Post by Andrei Tchentchik on Apr 2, 2019 18:59:03 GMT 2
#150- Dilatation du temps.
DILATATION DU TEMPS.
Par le professeur Antonio Paris
Qu'est-ce que la dilatation du temps ?
Une horloge précise pour un observateur peut être mesurée comme un tic-tac à une cadence différente de celle d’une horloge d’autre précision tout aussi précise. Cet effet ne résulte pas des propriétés techniques des horloges, mais de la nature même de l’espace-temps. Les horloges de la Station spatiale internationale (ISS), par exemple, fonctionnent légèrement plus lentement que les horloges de référence sur Terre. Cela explique pourquoi les astronautes de l'ISS vieillissent plus lentement, avec un retard de 0,007 seconde tous les six mois. Ceci est connu sous le nom de dilatation du temps, et il a souvent été confirmé et validé par de légères différences entre les horloges atomiques de l’espace et celles de la Terre, même si toutes fonctionnaient parfaitement. Les lois de la nature sont telles que le temps lui-même va se plier en raison de différences de gravité ou de vitesse, qui affectent le temps de manière distincte. Ce phénomène aura des conséquences importantes pour les voyages interstellaires ou intergalactiques.
Quelles sont les causes de la dilatation du temps ?
La dilatation temporelle est déclenchée par des disparités de gravité et de vitesse relative. Ensemble, ces deux facteurs jouent constamment dans le cas d’un équipage de vaisseau spatial. Lorsque deux observateurs sont dans des mouvements relativement uniformes et qu’ils ne sont influencés par aucune masse gravitationnelle, le point de vue de chaque observateur est que son horloge tourne plus lentement que la sienne. En outre, plus la vitesse relative est rapide, plus l'ampleur de la dilatation dans le temps sera importante. Ce cas est parfois appelé dilatation temporelle relativiste spéciale.
Le scénario du vaisseau spatial
Deux vaisseaux spatiaux se déplaçant l'un dans l'autre dans l'espace subiraient une dilatation du temps. Si l’équipage à l’intérieur de chacun pouvait en quelque sorte avoir une vue dégagée sur l’engin spatial de l’autre, les horloges de l’autre engin fonctionneraient plus lentement que les siennes. En d’autres termes, du référentiel de vaisseau spatial A, ses horloges fonctionnent normalement, alors que celles de vaisseau spatial B semblent fonctionner plus lentement (et vice-versa). Du point de vue local, le temps enregistré par des horloges au repos par rapport au référentiel local semble toujours passer au même rythme. Par exemple, si un nouveau vaisseau spatial, le vaisseau spatial C, voyage à côté du vaisseau spatial A, il est "au repos" par rapport au vaisseau spatial A. Du point de vue du vaisseau spatial A, le temps du vaisseau spatial semblerait également normal. Ici se pose une question qui fait réfléchir. Si les vaisseaux spatiaux A et B pensent tous deux que les horloges respectives tournent plus lentement que les autres, qui a le temps correct et qui aurait vieilli davantage?
Dilatation du temps et vol spatial interstellaire
La dilatation du temps permettrait à l'équipage d'un vaisseau spatial interstellaire à grande vitesse de voyager dans le futur tout en vieillissant beaucoup plus lentement, car une vitesse énorme ralentit considérablement le taux de passage du temps à bord [ii]. L'horloge de l'engin spatial afficherait moins de temps écoulé que les horloges de retour sur Terre. Pour des vitesses extrêmement élevées pendant un trajet, l'effet serait plus spectaculaire. Par exemple, une année de voyage interstellaire pourrait correspondre à dix ans en arrière sur Terre. Par conséquent, une accélération constante à un G permettrait théoriquement à un équipage humain de parcourir tout l'univers connu en une vie. Malheureusement, l'équipage pourrait revenir sur Terre des milliards d'années dans le futur. Les voyages interstellaires à haute vitesse auraient donc d’énormes implications d’un point de vue anthropologique et sociologique. L’équipage qui se porte volontaire pour une mission de cette ampleur et de cette rapidité devra accepter le fait que leurs proches, et peut-être même leur planète natale ou leur système d’étoiles, seraient décédés depuis longtemps [iii]. En raison de cet effet, les humains pourraient souhaiter voyager vers les étoiles proches sans passer toute leur vie à bord d'un vaisseau spatial interstellaire.
