Comment expliquer l’espace-temps ?

Certaines théories confirment que le temps passe moins vite dans l’espace plutôt que sur Terre. Il parait que l’espace lui-même fait ralentir le temps quand on fait un voyage spécial à une très grande vitesse. La notion du temps et de l’espace obéit à plusieurs lois physiques souvent inexplicables qui demandent observation, réflexion, analyse et démonstration. Einstein, Newton et Maxwell, les grands physiciens ont cherché à comprendre l’espace-temps en exposant chacun des théories analogiques. Mais comment expliquer l’espace-temps ?

Plusieurs théories à l’origine de l’espace-temps

L’espace-temps est au cœur même du fondement de l’Univers. On pensait ne jamais trouver une explication vraiment satisfaisante à ce phénomène jusqu’à ce que les physiciens et théoriciens tombent sur d’importantes découvertes. Certaines recherches et expériences ont en effet abouti à des résultats beaucoup plus concrets comme ceux qui ont été menés par le célèbre physicien Albert Einstein. D’autres scientifiques tels qu’Isaac Newton et James Clerk Maxwell ont aussi avancé des idées qui ont un lien avec la gravité et le mouvement des objets massifs dans l’espace. Mais dans tous les cas, il n’existe pas jusqu’ici des vérités absolues, ils se fondent uniquement sur des théories et des équations complexes.

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Tout ce que l’on peut retenir c’est que le temps est déterminé par la vitesse ainsi que par la gravité. La théorie de la relativité, le déplacement des objets massifs ainsi que la propriété de la lumière avaient alors un lien qui permettait de comprendre l’origine de l’espace-temps. Ainsi, les astres et les planètes ralentissent le temps, tout comme le temps s’écoule moins vite près de la mer plutôt que du haut du sommet d’une montagne. On peut même sentir une petite, voire une minuscule différence temporelle entre les pieds et la tête. Mais comment expliquer le lien entre la vitesse et la gravité ? En général, plus on roule à une très grande vitesse dans l’espace, plus le temps va au ralenti, cependant, une gravité même plus faible peut accélérer le temps.

La notion de l’espace-temps se définit comme un phénomène physique basé sur la théorie de la relativité d’Einstein et qui résulte d’un déplacement rapide à la vitesse de la lumière ainsi que du mouvement des masses.

Comment expliquer la naissance de l’espace-temps ?

Avant les études menées par Einstein, de nombreux scientifiques ont essayé de démontrer l’existence de l’espace-temps à travers des recherches, des prises de mesures ainsi que des expériences. Vers la fin du XIXe siècle, un travail de grande envergure a démontré la spécificité des composants de la lumière. On s’est donc penché sur une hypothèse stipulant que la vitesse de la lumière restait toujours constante peu importe les circonstances. Henri Poincaré, à la fois physicien et mathématicien, a même justifié cette hypothèse en 1898.
A la même époque, d’autres chercheurs affirmaient que les objets changeaient de masse et de taille selon leur vitesse. C’est en partant de ces constats que la loi de la relativité restreinte a vu le jour en 1905. Cette théorie explique que la vitesse de la lumière est restée la même pour tous les observateurs et que cela avait un rapport entre l’espace et le temps. Pour autant, le temps et l’espace obéissent alors au principe de la relativité restreinte et sont tous les deux modifiés par la vitesse d’un observateur.

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Il semblerait par la suite qu’Hermann Minkowski, un mathématicien allemand, ait trouvé la réponse au fondement de l’espace-temps et qu’il s’agissait d’un tissu unique, l’union des deux, c’est-à-dire du temps et de l’espace, et que sans cette union, la réalité n’a pas lieu d’être. Bien entendu, ce concept résulte des calculs en théorie de la relativité et celle des champs quantiques.

Comment imaginer l’espace-temps dans notre réalité ?

Selon Einstein dans sa théorie de la relativité générale, l’espace-temps ressemblerait à un papier de caoutchouc, beaucoup plus lisse et fluide, et le tissu de l’espace-temps comporte des courbes pouvant déterminer la force de gravité. Ainsi, les objets massifs notamment les êtres humains, le soleil ou la terre vont créer une déformation de ces courbes. Ces dernières vont donc limiter leur manière de se déplacer dans l’Univers étant donné que les objets vont empruntés les chemins le long de cette courbe. Ce mouvement résultant de la gravité agit sur le mouvement effectué le long des rebonds de l’espace-temps.

Une preuve plus concrète à l’issue d’une mission de la Nasa baptisée Gravity Probe B et lancée en 2011 a révélé l’existence de ce vortex spatio-temporel. Sa forme correspondait alors à la perception d’Einstein. D’ailleurs, les ondulations au sein même de l’espace-temps pouvaient justifier la forme des trous de ver. Mais cela reste d’autant plus inconcevable si on considère l’espace-temps comme une feuille de caoutchouc alors que ce dernier ne possède que deux dimensions. Ainsi, cette feuille ne représente pas uniquement les déformations dans l’espace mais aussi dans le temps. On peut certainement travailler sur des équations plus alambiquées mais tout cela semble dépasser toutes connaissances sur la réalité physique.

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Mais la réponse se trouve apparemment dans la relativité même si certaines explications sont incomplètes. La relativité devrait en effet être combinée avec la mécanique quantique, or ce n’est pas totalement le cas. On peut bien expliquer les particules subatomiques et leurs propriétés mais elles devraient avoir un étroit lien avec la force de gravité. La lumière est généralement composée de particules et de photons, et ces petits morceaux de lumière quantifiés composent ensuite l’Univers. D’autres théoriciens ont émis une autre hypothèse sur l’origine de l’espace-temps qui provenait de ces morceaux quantifiés et ainsi de permettre la liaison entre la relativité et la mécanique quantique.

Le lancement de la mission Grail Quest organisée par l’Agence spatiale européenne devrait être l’ultime recours afin de mesurer avec précision les puissantes explosions des rayons gamma autour de la planète. Cette investigation pourrait alors démontrer le fondement de la relativité de l’espace-temps et permettrait d’autant plus de percer tous les mystères sur l’Univers. Mais cela reste encore un projet futur qui ne sera sans doute pas mis en marche avant une décennie.