Voyage à la vitesse de la lumière

Bonsoir !!

Avis aux spécialistes,

J'ai souvent lu ce genre de petit scénario dans des ouvrages abordant la relativité, et c'est quelque chose que j'ai du mal à comprendre.

"Deux frères jumeaux naissent.

L'un reste sur terre, l'autre est envoyé en voyage à une vitesse proche de celle de la lumière.

50 ans plus tard, le voyageur revient: il est beaucoup plus jeune que son frère resté sur terre."

Bien sûr ce n'est que de la théorie... Mais est-ce vrai ?? Je serais ravi qu'on m'explique le phénomène.
Pour moi, le temps est le temps, une seconde est une seconde, et j'ai du mal à réaliser qu'un laps de temps donné soit plus court selon la vitesse à laquelle on se déplace.

Ce phénomène est avéré (sur une variation temporelle beaucoup plus ténue) en ce qui concerne les satellites GPS. Si on ne tenait pas compte de la relativité pour les satellites GPS et de chaînes TV, une marge d'erreur élevée fausserait tout.

La mesure du temps et de l'espace ce n'est pas absolu ni externe aux observateurs, ça dépend selon les observateurs.

Salut

Si ma mémoire est bonne, la même constatation avait été réalisée avec une horloge atomique embarquée dans un Concorde et le même modèle d'horloge resté à Terre. Après avoir parcouru une certaine distance à grande vitesse, il s'est avéré qu'il y avait une seconde de décalage entre l'horloge à Terre et celle dans l'avion, alors que les 2 horloges avaient été parfaitement synchronisées au départ.
Je ne trouve pas de source concernant cela, mais je me souviens d'avoir lu et entendu cela il y a très longtemps.
Cela prouverait donc qu'il serait possible de "voyager" dans le temps, en quelque sorte Ceci dit, cela montre qu'on peut aller dans le futur, et non revenir dans le passé.

Je ne sais pas si je suis dans le bon sujet donc pas de souci pour le déplacer.

Mon père m'avait passé un livre d'Hubert Reeves et il y avait un passage qui m'avait marqué.
N'ayant plus ce livre donc de mémoire, Hubert Reeves expliquait que si on regardait la Terre depuis une galaxie lointaine avec un méga télescope puissant, on ne nous verrait pas évoluer dans notre siècle actuel mais dans le passé (je crois qu'on remonterait dans le passé de plusieurs millions d'année).

Donc le temps que l'image arrive dans l'oeil de celui qui nous regarde depuis une autre galaxie, il s'est écoulé des millions d'année...c'est assez troublant à comprendre mais si fabuleux.

Le récit de clavius à propos d'horloges atomiques dans des avions est exact. Il s'agit d'une expérience réalisée en 1971.

Quant à l'affirmation d'Hubert Reeves, elle est juste. Plus les objets sont lointains, plus on les voit tels qu'ils étaient dans le passé. On voit le soleil actuellement en cet instant, par exemple, tel qu'il était il y a 8 minutes et 17 secondes, parce que la lumière met un certain temps pour parcourir une distance. L'image observable la plus ancienne possible a 13 700 000 000 années.

C'est justement une question que je me posais aujourd'hui, même si elle n'a pas vraiment de lien avec le sujet ci-dessus.

Le soleil est en effet à 8 minutes-lumière de nous.

Uranus, quant à elle, est à quatre heures-lumière de nous !!

Lorsque les astronomes voient Uranus pointer à l'horizon, sa position réelle est en vérité plus lointaine de quatre heures: ça n'est pas négligeable !! La planète se trouve en réalité plus haut vers le méridien !!

De ce fait, je me demandais, avec cette différence de quatre heures: lorsqu'on parle de la position réelle d'Uranus, considère-t-on la planète, ou bien sa lumière qui nous parvient ?

Si par exemple nous devions viser Uranus avec un laser, pour qu'il se réfléchisse sur un miroir posé dessus: en visant l'image de la planète, cela n'aurait aucune chance d'aboutir...

Imaginons un modèle réduit du système solaire évoluant en temps réel: doit on le bâtir selon ce que l'on voit sur Terre ? Dans ce cas le modèle serait d'autant plus faux que les astres nous sont éloignés...

Comment définit-on finalement la position des planètes ?

Je suis familiarisé avec les galaxies lointaines dont on observe un passé vieux de plusieurs millions d'années, voire plus.

Mais considérer ce décallage avec une "proche voisine", c'est finalement tout aussi troublant.

Quand on vise une planète avec un laser, il faut tenir compte de sa position apparente (dûe à la finitude de la célérité de la lumière), sa position réelle matérielle dans l'espace, et sa vitesse (car la planète aura bougé pendant le trajet du rayon laser).