Le paradoxe des jumeaux
Dans ce paradoxe, un jumeau effectue un voyage interstellaire dans un engin spatial en mouvement rapide, mais lors de son retour sur Terre, il découvre que l'autre jumeau qui y est resté est décédé il y a des centaines ou des milliers d'années [iv]. jumeau en voyage; par conséquent, chacun devrait trouver l'autre avoir vieilli plus lentement. Le paradoxe peut toutefois être résolu dans le cadre de la relativité restreinte. Les frères et sœurs ne sont pas équivalents car le jumeau lors du voyage interstellaire a connu une accélération supplémentaire lors du changement de direction pour revenir sur Terre.
Prenons, à titre d’illustration, un vaisseau spatial interstellaire se déplaçant de la Terre à Proxima Centauri, le système stellaire le plus proche situé en dehors de notre système solaire et à quatre années-lumière de nous. À une vitesse de 80% de la vitesse de la lumière, les jumeaux observent la situation décrite dans les paragraphes suivants. Pour rendre le calcul moins compliqué, on suppose que la sonde a atteint sa vitesse maximale dès son départ de la Terre.
Le jumeau de l’engin spatial interstellaire verrait des images à basse fréquence (décalage rouge) pendant trois ans. Pendant cette partie du voyage, il verrait son homologue terrestre sur les images vieillir de 3/3 = 1 an. Lors de son retour sur Terre, il voit ensuite des images haute fréquence (décalage bleu) pendant trois ans. Pendant ce temps, il verrait son jumeau sur Terre vieillir de 3 × 3 = 9 ans. Lorsque le voyage interstellaire est terminé, l'image du jumeau sur Terre semblera avoir vieilli de 1 + 9 = 10 ans.
D'autre part, pendant neuf ans, le jumeau de retour sur Terre voit des images lentes (décalées vers le rouge) du jumeau de l'engin spatial, période pendant laquelle le jumeau de l'engin spatial vieillit dans les images de 9/3 = 3 ans. Le jumeau sur Terre voit alors des images rapides (décalées en bleu) pendant l'année qui reste jusqu'à ce que le vaisseau spatial revienne. Dans les images rapides, le jumeau de l’engin spatial vieillit de 1 × 3 = 3 ans. Le vieillissement total du jumeau du satellite dans les images reçues par la Terre est de 3 + 3 = 6 ans. Le jumeau du satellite revient donc un peu plus jeune.
Pour éviter tout malentendu, notez la différence entre ce que chaque jumeau voit réellement et ce qu'il calcule réellement. Chacun voit une image de son jumeau dont il sait qu’elle a été créée plus tôt et dont il sait qu’elle est décalée en Doppler. Il ne prend pas le temps écoulé dans l'image comme étant l'âge de son jumeau maintenant. S'il veut estimer quand son jumeau avait l'âge indiqué dans l'image, il doit déterminer à quelle distance se trouvait son jumeau lorsque le signal a été émis. En d'autres termes, il doit envisager la simultanéité pour un événement distant. S'il veut calculer la vitesse de vieillissement de son jumeau lors de la transmission de l'image, il modifie le décalage Doppler [v].
Dilatation du temps et communications avec la Terre
En théorie, la dilatation temporelle affectera également les réunions programmées entre l’équipage d’une mission interstellaire et les responsables de mission de retour sur Terre. Par exemple, les équipages devraient régler leurs horloges pour compter le nombre exact d'années écoulées, alors que le contrôle de mission sur Terre devrait compter plusieurs années de plus pour permettre une dilatation temporelle. Aux vitesses actuellement possibles, toutefois, la dilatation temporelle est trop triviale pour constituer un facteur de communication entre l'ISS et la Terre.
