avec les autres vitesses (elle ne s’additionne pas et ne soustrait pas aux autres vitesses). C’est dû à des propriétés fondamentales de l’espace : homogénéité de l’espace, isotropie, uniformité du temps et principe de causalité. Grâce à ces propriétés, on peut démontrer qu’il existe une vitesse identique dans tous les référentiels (vitesse invariante). Cette vitesse, on ne sait pas ce qu’elle est, mais on a montré que la vitesse de la lumière a ces propriétés. N’importe quel objet sans masse, comme une particule, a les mêmes propriétés que la vitesse de la lumière. Cette vitesse ne peut pas être dépassée. La vitesse de la lumière est très grande et finie. Est-ce qu’un observateur voit une réalité au même moment où celle-ci se produit ? Non, car il y a le délai de la vitesse de la lumière ; mais ce décalage, dans la vie courante (un clignement d’œil ou une voiture qui se déplace sur une route) n’est pas perceptible par les sens humains. [imaginons un personnage qui aurait la possibilité de percevoir ce décalage et qui, du coup, serait tout le temps en décalage avec les autres parce qu’il serait « calé » sur la réalité et non la perception que les autres en ont…].

Le « paradoxe des jumeaux » ?

note 3 mars 1036 Si on reprend l’expérience des deux horloges, avec une qui reste sur Terre et l’autre qui fait un grand voyage dans l’espace à très grande vitesse et qu’on revient sur Terre, chacune mesurant avec une grande précision la durée de leur voyage, on va pouvoir observer que l’horloge terrienne va trouver un temps plus long que celle qui a voyagé. L’horloge qui a voyagé a donc donc moins « senti » le temps terrien qui passe. En remplaçant les horloges par deux jumeaux, on pourrait montrer que celui qui est resté sur Terre a plus vieilli que celui qui a voyagé. [Les voyages forment la jeunesse !!!] C’est l’effet de dilatation des durées, montré par des expériences, qui vérifie la théorie d’Einstein (1905). La théorie d’Einstein est donc encore valide, parce que l’on n’a pas encore réussi à faire des expériences qui l’infirment.

Prédiction ?

note 3 mars 1035

La dernière heure, on part toujours plus loin, Roland Lehoucq nous parle de sa « prédiction », la sienne et celle de ses copains sur l’univers. Parce que lui, en tant que physicien, il n’aime pas trop les infinis. Les profs de maths réagissent: les infinis, c’est leur domaine ! Le ton est bon enfant, l’astrophysicien poursuit: les infinis, nous, ça nous titille !

Notre prédiction, c’est que l’univers est fini mais non-limité. Compliqué ! Le scientifique nous explique avec une simple feuille A4. Si on la regarde comme ça, elle est finie et bornée par ses bords. Si on la roule en cylindre, elle n’est plus bornée que de deux côtés. L’hypothèse, donc, c’est que l’univers est clos sur lui-même. Mais comment la confirmer ? L’explication devient de plus en plus complexe. Pour vérifier cette prédiction, on devrait voir, dans l’univers, des structures particulières, trouver des paires de cercles qui soient constitués d’un enchaînement chaud-froid toujours semblable.

Fascinant ! On se prend à espérer que l’on apprendra un jour que cette prédiction s’est réalisée !

En attendant, une question de Félix. SI l’on s’enferme dans un SAS et que le temps passe plus vite en extérieur, en imaginant que le SAS soit une fusée et que dix ans à l’intérieur équivalent à un million d’années sur Terre, pourrais-je découvrir des civilisations sur d’autres planètes qui n’existaient pas quand j’étais sur Terre. Le scientifique acquiesce et ajoute: » Si tu revenais, le monde aurait disparu ! » Il en profite pour nous conseille Tau Zéro, un roman de science-fiction de  Poul Anderson, qui relate une situation sensiblement identique…On note !

Mais alors le Temps, qu’est-ce que c’est ?

DSC_1326On retiendra que ce qu’on appelle une distance, dans l’espace, ne vaut que parce qu’elle est spatio-temporelle. Le Temps est donc…une distance !

L’heure a tourné, le temps, comme toujours, nous échappe !

Nous remercions chaleureusement Roland Lehoucq pour sa disponibilité, sa gentillesse, ses explications lumineuses et habitées et pour avoir su traduire son langage, celui des équations, en un verbe qui nous soit plus accessible…

Merci à Sandrine pour ses notes virtuoses des deux premières heures de rencontre !

La matière noire, nous a dit Roland Lehoucq, c’est l’invisible qui explique le visible…

Une autre définition de la poésie…

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