Donc pour viser une planète en mouvement, il faut viser vers la position réelle future de la planète, de façon à ce que le rayon intercepte bien la planète à son arrivée.

Salut

La position d'Uranus varie très lentement dans le ciel terrestre, compte tenu de sa distance. Donc qu'elle soit à 4 heures lumière de nous ne change pas grand chose

Tout ceci est passionnant.

Je n'y avais finalement jamais songé, mais la relativité, la célérité de la lumière et son incidence sur l'espace-temps, s'appliquent déjà à l'échelle de notre système solaire.

Concernant l'horloge atomique embarquée en avion, j'en avais également entendu parler.

Toutefois j'ai encore du mal à saisir pourquoi le temps passe plus vite lorsqu'on se déplace plutôt que lorsqu'on est observateur.

Est-ce compréhensible sans trop d'équations compliquées ??...

Equation relativiste = transformation de Lorentz.

Je suis désolé mais je ne sais pas ce qu'est la transformation de Lorentz.

Evidemment, avec le Doc Emmett Brown en avatar, je ne suis plus du tout crédible !! :-)

Pour pouvoir expliquer la théorie de la relativité, on pourrait résumer avec les bases fondatrices de la théorie, mais ça risque d'être assez long à comprendre pour les néophytes.

Pour pouvoir aborder les transformations de Lorentz, on doit passer par les bases de la relativité, bref il faut démarrer les explications dès le commencement. Ensuite, quand on passe aux calculs, ça devient plus aisé à comprendre mais les auditeurs risquent de se perdre un peu...

Je vais résumer brièvement : à l'époque de Sir Issac Newton au XVIIe siècle, les gens pensaient que le temps et l'espace étaient absolus, et que la vitesse de la lumière était infinie, étant donnée que la Création était une oeuvre parfaite.
Ensuite, l'expérience de Michelson-Morley en 1887 a montré que la notion de vitesse relative (selon la loi d'additivité des vitesses) était erronée. Bref, le postulat principal énoncé par Einstein en 1905 est que la vitesse de la lumière est constante et indépendante de tout observateur. C'est là qu'intervient la transformation de Lorentz, de laquelle on peut établir une loi de composition des vitesses.

Voici un exemple de physique classique :

Je suis à bicyclette et ma vitesse par rapport au sol est de 20 km/h et je croise une voiture qui roule par rapport au sol à 100 km/h. La vitesse relative de la voiture par rapport à moi est donc de 100 + 20 = 120 km/h, c'est ce qu'on appelle l'additivité des vitesses, que l'on a cru longtemps valable.

Vitesse relative = vitesse de la bicyclette + vitesse de la voiture

En théorie de la relativité, l'addition des vitesses n'est plus valable quand les vitesses deviennent assez importantes.
On utilise alors l'équation de Lorentz :

soit VB = vitesse de la bicyclette
soit VV = vitesse de la voiture
soit C = vitesse de la lumière dans le vide

Vitesse relative = (VB + VV) / (1 + (VB*VV)/C²)

La transformation de Lorentz se rapporte aussi à un facteur relativiste noté ainsi : racine carrée de 1 - V²/C²
Ainsi, en relativité, les longueurs se contractent et les temps se dilatent, selon la vitesse, en utilisant ce facteur.

Docky a écrit:

Bonsoir !!

Avis aux spécialistes,

J'ai souvent lu ce genre de petit scénario dans des ouvrages abordant la relativité, et c'est quelque chose que j'ai du mal à comprendre.

"Deux frères jumeaux naissent.

L'un reste sur terre, l'autre est envoyé en voyage à une vitesse proche de celle de la lumière.

50 ans plus tard, le voyageur revient: il est beaucoup plus jeune que son frère resté sur terre."

Bien sûr ce n'est que de la théorie... Mais est-ce vrai ??

C'est le fameux paradoxe des jumeaux ce Langevin. Mais pour comprendre pourquoi c'est un paradoxe, il faut déjà comprendre la théorie de la relativité.

Docky a écrit:

Je serais ravi qu'on m'explique le phénomène.
Pour moi, le temps est le temps, une seconde est une seconde, et j'ai du mal à réaliser qu'un laps de temps donné soit plus court selon la vitesse à laquelle on se déplace.

Il faut comprendre que la théorie de la relativité part de deux postulats :
- tous les référentiels galiléens sont équivalents
- la vitesse de la lumière est identique dans tous les référentiels

A cause de ces postulats, tu arrives à déduire que l'espace et le temps sont relatifs.
Par exemple si tu as 2 observateurs A et B en mouvement rectiligne uniforme l'un par rapport à l'autre, muni d'une règle de même longueur, et d'horloge de même conception.

