III) Interviewons un expert...


Les pouvoirs et les capacités de Flash nous on mené à nous intéresser à l'espace-temps et à la relativité. Pour cela nous nous sommes tournés vers un spécialiste dans ce domaine: Étienne Klein.

Étienne Klein est un physicien français, il a obtenu un DEA de physique théorique et effectué un doctorat en philosophie des sciences. Maintenant il est directeur de recherches au CEA (Commissariat à l'Énergie Atomique) et dirige le Laboratoire de Recherches sur les Sciences de la Matière. Il a participé à divers projets scientifiques et est exerce également comme professeur. Il tient régulièrement des conférences, en effet l'année dernière il en a tenu une à Barcelone sur l'espace-temps.

Nous avons rapporté l'interview téléphonique que nous avons eu avec lui le 22 janvier 2011.

Notre TPE se base sur les super héros et un de ceux-ci est Flash, qui se déplace à la vitesse de la lumière.

Ça c'est impossible, sauf s'il a une masse nulle. S'il a une masse non nulle, il ne peut pas aller à la vitesse de la lumière.

Pourquoi?

Parce qu'en relativité, il n'y a que les objets qui ont une masse nulle qui vont à la vitesse de la lumière. Tous les autres vont à une vitesse plus faible. Mais la lumière va toujours, par rapport à eux, à la vitesse de la lumière. C'est-à-dire que même quand on va très vite, même si on se rapproche de la vitesse de la lumière, on ne peut pas se rapprocher de la lumière elle-même. C'est ça le principe de base de la relativité d’Einstein: c'est que tous les objets, quelque soit leur vitesse dans l'espace, verront les photons se déplacer à la vitesse de la lumière par rapport à eux. La logique habituelle consisterait à dire, si moi je cours parallèlement à la lumière, à une vitesse qui est égale à c/2, la vitesse de la lumière par rapport à moi se déplace à c/2 aussi. Or, c'est faux! C'est-à-dire quand je cours à c/2 la lumière par rapport à moi se déplace à c, quelle que soit ma vitesse en fait. Et pour pouvoir avoir la vitesse de la lumière, il faut avoir une masse nulle. C'est le cas du photon (de la lumière), par exemple, ou de particules qu’on appelle les « gluons », mais ce sont les seuls cas. Votre super héros peut aller à une vitesse égale à c moins quelque chose mais la vitesse de la lumière par rapport à lui sera toujours égale à c. Il ne pourra jamais rattraper la lumière, et encore moins la dépasser.

Donc la formule qu'on connaît d = vt, reste vraie dans le domaine de la relativité?

Oui mais cette vitesse ne peut pas être égale à c si l'objet a une masse non nulle. Quand vous écrivez v = d/t, si la particule a une masse non nulle on a v<c. Si cette particule a une masse nulle, v=c.

Pourrait-on voir une entité qui se déplace à la vitesse de la lumière?

Si, puisqu’on peut voir un photon..

Pour cette entité qui se déplace à la vitesse de la lumière ses perceptions des distances seront modifiées?

Si tu vas à une vitesse qui est proche de celle de la lumière ou à n'importe quelle vitesse, sa perception du temps est inchangée. C'est-à-dire que ton cœur va toujours battre à 60 pulsations/min, une seconde durera toujours seconde. Donc le fait d'être en mouvement ne change rien au temps pour toi.
Ce que tu emmènes avec toi c'est ce qu'on appelle ton temps propre, c'est-à-dire le temps qu'indique ta montre. Le temps qu'indique ta montre ne dépend pas de ta vitesse dans l'espace. Par contre, les distances et les longueurs que tu vas percevoir vont être modifiées. Par exemple, si tu te déplaces à une vitesse très élevée, au-dessus d'une règle qui faisait un mètre lorsque tu étais immobile, quand tu vas passer dessus alors que tu es mobile, elle va te sembler plus courte.

Et comment ça se fait?

C'est encore un effet de la relativité d’Einstein. Les distances sont contractées si tu te déplaces par rapport à elles à une grande vitesse. Les durées seront, elles, contractées. Par exemple, si pour toi il s'est passé deux secondes à ta montre entre tel évènement et tel autre évènement, pour quelqu'un qui n'est pas immobile par rapport à toi, quelqu'un par rapport auquel tu te déplaces, ces deux secondes seront pour lui dilatées : sa montre (son temps propre) indiquera trois, voir, cinq secondes (cette dilatation du temps dépend de sa vitesse par rapport à toi).

Le temps n'est pas absolu : il n'est pas le même pour tous les observateurs. Il y a autant de temps propres qu'il y a d'observateurs différents.

La masse serait-elle altérée par la vitesse?

