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Bonjour Monsieur Einstein,
Il y a quelques mois de cela, je suis tombé
par hasard sur un documentaire «E=mc2, biographie d'une équation» et je dois
vous dire que cela m'a vraiment passionné! À tel point que j'ai acheté le livre
que vous avez écrit, «La théorie de la relativité restreinte et générale» (qui
mieux que vous peut expliquer vos théories?). Mais il y a une chose que je n'ai
toujours pas comprise: la dilatation du temps. J'ai espéré y trouver des
réponses mais je dois avouer que votre livre est trop technique pour
moi.
J'ai donc fait des recherches sur internet en exposant la manière
dont je comprenais le paradoxe des jumeaux et en demandant à des personnes plus
compétentes que moi de m'expliquer ce qui n'allait pas dans mon raisonnement.
Tout le monde me répond soit en chipotant sur un détail tout en évitant le sujet
principal, soit en me citant des points de votre théorie sans m'expliquer ce qui
cloche. Un peu comme un écolier qui récite par cœur sa leçon sans la comprendre
parce que c'est considéré comme vrai (je ne dis pas qu'ils ne savent pas de quoi
ils parlent, loin de là).
Je sais beaucoup de choses sur la dilatation du
temps mais je ne les comprend pas.
N'ayant pas vos compétences en
physique ou en maths, j'espère que vous pourrez m'aider en m'expliquant les
choses de manière très simple et imagée par le biais d'exemples.
Passons
maintenant aux choses sérieuses.
J'ai lu ceci sur internet:
«[…]
On peut dire encore que les observateurs terrestres voyant l'horloge de la fusée
à travers le hublot constatent que cette horloge retarde (les horloges
terrestres doivent tourner γ secondes, donc plus d'une seconde, avant de
voir l'horloge de la fusée tourner d'une seconde). Pour dire les choses
rapidement, une horloge embarquée paraît ralentir. C'est cet effet qu'on appelle
la dilatation relativiste du temps. Il est à l'origine du paradoxe des jumeaux,
le jumeau revenant d'un voyage imaginaire à une vitesse proche de celle de la
lumière (ce qui est évidemment technologiquement impossible à réaliser pour le
moment) se retrouvant au retour plus jeune que son frère resté sur Terre,
puisque son horloge de voyageur aura moins tourné que celle du sédentaire
[…]»
Pour cela je suis d'accord; la lumière met un certain temps avant
d'arriver aux observateurs terrestres, donc ils voient l'heure de l'horloge de
la fusée en décalé par rapport à leur horloge. Mais pour moi, le temps reste le
même pour tous les observateurs, car je comprends par «dilatation du temps»,
«représentation lumineuse du temps à un instant t».
À partir de cette
ré-interprétation de ma part de la dilatation du temps, j'aimerais vous exposer
comment je vois les choses dans le paradoxe des jumeaux.
L'un, j1, s'en
va en fusée à la vitesse de la lumière (a priori nous ne pouvons pas
atteindre cette célérité, mais c'est juste pour l'exemple) et l'autre, j2, reste
sur Terre. Les deux frères se voient s'éloigner l'un de l'autre et vieillir
moins vite (pour cela, d'accord puisque pour j1, par exemple, il va aussi vite
que les rayons de lumière que j2 réfléchit, il a d'ailleurs l'impression que le
temps s'arrête pour j2 si sa vitesse est celle de la lumière).
Après un
an, j1 décide de faire demi-tour. Imaginons qu'il s'arrête net, avant de
repartir en sens inverse! Là, il voit j2 comme il l'a quitté un an plus tôt,
puisque la lumière de j2 ne fait plus la course égalitaire avec j1.
Mais
un an s'est écoulé, les rayons de j2 à l'instant où j1 s'arrête partent tout
juste de la Terre; il leur faudra un an avant d'arriver à j1 au point où il
s'est arrêté.
Maintenant, j1 repart vers la Terre à la vitesse de la
lumière. Il lui faudra donc un an pour revenir, sachant que lui voit, au moment
du retour, la lumière de j2 d'un an plus tôt. Il va donc en un an de voyage en
faire deux d'après ce que la lumière lui montre.