Et bien A va voir que son horloge bat plus vite que celui de B et que la règle de A est plus longue que celle de B (puisque B se déplace par rapport à A).
De la même façon B va voir son horloge battre plus vite que celui de A, et que la règle de B est plus longue que celle de A (puisque A se déplace par rapport à B).

Le paradoxe est que le jumeau B parti de la terre dans son vaisseau spatial revient plus jeune que A resté sur terre. Pourtant la théorie de la relativité stipule qu'il y a équivalence entre référentiel galiléen. (le mouvement est relatif, A se déplace par rapport à B à la vitesse v, donc B se déplace par rapport à A à la vitesse -v).

En fait les deux référentiels ne sont pas tout à fait équivalent puisque B doit subir une accélération pour revenir, donc il y a dissymétrie des référentiels (y en a un qui n'est pas galiléen).

En caclulant les intervalle d'espace-temps parcouru par les deux, l'on obtient une longueur propre (divisé par c, c'est le temps propre), c'est longueur est plus petite pour le voyageur, d'où un temps propre plus faible, c'est pourquoi il revient bien plus jeune.

Docky a écrit:

Toutefois j'ai encore du mal à saisir pourquoi le temps passe plus vite lorsqu'on se déplace

Faux, le temps passe exactement de la même manière que l'on se déplace ou pas.
La différence c'est lorsque tu regardes le temps passer dans un autre référentiel, tu verras un temps s'écouler plus lentement, tout comme dans ce référentiel s'il y avait quelqu'un regardant ton horloge, il le verrait battre plus lentement.

Docky a écrit:

plutôt que lorsqu'on est observateur.

Est-ce compréhensible sans trop d'équations compliquées ??...

Bien sûr, mais assez contre intuitif.
Tu peux lire :
- l'univers élégant (de Brian Greene) (il y a tout un chapitre consacré à la relativité)
- l'histoire d'une étrange idée : la relativité (Banesh Hoffmann), ça explique bien le principe de relativité de Galilée, et la relativité restreinte

Pour le niveau mathématique, un bon niveau de lycée est suffisant pour faire la plupart des calculs (contraction des longueurs, dilatation des durées, relativité de la simultanéité, composition des vitesses).

Je pense qu'un bon niveau L2 voire L3 en mathématiques (surtout en algèbre) est requis pour comprendre la structure algébrique de l'espace de Minkowski. Un ouvrage intéressant serait :
- La relativité restreinte : cadre théorique et applications de Mahdy Cissoko

Et je ne parle pas non plus des sites internet (wikipedia, futura-sciences, techno-science).

Je conseille aussi Le paysage cosmique, de L. Susskind, où il présente une THÉORIE intéressante. C'est au passage une bonne introduction à la physique liée à la théorie des cordes et à la physique des particules car c'est un livre de vulgarisation, donc destiné à des gens qui n'ont pas 30 ans d'études des mathématiques et de physique nucléaire ou quantique...

Je trouve que Leonard Susskind est un radical parmi les pro-cordistes. En effet, la découvert du paysage de la théorie des cordes a rebuté pas mal de physicien, puisque les physiciens ont découvert le caractère fondamental de la géométrie, et c'est elle qui pilote la nature des lois de la physique. Suivant la façon dont les dimensions supplémentaires s'enroulent en espace de Calabi-Yau, il émerge des lois physiques différentes. La découverte des 1e500 possibilités différentes ont découragé pas mal de physiciens.

Susskind pense que l'étendu du paysage explique justement les valeurs finement ajustées du modèle standard ainsi que la valeur de l'énergie du vide. C'est le principe anthropique.

Je trouve que cet ouvrage n'explique pas vraiment la relativité (mais je l'aurai bien recommandé dans un topic sur la théorie des cordes).

Dans un autre cadre, je recommande la lecture d'un autre ouvrage, qui nous invite à réfléchir sur l'espace et le temps via une autre théorie, qui est aujourd'hui considérée comme un héritage de la vision d'Einstein :
- Qu'est-ce que l'espace ? Qu'est-ce que le temps ? Carlo Rovelli

Bonjour; concernant l'image observable a 13 700 000 000 annees,j'aimerais que pulstars me dise de quelle image ii s'agit ; merci

Salut

Citation :

l'image observable a 13 700 000 000 annees

Aucune image n'est observable à cette distance.

Aucune image n'est observable a cette distance puisque la lumiere emise, et qui arriverait aujourd'hui doit traverser un espace non transparent.

L'image la plus ancienne est le fond diffus cosmologique ou rayonnement fossile a 2.73 Kelvin, elle date de 380 000 ans apres le Big Bang.

Apres retraitement cela donne :