La masse n'est pas altérée par la vitesse, ce qui est altéré c'est l'inertie. En physique Newtonienne la masse et l’inertie sont une seule et même chose : elles mesurent la difficulté qu’il y a à modifier le mouvement d'un corps. Plus un corps est massif plus il est difficile de le déplacer (ou de l'arrêter s'il est en mouvement). Mais en relativité, l'inertie et la masse sont deux choses différentes. Quand tu augmentes la vitesse d'un corps, sa masse reste constante mais son inertie augmente. Plus il va vite plus son inertie est grande et donc plus il est difficile de modifier son mouvement. Et quand il va très vite il devient impossible de l'accélérer parce que son inertie, ayant augmenté, on ne peut pas l'accélérer d'avantage. Donc plus un corps va vite, en relativité, plus il est difficile de le faire aller plus vite. C’est pourquoi on finit par atteindre une vitesse limite, une vitesse au-delà de laquelle on ne peut plus accélérer, et cette vitesse limite, c'est la vitesse de la lumière.

À de très grandes vitesses quelles sont les forces qui s'exercent sur celui que se déplace?

Les forces de la nature demeurent les mêmes. Il y en a quatre : la gravitation, la force électromagnétique, la force nucléaire faible, la force nucléaire forte. 

Quelle influence auraient les frottements de l'air pour quelqu'un qui se déplace à une grande vitesse?

Ben ça va chauffer!  

Justement, notre superhéros est entouré par une aura de force véloce qui le protège de ces frottements.

Il en a de la chance, votre super-héros. La chose doit être très épaisse, ou bien faite avec des matériaux inconnus aujourd'hui.  

On voudrait savoir comment vous définiriez le mot temps.

Le temps? Moi je dirais que c'est la chose au sein de laquelle on ne peut pas voyager. En fait tu ne peux pas quitter l'instant présent. Tu ne peux pas choisir librement ta position dans le temps. Donc, le temps se donne à nous par le fait qu'il est impossible de se déplacer en son sein. C'est ce qui l'oppose à l'espace. Parce que dans l'espace tu peux choisir ta position. Dans le temps tu ne peux pas.

Même en se déplaçant à la vitesse de la lumière?

Non. Si tu allais plus vite que la lumière tu pourrais voyager dans le temps mais justement, tu ne peux pas…  

Croyez-vous qu'il existe plusieurs dimensions?

Je ne pense pas qu'il existe plusieurs dimensions du temps mais je ne peux pas le prouver. Pour dire qu'il y a plusieurs dimensions du temps, par exemple, il faudrait savoir ce qu'est le temps physiquement et lorsqu'il apparaît dans une théorie qu'il y a plusieurs variables qui ont le même statut il serait possible de dire: « il y a plusieurs temps ». Mais le temps est défini comme étant unique pour nous. Je ne vois pas comment on pourrait faire apparaître plusieurs temps dans une théorie donnée. Je veux dire que pour un observateur donné, il y a un seul temps propre: c'est le temps qu'indique sa montre.
Mais tous les observateurs ont des temps propres différents en relativité. Donc tu peux dire: « soit il y a un seul temps propre pour chaque observateur, soit il y a autant de temps propres qu'il y a d'observateurs différents.» 

Peut-on parler de notion de temps pour un photon?

En fait, la relativité t'interdit de t'imaginer dans le référentiel d'un photon parce que le référentiel d'un photon n'est pas un référentiel Galiléen. Si tu outrepasses l'interdiction et si tu t'imagines à cheval sur un photon, tu verras que pour lui il n'y a pas de temps. Mais en réalité tu n'as pas le droit de dire que tu es à la place d'un photon. Disons que tu peux dire: « si on pouvait se mettre à la place d'un photon (ce que la relativité EXCLUT),alors on aurait l'impression que le temps n'existe pas. »

Et à une grande vitesse quelle serait la relation la plus précise entre le temps et l'espace?

C'est toujours la même. La distance parcourue c'est la vitesse multipliée par la durée. Simplement, la distance dépend du référentiel dans lequel tu es. C'est ça la nouveauté. En physique classique, celle que tu apprends au lycée, la distance est la même pour tous les observateurs: une longueur d'un mètre est un mètre que tu sois immobile ou en mouvement alors qu'en relativité la distance dépend de ta vitesse par rapport à l'objet correspondant. C'est-à-dire, si toi tu vois un mètre, un autre observateur qui est en déplacement par rapport à toi ne verra pas un mètre.

En conclusion sur ce super héros, on peut donc dire que comme il est impossible de se déplacer à la vitesse de la lumière, il va être impossible de voyager dans le temps.

En effet, il ne peut pas voyager dans son temps propre. Mais s’il va très vite, il se décalera temporellement par rapport à ceux qui ne se déplacent pas comme lui. Il peut en somme voyager dans le temps propre d’autres observateurs. 

 

=> M. Klein nous a conseillé de voir la conférence qu'Étienne Parisot a tenu lors du TEDx Paris . Celle-ci porte sur les quatre dimensions, donc sur l'espace-temps et comment basculer entre ces dimensions...

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