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Espace-temps

La vitesse cosmique

   Catégorie : matière et particules
Mise à jour 01 juin 2013

Dans une hypothèse audacieuse pour son temps, Isaac Newton (1643-1727) affirme en 1687, que la force qui attire la pomme vers le sol est la même que celle qui maintient la Lune autour de la Terre. Il unifie les cieux et la Terre en une théorie unique qu'il appelle 'gravité', du mot "poids" (gravitas) en latin. Cependant il n'a pas la moindre idée sur son fonctionnement. Au 19ème siècle, il y a d'un côté les partisans d'un monde mécanique obéissant aux lois de Newton et de l'autre les partisans d'un monde, basé sur l'électricité et le magnétisme. A cette époque on parle d'éther, présent dans tout l'espace, qui ne peut être vide et dans lequel se propage les phénomènes électromagnétiques et gravitationnels. Einstein avec la théorie de la relativité restreinte va rentrer dans ce débat, dès 1905.
C'est donc au début du 20ème siècle qu'un employé du bureau suisse des inventions techniques va résoudre le mystère, de la nature de la gravité.
A l'âge de 26 ans Albert Einstein (1879-1955) va faire une découverte stupéfiante. La vitesse de la lumière est la vitesse limite, que rien dans l'Univers ne peut dépasser.

 

Mais si rien ne peut se propager plus vite que la lumière, alors cela va à l'encontre de la vision Newtonienne de la gravité et de l'instantanéité. Or les équations de Newton permettaient de calculer parfaitement la trajectoire des planètes autour du Soleil. Il prédit dans sa théorie, qu'en cas de destruction du Soleil, les planètes sortiraient immédiatement de leurs orbites pour dériver dans l'espace. Il envisageait la gravité comme une force agissant instantanément à n'importe quelle distance. Einstein savait que la lumière ne se propage pas instantanément. A 299 792 km/s, il faut 8 mn aux rayons du soleil pour parcourir les 150 millions de km, qui les séparent de la Terre. Puisque que rien, pas même la gravité, ne peut voyager plus vite que la lumière, comment la Terre pourrait quitter son orbite avant que l'obscurité résultant de la disparition du Soleil, n'est atteint nos yeux ?
Einstein allait résoudre ce dilemme en donnant une image de l'univers dans laquelle la gravité n'excède pas la limite de vitesse cosmique. Tout en continuant à étudier des brevets le jour, il se lance dans une quête solitaire pour résoudre ce mystère.

 la gravité d'Einstein

Image : Einstein est né le 14 mars 1879 à Ulm, dans le Wurtemberg en Allemagne, et il est mort le 18 avril 1955 à Princeton, dans le New Jersey aux États Unis.
Einstein a donné une image de l'univers, dans laquelle la gravité n'excède pas la limite de vitesse cosmique, et ainsi redéfinit les concepts d'espace et de temps.

L'espace et le temps réunis

    

Einstein finit par lier les 3 dimensions de l'espace et la dimension unique du temps, dans un même tissu d'espace-temps.
Ce tissu quadridimensionnel d'espace temps "ressemble" à la surface d'un trampoline, distendue par les planètes et les étoiles. C'est cette déformation ou courbure de l'espace-temps dans les trois dimensions, qui crée ce que l'on ressent comme la gravité.
Une planète comme la Terre est en orbite parce qu'elle suit simplement les courbes du tissu spatial bosselé, déformé par la présence du Soleil et des planètes.
Avec cette nouvelle compréhension de la gravité nous savons maintenant que si le Soleil disparait, comme dans notre catastrophe cosmique, la perturbation gravitationnelle qui en résulte, va former une vague qui se propage à travers le tissu spatial de la même manière que des ondulations qui se propagent à la surface de l'eau quand on jette un galet dans une mare. Nous ne sentirions donc aucun changement dans notre orbite autour du Soleil jusqu'à ce que cette vague atteigne la Terre. De plus Einstein calcule que ces ondulations de gravité voyagent exactement à la vitesse de la lumière à 299 792 km/s.

 

Einstein va donner au monde une nouvelle image de ce qu'est réellement la force de gravitation. Ce sont des courbes et des distorsions dans le tissu même, de l'espace et du temps. Il appelle cette nouvelle image de la gravité, la relativité générale. Malgré son extraordinaire reconnaissance mondiale, Einstein se fixe un autre objectif immensément élevé, l'unification de la gravité avec la seule autre force connue à cette époque, l'électromagnétisme. L'électromagnétisme n'a été unifiée que quelques décennies auparavant en 1864 par l'écossais James Clark Maxwell (1831 - 1879), à travers 4 équations mathématiques. Cette théorie unifiée de l'électromagnétisme, explique le comportement des charges et courants électriques, des aimants ou des ondes électromagnétiques, telles que la lumière visible ou les ondes radio. Einstein est convaincu que s'il parvient à unifier sa théorie de la gravité avec l'électromagnétisme, il sera en mesure de formuler une équation qui peut décrire l'univers tout entier. Mais il n'y parviendra pas, car déjà un groupe de jeunes scientifiques dans les années 1920, allait imaginer une nouvelle théorie, la théorie des cordes, une manière très excentrique de penser la physique.

 la gravité et l'espace temps

Image : Ce tissu quadridimensionnel d'espace-temps, ressemble à la surface d'un trampoline, distendue par les planètes et les étoiles. C'est cette déformation ou courbure de l'espace temps, qui crée ce que l'on ressent comme la gravité.

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