Albert Einstein était célèbre pour beaucoup de choses, mais sa plus grande idée est la théorie de la relativité. Cela a changé à jamais notre compréhension de l'espace et du temps.
Qu'est-ce que la relativité? Bref, c'est l'idée que les lois de la physique sont les mêmes partout. Ici, sur Terre, nous obéissons aux mêmes lois de lumière et de gravité que quelqu'un dans un coin éloigné de l'univers.
L'universalité de la physique signifie que l'histoire est provinciale. Différents téléspectateurs verront le timing et l'espacement des événements différemment. Ce qui pour nous est un million d'années n'est peut-être qu'un clin d'œil pour quelqu'un volant dans une fusée à grande vitesse ou tombant dans un trou noir.
Tout est relatif.
Relativité restreinte
La théorie d'Einstein est divisée en relativité restreinte et générale.
La relativité restreinte est venue en premier et est basée sur la vitesse constante de la lumière pour tout le monde. Cela peut sembler assez simple, mais cela a des conséquences d'une grande portée.
Einstein est parvenu à cette conclusion en 1905 après que des preuves expérimentales ont montré que la vitesse de la lumière ne changeait pas lorsque la Terre tournait autour du soleil.
Ce résultat était surprenant pour les physiciens car la vitesse de la plupart des autres choses dépend de la direction dans laquelle l'observateur se déplace. Si vous conduisez votre voiture le long d'une voie ferrée, un train venant vers vous semblera se déplacer beaucoup plus rapidement que si vous vous retourniez et le suiviez dans la même direction.
Einstein a déclaré que tous les observateurs mesureront la vitesse de la lumière à 186 000 miles par seconde, quelle que soit la vitesse et la direction dans laquelle ils se déplacent.
Cette maxime a incité le comédien Stephen Wright à demander: "Si vous êtes dans un vaisseau spatial qui voyage à la vitesse de la lumière et que vous allumez les phares, est-ce que quelque chose se passe?"
La réponse est que les phares s'allument normalement, mais uniquement du point de vue de quelqu'un à l'intérieur du vaisseau spatial. Pour quelqu'un qui se tient à l'extérieur et regarde le navire passer, les phares ne semblent pas s'allumer: la lumière sort, mais il se déplace à la même vitesse que le vaisseau spatial.
Ces versions contradictoires surviennent parce que les règles et les horloges - les choses qui marquent le temps et l'espace - ne sont pas les mêmes pour différents observateurs. Si la vitesse de la lumière doit être maintenue constante comme l'a dit Einstein, alors le temps et l'espace ne peuvent pas être absolus; ils doivent être subjectifs.
Par exemple, un vaisseau spatial de 100 pieds de long voyageant à 99,99% de la vitesse de la lumière apparaîtra à un pied de long pour un observateur stationnaire, mais il restera sa longueur normale pour ceux à bord.
Peut-être encore plus bizarre, le temps passe plus vite plus on va vite. Si une jumelle monte dans le vaisseau spatial à grande vitesse vers une étoile éloignée puis revient, elle sera plus jeune que sa sœur qui est restée sur Terre.
La masse dépend également de la vitesse. Plus un objet se déplace rapidement, plus il devient massif. En fait, aucun vaisseau spatial ne pourra jamais atteindre 100% de la vitesse de la lumière car sa masse augmenterait à l'infini.
Cette relation entre la masse et la vitesse est souvent exprimée comme une relation entre la masse et l'énergie: E = mc ^ 2, où E est l'énergie, m est la masse et c est la vitesse de la lumière.
Relativité générale
Einstein n'a pas fini de bouleverser notre compréhension du temps et de l'espace. Il a ensuite généralisé sa théorie en incluant l'accélération et a constaté que cela déformait la forme du temps et de l'espace.
Pour s'en tenir à l'exemple ci-dessus: imaginez que le vaisseau spatial accélère en tirant ses propulseurs. Ceux à bord resteront au sol comme s'ils étaient sur Terre. Einstein a affirmé que la force que nous appelons la gravité est indiscernable d'être dans un navire en accélération.
En soi, ce n'était pas si révolutionnaire, mais quand Einstein a travaillé sur les mathématiques complexes (cela lui a pris 10 ans), il a découvert que l'espace et le temps sont courbés près d'un objet massif, et cette courbure est ce que nous ressentons comme la force de gravité.
Il est difficile d'imaginer la géométrie courbe de la relativité générale, mais si l'on considère l'espace-temps comme une sorte de tissu, alors un objet massif étire le tissu environnant de sorte que tout ce qui passe à proximité ne suit plus une ligne droite.
Les équations de la relativité générale prédisent un certain nombre de phénomènes, dont beaucoup ont été confirmés:
- flexion de la lumière autour d'objets massifs (lentilles gravitationnelles)
- une évolution lente dans l'orbite de la planète Mercure (précession du périhélie)
- glissement du cadre de l'espace-temps autour des corps en rotation
- affaiblissement de la lumière s'échappant de l'attraction de la gravité (redshift gravitationnel)
- ondes gravitationnelles (ondulations dans le tissu spatio-temporel) provoquées par des explosions cosmiques
- l'existence de trous noirs qui emprisonnent tout, y compris la lumière
La déformation de l'espace-temps autour d'un trou noir est plus intense que partout ailleurs. Si la jumelle dans l'espace tombait dans un trou noir, elle serait allongée comme des spaghettis.
Heureusement pour elle, tout serait fini en quelques secondes. Mais sa sœur sur Terre ne verrait jamais cela se terminer - regardant sa pauvre sœur se diriger progressivement vers le trou noir au cours de l'âge de l'univers.
Cet article a été mis à jour le 2 juillet 2019 par Tim Childers, collaborateur de Live Science.