En fait, en un an de
voyage, il va voir deux ans de vie de j2, comme un film que l'on accélèrerait
deux fois plus vite, sans pour autant être plus ou moins vieux. D'ailleurs,
s'ils avaient eu chacun une horloge mécanique synchronisée au départ (date et
heure), au retour de j1, les horloges auraient indiqué le même temps. C'est
uniquement l'interprétation de la lumière à un instant t qui est en cause, pas
le temps.
Voila comment moi, je vois les choses, mais la théorie des
jumeaux dit que «au final, c'est celui qui a fait l'aller-retour dans la fusée
qui a vieilli moins vite que celui qui est resté sur Terre». Et à la vitesse où
la fusée de j1 a voyagé, il aurait d'après vous fait un voyage dans le temps de
plusieurs milliers d'années.
Et c'est là que pour moi, cela n'a pas de
sens.
Je vous remercie infiniment pour tous le temps que vous me
consacrez et toute l'aide que vous
m'apporterez.
Cordialement,
Yann
Cher ami,
Malgré mon indisponibilité temporaire et bien entendu
déplorable, votre missive m'est parvenue, par je ne sais quel biais. Les
mécanismes internes de Dialogus me sont à jamais mystérieux; aussi, il y a bien
longtemps que j'ai renoncé à tenter de les comprendre. Déjà, le simple fait de
vous écrire m'échappe totalement.
Le fait demeure malgré tout que vous
pouvez me poser vos questions, et pour cela je ne peux que vous remercier de
vous intéresser à mon apport scientifique et à mes ouvrages. En dehors de mes
publications scientifiques plus techniques, j'ai toujours eu le plus grand
respect pour le lecteur de mes livres de vulgarisation. Je tente dans ceux-ci
d'expliquer les phénomènes naturels reliés à la théorie de la relativité en
utilisant le moins d'équations possible. Je conçois que cette attention de ma
part soit due au fait que je désire m'adresser au public le plus large possible.
Cependant, il faut bien avouer que certains lecteurs plus avancés n'y trouveront
pas leur compte. Vous m'en voyez désolé.
Je tiens à vous remercier pour
votre question, qui me permettra à nouveau de donner quelques explications en
rapport avec ce que mon ami Langevin a nommé «le paradoxe des jumeaux». Si vous
êtes familier avec les diagrammes d'espace-temps, je peux vous dire que l'on
peut assez facilement les utiliser pour comprendre la résolution de ce paradoxe.
Mais avant même d'aller plus loin, je trouve qu'il est de la plus haute
importance de vous rappeler et d'insister que le champ d'application de la
relativité restreinte et de ses effets (dilatation du temps, contraction des
longueurs, simultanéité) fonctionne pour tous les référentiels galiléens en
mouvement rectiligne uniforme. La plupart des exemples donnés pour comprendre la
relativité restreinte devront respecter cet a priori, c'est-à-dire
qu'aucun référentiel n'est privilégié par rapport à l'autre.
Dans l'exemple du paradoxe des jumeaux, ce principe de
relativité restreinte n'est pas respecté. Du simple fait
que la fusée emportant le jumeau que vous nommez j1 part et
revient, il faut obligatoirement supposer le non-respect du mouvement
rectiligne uniforme. La fusée part, effectue un demi-tour, et
revient. De ce fait, elle n'est plus, à au moins deux reprises
(puisqu'il faut considérer les phases de
décélération et d'accélération) dans
le même repère galiléen que j2 resté sur
Terre. L'un des repères devient privilégié par
rapport à l'autre, et la résolution du paradoxe tombe
alors dans le champ d'application de la relativité
générale, qui prend en compte les phases
d'accélération et de décélération.
Lorsque l'on rapporte j1 et j2 sur un diagramme d'espace-temps,
cette explication devient claire. Je vous invite à continuer vos
recherches en incluant cette notion.
J'espère de tout cœur avoir apporté quelques
lumières sur vos interrogations.
Albert Einstein |
