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Christof (11 ans):
Pourquoi ne vieillit-on pas quand on se déplace à la vitesse de la lumière?
Il est vrai que les particules de lumière (photons) ne vieillissent pas, parce qu'elles se déplacent à la vitesse de la lumière dans le vide.
En 1905, Albert Einstein, qui travaillait alors à Berne en tant qu'expert à l'Office des brevets, a eu une révélation fondamentale : si des observateurs se déplaçant à des vitesses différentes mesurent la vitesse d'un rayon lumineux, ils obtiendront tous exactement la même valeur, c'est-à-dire c = 299 792.458 km/s. On appelle cela le principe de la constance de la vitesse de la lumière. Ce principe nous semble inhabituel, car il ne s'applique pas aux vitesses inférieures à celle de la lumière. Un piéton qui se dirige vers un cycliste mesurera une vitesse du vélo plus élevée qu'un piéton qui avance dans la même direction que le cycliste.
La constance de la vitesse de la lumière, comme l'a montré Einstein, entraîne des conséquences radicales pour notre vision physique du monde. Nous devons notamment abandonner l'idée d'un temps absolu qui s'écoule de manière uniforme dans tout le cosmos. Le temps n'est pas absolu, les horloges en mouvement vont moins vite que les horloges au repos. Ce phénomène, appelé dilatation du temps, concerne tous les processus physiques, donc également les processus de vieillissement de notre corps. Il existe à ce sujet une hypothèse bien connue: imaginons deux personnes du même âge, par exemple des jumeaux. L'un des jumeaux monte dans une superfusée qui se déplace dans l'espace à 99% de la vitesse de la lumière. Il entreprend ainsi un voyage qui, de son point de vue, dure cinq ans. Lorsqu'il reviendra sur terre, le voyageur aura donc 5 ans de plus. En revanche le jumeau qui est resté sur terre aura vieilli de 35 ans lorsque les frères se rencontreront après le voyage!
Ce paradoxe des jumeaux a été confirmé expérimentalement dans les années 70 du siècle dernier, lorsque des horloges suffisamment précises, appelées horloges atomiques, ont été disponibles pour la première fois. Deux horloges atomiques ont été synchronisées. Une des horloges atomiques a ensuite fait le tour de la terre en avion. Lorsque, après le vol, les temps indiqués par les horloges ont été comparés, on a constaté que l'horloge de l'avion avait quelques nanosecondes de retard, une différence de temps qui correspondait exactement à la prédiction d'Einstein. (L'évaluation de l'expérience était compliquée car il fallait également tenir compte de l'influence de la gravité terrestre. Einstein a montré que la gravité entraînait également une dilatation du temps). La dilatation du temps est aujourd'hui très bien confirmée et est par exemple prise en compte dans la détermination de la position GPS.
Les particules de lumière (photons) se déplacent à la vitesse maximale possible c et représentent donc le cas limite: pour elles, le temps ne s'écoule pas du tout. Mais elles peuvent se déplacer aussi vite uniquement parce qu'elles n'ont pas de masse. Les objets massifs tels que nous ne peuvent pas se déplacer à la vitesse de la lumière, car cela nécessiterait une quantité d'énergie infinie. La jeunesse éternelle n’est donc qu’un rêve!
Notre expert:
Dr. Christoph Leuenberger, lecteur et collaborateur scientifique
"Quand j'avais 10 ans, je voulais devenir réalisateur et filmer la vie de Moïse."
Source de l'image: pixabay