Implications pour les voyages interstellaires
La dilatation du temps aura des conséquences énormes pour l’équipage d’un vaisseau spatial et les responsables de mission de retour sur Terre. Nous devons par exemple prendre en compte l'âge des responsables de mission pour le retour de l'équipe sur Terre (ou pour les extraterrestres présumés rentrant sur leur planète d'origine) et si une mission interstellaire serait acceptée sur le plan sociologique. Prenons, par exemple, un vaisseau spatial se déplaçant à 99% de la vitesse de la lumière au centre de la Voie Lactée. Si tout se passe bien, l’équipage aurait vieilli environ 21 ans. Cependant, de retour sur Terre, plus de 50 000 ans se seraient écoulés (comme observé depuis la Terre). [Vi] Évidemment, tous ceux qui ont participé à la planification initiale de la mission, ainsi que les générations suivantes, seraient morts depuis longtemps.
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Ashby, Neil (2003). «La relativité dans le système de positionnement global». Revues vivantes en relativité relativity.livingreviews.org/Articles/lrr-2003-1/download/lrr-2003-1Color.pdf.
[ii] Toothman, Jessika (2012). “Comment les humains vieillissent-ils dans l'espace?” HowStuffWorks. Récupéré le 24/04/2012.
[iii] Calder, Nigel (2006). Univers magique: Un grand tour de la science moderne. Oxford University Press.
[iv] Miller, Arthur I. (1981). «Théorie spéciale de la relativité: émergence (1905) et première interprétation (1905-1911) d’Albert Einstein.» SOURCE?
[v] Wheeler, J .; et Taylor, E. (1992). Physique de l'espace-temps. 2e éd. New York: W.H. Freeman.
[vi] Calculateur de voyage interstellaire. spacetravel.nathangeffen.webfactional.com/spacetravel.php.
F I N .
DILATATION DU TEMPS.
Par le professeur Antonio Paris
Qu'est-ce que la dilatation du temps ?
Une horloge précise pour un observateur peut être mesurée comme un tic-tac à une cadence différente de celle d’une horloge d’autre précision tout aussi précise. Cet effet ne résulte pas des propriétés techniques des horloges, mais de la nature même de l’espace-temps. Les horloges de la Station spatiale internationale (ISS), par exemple, fonctionnent légèrement plus lentement que les horloges de référence sur Terre. Cela explique pourquoi les astronautes de l'ISS vieillissent plus lentement, avec un retard de 0,007 seconde tous les six mois. Ceci est connu sous le nom de dilatation du temps, et il a souvent été confirmé et validé par de légères différences entre les horloges atomiques de l’espace et celles de la Terre, même si toutes fonctionnaient parfaitement. Les lois de la nature sont telles que le temps lui-même va se plier en raison de différences de gravité ou de vitesse, qui affectent le temps de manière distincte. Ce phénomène aura des conséquences importantes pour les voyages interstellaires ou intergalactiques.
Quelles sont les causes de la dilatation du temps ?
La dilatation temporelle est déclenchée par des disparités de gravité et de vitesse relative. Ensemble, ces deux facteurs jouent constamment dans le cas d’un équipage de vaisseau spatial. Lorsque deux observateurs sont dans des mouvements relativement uniformes et qu’ils ne sont influencés par aucune masse gravitationnelle, le point de vue de chaque observateur est que son horloge tourne plus lentement que la sienne. En outre, plus la vitesse relative est rapide, plus l'ampleur de la dilatation dans le temps sera importante. Ce cas est parfois appelé dilatation temporelle relativiste spéciale.
