De la force invisible de Newton à la toile courbe d'Einstein, plongée au cœur des plus grands mystères de l'Univers. Et si la Gravité et le Temps n'étaient, après tout, qu'une question de perception ?
I. Une idée de la Gravité.
Lorsqu’on dit qu’un objet tombe, vous pensez sûrement à la gravité. Or, qu’est-ce que la gravité ? Newton la définissait comme étant la force qui s’exerce entre deux objets ; ces objets s’attirent entre eux à cause de leur masse. Plus un objet A est massif et proche de l’objet B, plus l’attraction est forte. C’est lui qui, entre autres, a donné naissance à la formule de la gravitation :
Cette formule est composée de « G » qui est la constante de la gravitation (environ 6,67*10-11), « m1 » et « m2 » qui sont la masse de l’objet A et de l’objet B, et enfin « r » qui est la distance séparant ces deux objets. La lettre « F » signifie la force exercée entre l’objet A et l'objet B.
II. L'Espace-Temps d'Einstein.
Mais c’est au vingtième siècle, et plus précisément en 1916, qu’un homme révolutionna la physique moderne, en apportant au monde la plus belle théorie. Cet homme, c’est Albert Einstein et sa théorie de la Relativité Générale ! Elle bouleversa le monde entier, et même la théorie de la Gravitation de Newton.
Selon Einstein, si un objet tombe c’est à cause de la courbure de « l’espace-temps ». Expliquons ça un instant. L’espace a trois dimensions : la hauteur, la longueur et la largeur. Mais il manque quelque chose à cet « espace » : le Temps. Le Temps est la quatrième dimension. Non pas une dimension physique – ou matérielle si vous préférez – mais une dimension immatérielle. Ces quatre dimensions forment « l’espace-temps ». L’espace évolue par rapport au Temps ! C’est cela qu’a introduit Einstein. Donc pour revenir à la courbure de l’espace-temps, plus un objet est massif, et plus l’espace-temps sera courbé.
Très bien, nous avons quelques bases. Mais pourquoi la Terre tourne-t-elle autour du Soleil, par exemple ? Visualisons ça avec un bol. Si vous lancez une bille dans ce bol à faible vitesse, la bille ne fera peut-être qu’un quart de tour avant de tomber au fond. Mais si nous lançons maintenant la même bille avec un peu plus de force et de vivacité, on remarque que cette fois-ci, la bille a fait un ou deux tours complets avant de tomber au fond du bol. Bien. Réessayons une dernière fois. Lançons la bille de toute nos forces à une vitesse très élevée. Ça marche ! C’est bon ! La bille continuera de tourner. Elle ne s’arrêtera jamais de tourner ! C’est exactement le même phénomène entre la Terre et le Soleil. On peut imaginer que de par la masse du Soleil, l’espace-temps est courbé. Cette courbure représente le bol, et la Terre représente la bille. C’est le cas pour tout objet gravitant autour d’un autre objet plus massif.
(On notera cependant que si la bille, dans l'espace, n'arrête pas de graviter autour d'un objet, c'est parce que rien ne vient la freiner. Il n'y a pas d'air pour la ralentir. C'est le principe d'inertie.)
III. Le Temps.
Si nous comprenons maintenant l'espace grossièrement, nous n'appréhendons toujours pas le Temps. Qu’est-ce que le Temps ? Pouvons-nous voyager dans le Temps ? Le Temps peut-il être une dimension physique ? Ou le Temps n’est-il qu’illusion ?
Pour commencer, nous ne pouvons pas réellement définir le Temps - de façon précise, philosophique, de façon saisissable, comme disait Saint-Augustin. Malgré tout, on peut le définir en Relativité Générale : c'est la quatrième dimension, celle qui complète les trois de l'espace. Mais la question qui nous intéresse le plus est : Pouvons-nous voyager dans le Temps ? La réponse est oui ! Cependant, ne vous emballez pas trop rapidement. Selon la Théorie de la Relativité, il est possible de voyager vers le futur, mais pas dans le passé !
Prenons pour exemple le paradoxe des jumeaux. Imaginez que vous avez un frère jumeau. Il est sélectionné pour partir un an dans un vaisseau qui va à une vitesse proche de celle de la lumière - soit presque trois-cents-mille kilomètres par seconde ! En toute logique, il n’aura vieilli que d’un an et vous aussi. Mais la Relativité Restreinte prend le dessus. Il est vrai qu’il n’aura vieilli que d’un an. En revanche, vous... vous serez vieux ! Eh oui ! Pourquoi ? Parce que plus vous allez à une vitesse proche de la lumière, plus le temps ralentira. Vous remarquez depuis tout à l’heure que j’utilise une majuscule au mot « Temps ». Sauf dans la phrase : « [...] plus le temps ralentira. ». C’est tout simplement parce qu’avant je parlais du « Temps » en général. Ici, je parle du temps propre à chacun - car c'est l'implication de la Relativité Restreinte d'Einstein : chaque chose a sa propre horloge, son propre temps.
Enfin... revenons à nos jumeaux. Que se passerait-il si vous voyagiez à la vitesse de la lumière ? Eh bien le temps serait figé… Pourquoi ? Parce que si vous allez aussi vite que la lumière, vous allez à la même vitesse que le changement de toute chose, donc tout vous semble immobile.
On vient donc de voir que nous pouvons voyager dans le futur, mais qu’en est-il du passé ? Si vous voulez voyager dans le passé, il vous faut aller plus vite que la lumière. Or, ce n’est pas possible, d'après Einstein. Cela demanderait une quantité astronomique (qu’on considère infinie) d’énergie.
Bon. Le Temps est immatériel, on peut voyager dans le futur... Mais le Temps est-il une illusion ? Cette question métaphysique n’est pas que scientifique. Elle est également philosophique. Chaque personne a sa propre perception du Temps. Prenons pour exemple deux élèves dans un cours. L’un s’intéresse grandement au cours du professeur, l’autre s’ennuie. Ces deux élèves auront une perception complètement différente du temps. L’élève intéressé pense que le cours est passé rapidement, tandis que l’autre élève a vu lentement défiler les secondes. Ce qui signifie que le « temps personnel » est propre à chacun, selon les situations. Le Temps n’est donc pas une illusion à proprement parler, mais n’est plus qu’une question de perception.
Quoi qu'il en soit, la question de la nature de la Gravité et du Temps n'a pas fini de faire couler de l'encre. Ils sont, à eux deux, les choses les plus mystérieuses de l'Univers. Mais même si nous ne les comprenons pas encore, en attendant, prenons le temps de fermer les yeux, et de les rêver.
Par Quentin Lesage.
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