Qu’est-ce que le Continuum de l’Espace-Temps ?
» Continuum de l’espace-temps » peut sembler un terme lourd, mais ce n’est pas trop difficile à comprendre si nous le décomposons.
« L’espace-temps » est simplement une façon de voir l’espace et le temps comme des concepts entrelacés – deux parties d’un même ensemble. Albert Einstein a inventé le terme lorsqu’il a proposé la théorie de la relativité au début des années 1900.Vous pouvez localiser n’importe quoi et n’importe qui dans l’espace-temps en utilisant quatre coordonnées; les trois dimensions de l’espace (largeur, largeur et longueur) et le temps. Cela semble compliqué, non? Appliquons ces informations à un scénario pratique.
Disons que vous voulez rencontrer un ami. Pour ce faire, vous devrez définir un lieu et une heure de rendez-vous spécifiques. Planifier de « se rencontrer demain » ne suffit pas – vous devez spécifier quand et où vous souhaitez vous rencontrer. Donc, vous diriez probablement quelque chose comme ça; « retrouvons-nous demain à 10h00 au Johnson’s Park. »Cette simple demande est un exemple d’espace-temps en jeu ! Vous ne pouvez pas occuper un certain espace dans notre univers sans occuper également un temps spécifique – donc l’espace-temps!
« Continuum » est un mot fantaisiste qui fait référence à quelque chose qui dure pour toujours et qui ne subit que des changements progressifs en cours de route. Pensez à une carte gigantesque sans ruptures, lacunes ou espaces vides. Cette carte représente tout et tout le monde dans notre univers à chaque moment où il existe. Ce que vous venez d’imaginer, c’est le « continuum de l’espace-temps » en un mot!
Vous existez dans le continuum de l’espace-temps, aux côtés des étoiles dans le ciel, des planètes de notre système solaire et de l’appareil que vous utilisez pour lire cet article!
Qui a proposé le Continuum de l’espace-temps ?
Comme nous l’avons mentionné précédemment, Albert Einstein a inventé le terme espace-temps. Il a d’abord introduit le concept dans son article de 1905 « Sur l’électrodynamique des Corps en mouvement ». Les deux grands points à retenir de cet article (#1 les lois de la physique sont cohérentes dans tous les cadres de référence sans accélération, et #2 la vitesse de la lumière est constante dans le vide pour tous les observateurs) constituent la base de la Théorie de la relativité restreinte d’Einstein.
Vous avez probablement rencontré « E = mc2 » – ou « l’énergie est égale à la masse fois la vitesse de la lumière au carré » – à un moment donné de votre vie. Il s’agit de la formule d’équivalence masse-énergie, où « E » signifie « énergie », « m » représente « masse » et « c2 » symbolise la « vitesse de la lumière au carré ». Cette formule signifie simplement que les objets gagnent plus de masse plus vite ils se déplacent. Ainsi, si un objet approchait de la vitesse de la lumière, sa masse finirait par devenir infinie – avec l’énergie nécessaire pour le déplacer plus loin!
Comment la Théorie de la Relativité Générale Entre-t-Elle en Jeu ?
Einstein proposa plus tard la Théorie de la Relativité générale en 1916 pour expliquer comment la gravité et la masse affectent le continuum de l’espace-temps. Imaginez l’espace-temps comme un matelas et une planète comme une boule de bowling. Si vous placez la boule de bowling sur le dessus du matelas, elle courbera le tissu autour de lui-même. Si vous placez une balle de golf à côté de cette boule de bowling, elle tombera dans la bosse causée par l’objet plus grand.
Les objets énormes font la même chose à l’espace-temps. Plus un objet est grand, plus il plie l’espace-temps autour de lui-même, conduisant d’autres objets proches à se déplacer dans l’espace (et le temps) vers lui. C’est la gravité en un mot! La Terre, par exemple, est si massive qu’elle plie l’espace-temps pour nous maintenir à sa surface.
Le Voyage Dans Le Temps Est-Il Possible?
Après des siècles d’études intenses, la réponse de la communauté scientifique est toujours un retentissant « peut-être? »Nous devrons récapituler pour expliquer pourquoi. Einstein a découvert que la vitesse de la lumière est constante quelle que soit la vitesse à laquelle les autres objets se déplacent. Il a également appris que rien ne peut bouger plus vite que la lumière (sans gagner de masse infinie). Alors, considérez ceci; deux personnes se déplaçant à des vitesses différentes verront la lumière voyager exactement au même rythme. Cela amènera en fait ces personnes à vivre le temps différemment, aussi impossible que cela puisse paraître.
Vous voyez, le temps va ralentir lorsqu’un objet en mouvement rapide est comparé à un autre objet en mouvement moins rapide. Ce phénomène unique est appelé dilatation du temps. Plusieurs films majeurs (comme X-Men: Days of Future Past et Interstellar) montrent une dilatation du temps en action! De plus, si une personne montait à bord d’un vaisseau spatial et voyageait à la moitié de la vitesse de la lumière, elle vieillirait beaucoup plus lentement qu’une autre personne de retour sur Terre!
Des vitesses encore plus basses peuvent créer cet effet. Les scientifiques ont utilisé des horloges spéciales pour déterminer qu’un satellite en orbite autour de la Terre gagnait 38 microsecondes chaque jour. Le satellite a traversé le temps un peu plus lentement que les scientifiques sur Terre, ce qui soutient l’idée que les objets se déplacent dans le temps et l’espace les uns par rapport aux autres.
De nombreux scientifiques s’accordent à dire que la dilatation du temps est la seule forme possible de voyage dans le temps. Cependant, la théorie de la relativité d’Einstein inclut des trous de ver, ou des passages directs entre des points distincts de l’espace-temps. Un voyage plus rapide que la lumière pourrait être impossible au sens conventionnel du terme, mais un trou de ver entre deux points de l’espace-temps permettrait à un objet de passer instantanément de A à B! Les trous de ver sont actuellement une idée abstraite, mais les scientifiques pourraient comprendre comment les utiliser un jour.
Où Nous nous trompons dans l’espace-temps
Il y a quelques choses que la Théorie de la relativité d’Einstein et notre connaissance actuelle du continuum de l’espace-temps ne peuvent pas expliquer. Au niveau atomique, par exemple, les particules ne se déplacent pas toujours comme elles le devraient selon la relativité. De même, nous ne comprenons pas ce qui arrive à la matière lorsqu’elle tombe dans un trou noir – une région de l’espace qui a une densité pratiquement infinie. De nouvelles idées telles que la théorie des cordes tentent de faire fonctionner la relativité dans ces situations, tandis que le concept d’espace de phase suggère que tout le continuum de l’espace-temps pourrait être relatif!
Des esprits curieux nous ont aidés à développer notre compréhension actuelle du continuum de l’espace-temps. Nous sommes convaincus que les idées fausses d’aujourd’hui ouvriront la voie aux réponses de demain. Mais n’attendez pas qu’un autre physicien théoricien pousse l’enveloppe. Continuez à apprendre sur notre univers et contribuez personnellement au discours scientifique!