Le scénario du vaisseau spatial
Deux vaisseaux spatiaux se déplaçant l'un dans l'autre dans l'espace subiraient une dilatation du temps. Si l’équipage à l’intérieur de chacun pouvait en quelque sorte avoir une vue dégagée sur l’engin spatial de l’autre, les horloges de l’autre engin fonctionneraient plus lentement que les siennes. En d’autres termes, du référentiel de vaisseau spatial A, ses horloges fonctionnent normalement, alors que celles de vaisseau spatial B semblent fonctionner plus lentement (et vice-versa). Du point de vue local, le temps enregistré par des horloges au repos par rapport au référentiel local semble toujours passer au même rythme. Par exemple, si un nouveau vaisseau spatial, le vaisseau spatial C, voyage à côté du vaisseau spatial A, il est "au repos" par rapport au vaisseau spatial A. Du point de vue du vaisseau spatial A, le temps du vaisseau spatial semblerait également normal. Ici se pose une question qui fait réfléchir. Si les vaisseaux spatiaux A et B pensent tous deux que les horloges respectives tournent plus lentement que les autres, qui a le temps correct et qui aurait vieilli davantage?
Dilatation du temps et vol spatial interstellaire
La dilatation du temps permettrait à l'équipage d'un vaisseau spatial interstellaire à grande vitesse de voyager dans le futur tout en vieillissant beaucoup plus lentement, car une vitesse énorme ralentit considérablement le taux de passage du temps à bord [ii]. L'horloge de l'engin spatial afficherait moins de temps écoulé que les horloges de retour sur Terre. Pour des vitesses extrêmement élevées pendant un trajet, l'effet serait plus spectaculaire. Par exemple, une année de voyage interstellaire pourrait correspondre à dix ans en arrière sur Terre. Par conséquent, une accélération constante à un G permettrait théoriquement à un équipage humain de parcourir tout l'univers connu en une vie. Malheureusement, l'équipage pourrait revenir sur Terre des milliards d'années dans le futur. Les voyages interstellaires à haute vitesse auraient donc d’énormes implications d’un point de vue anthropologique et sociologique. L’équipage qui se porte volontaire pour une mission de cette ampleur et de cette rapidité devra accepter le fait que leurs proches, et peut-être même leur planète natale ou leur système d’étoiles, seraient décédés depuis longtemps [iii]. En raison de cet effet, les humains pourraient souhaiter voyager vers les étoiles proches sans passer toute leur vie à bord d'un vaisseau spatial interstellaire.
Le paradoxe des jumeaux
Dans ce paradoxe, un jumeau effectue un voyage interstellaire dans un engin spatial en mouvement rapide, mais lors de son retour sur Terre, il découvre que l'autre jumeau qui y est resté est décédé il y a des centaines ou des milliers d'années [iv]. jumeau en voyage; par conséquent, chacun devrait trouver l'autre avoir vieilli plus lentement. Le paradoxe peut toutefois être résolu dans le cadre de la relativité restreinte. Les frères et sœurs ne sont pas équivalents car le jumeau lors du voyage interstellaire a connu une accélération supplémentaire lors du changement de direction pour revenir sur Terre.
Prenons, à titre d’illustration, un vaisseau spatial interstellaire se déplaçant de la Terre à Proxima Centauri, le système stellaire le plus proche situé en dehors de notre système solaire et à quatre années-lumière de nous. À une vitesse de 80% de la vitesse de la lumière, les jumeaux observent la situation décrite dans les paragraphes suivants. Pour rendre le calcul moins compliqué, on suppose que la sonde a atteint sa vitesse maximale dès son départ de la Terre.
Le jumeau de l’engin spatial interstellaire verrait des images à basse fréquence (décalage rouge) pendant trois ans. Pendant cette partie du voyage, il verrait son homologue terrestre sur les images vieillir de 3/3 = 1 an. Lors de son retour sur Terre, il voit ensuite des images haute fréquence (décalage bleu) pendant trois ans. Pendant ce temps, il verrait son jumeau sur Terre vieillir de 3 × 3 = 9 ans. Lorsque le voyage interstellaire est terminé, l'image du jumeau sur Terre semblera avoir vieilli de 1 + 9 = 10 ans.
D'autre part, pendant neuf ans, le jumeau de retour sur Terre voit des images lentes (décalées vers le rouge) du jumeau de l'engin spatial, période pendant laquelle le jumeau de l'engin spatial vieillit dans les images de 9/3 = 3 ans. Le jumeau sur Terre voit alors des images rapides (décalées en bleu) pendant l'année qui reste jusqu'à ce que le vaisseau spatial revienne. Dans les images rapides, le jumeau de l’engin spatial vieillit de 1 × 3 = 3 ans. Le vieillissement total du jumeau du satellite dans les images reçues par la Terre est de 3 + 3 = 6 ans. Le jumeau du satellite revient donc un peu plus jeune.
Pour éviter tout malentendu, notez la différence entre ce que chaque jumeau voit réellement et ce qu'il calcule réellement. Chacun voit une image de son jumeau dont il sait qu’elle a été créée plus tôt et dont il sait qu’elle est décalée en Doppler. Il ne prend pas le temps écoulé dans l'image comme étant l'âge de son jumeau maintenant. S'il veut estimer quand son jumeau avait l'âge indiqué dans l'image, il doit déterminer à quelle distance se trouvait son jumeau lorsque le signal a été émis. En d'autres termes, il doit envisager la simultanéité pour un événement distant. S'il veut calculer la vitesse de vieillissement de son jumeau lors de la transmission de l'image, il modifie le décalage Doppler [v].
Dilatation du temps et communications avec la Terre
En théorie, la dilatation temporelle affectera également les réunions programmées entre l’équipage d’une mission interstellaire et les responsables de mission de retour sur Terre. Par exemple, les équipages devraient régler leurs horloges pour compter le nombre exact d'années écoulées, alors que le contrôle de mission sur Terre devrait compter plusieurs années de plus pour permettre une dilatation temporelle. Aux vitesses actuellement possibles, toutefois, la dilatation temporelle est trop triviale pour constituer un facteur de communication entre l'ISS et la Terre.
Implications pour les voyages interstellaires
La dilatation du temps aura des conséquences énormes pour l’équipage d’un vaisseau spatial et les responsables de mission de retour sur Terre. Nous devons par exemple prendre en compte l'âge des responsables de mission pour le retour de l'équipe sur Terre (ou pour les extraterrestres présumés rentrant sur leur planète d'origine) et si une mission interstellaire serait acceptée sur le plan sociologique. Prenons, par exemple, un vaisseau spatial se déplaçant à 99% de la vitesse de la lumière au centre de la Voie Lactée. Si tout se passe bien, l’équipage aurait vieilli environ 21 ans. Cependant, de retour sur Terre, plus de 50 000 ans se seraient écoulés (comme observé depuis la Terre). [Vi] Évidemment, tous ceux qui ont participé à la planification initiale de la mission, ainsi que les générations suivantes, seraient morts depuis longtemps.
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Ashby, Neil (2003). «La relativité dans le système de positionnement global». Revues vivantes en relativité relativity.livingreviews.org/Articles/lrr-2003-1/download/lrr-2003-1Color.pdf.
[ii] Toothman, Jessika (2012). “Comment les humains vieillissent-ils dans l'espace?” HowStuffWorks. Récupéré le 24/04/2012.
[iii] Calder, Nigel (2006). Univers magique: Un grand tour de la science moderne. Oxford University Press.
[iv] Miller, Arthur I. (1981). «Théorie spéciale de la relativité: émergence (1905) et première interprétation (1905-1911) d’Albert Einstein.» SOURCE?
[v] Wheeler, J .; et Taylor, E. (1992). Physique de l'espace-temps. 2e éd. New York: W.H. Freeman.
[vi] Calculateur de voyage interstellaire. spacetravel.nathangeffen.webfactional.com/spacetravel.php.
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