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Est-il vrai qu’on pourrait rajeunir en voyageant plus vite ?

Dossier - 10 questions essentielles sur l'Univers
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Pourquoi la nuit est-elle noire ? Que se passera-t-il quand le Soleil va mourir ? Pourquoi dit-on que nous sommes des poussières d’étoiles ? Pourquoi les planètes sont-elles rondes ? Un trou noir risque-t-il un jour de nous aspirer ? Découvrez les réponses de l'astrophysicien Jean-Pierre Luminet à 10 questions essentielles sur l'Univers.

  
Dossiers10 questions essentielles sur l'Univers
 

Deux lois fondamentales de la physique relativiste régissent l'écoulement du temps en fonction de la vitesse. La première affirme que la vitesse de la lumière est une limite non seulement indépassable, mais même inaccessible pour tout corps ayant une masse non nulle (la seule exception connue étant donc les photons, les particules de lumière, et les hypothétiques gravitons associés aux ondes gravitationnelles).La seconde stipule que le temps est en quelque sorte « élastique », en ce sens que si l'on augmente sa vitesse propre, l'écoulement du temps est ralenti.

Le paradoxe des jumeaux. © DR

La première loi, portant sur la limitation de vitesse imposée par la lumière, peut paraître arbitraire, amenée un jour à être dépassée dans le cadre d'une théorie plus perfectionnée que la relativité, comme ce fut souvent le cas dans l'histoire des sciences. Il n'en est rien : ce n'est en effet pas vraiment en termes de vitesse que se pose la limite, mais en termes d'énergie. On a la certitude, à la fois théorique et expérimentale, que pour accélérer un objet - ne fût-ce qu'une particule élémentaire - à une vitesse tendant vers la vitesse de la lumière, il faut lui conférer une énergie tendant vers l'infini. La limitation tombe dès lors sous le sens. Il n'empêche que des physiciens ont imaginé un monde dit « superluminique », dans lequel toutes les particules, appelées tachyons, circuleraient plus vite que la lumière. Pour cela, il faudrait que ces particules aient une masse représentée par un nombre mathématique imaginaire ; elles ne sont donc pas réelles, et le monde des tachyons est une pure fantaisie de l'esprit. 

Sur la question du « rajeunissement » lorsqu'on voyage à grande vitesse, le célèbre paradoxe dit des « jumeaux » en donne une illustration frappante. On imagine que l'un des jumeaux part en fusée pour explorer l'Univers lointain à une vitesse proche de celle de la lumière, tandis que son frère reste sur Terre. Quand le voyageur revient et retrouve son frère, les calculs relativistes indiquent que ce dernier - ainsi que le reste de la planète - a vieilli de 40 ans, tandis que le voyageur n'a que 5 ans de plus qu'au départ. De fait, il n'a pas « rajeuni », mais son temps propre s'est écoulé moins vite que s'il était resté sédentaire. 

Il n'y a là aucune contradiction, mais une conséquente incontournable de la physique relativiste. L'expérience a été réalisée avec des horloges atomiques jumelles ultra précises, l'une restant au repos sur Terre, l'autre embarquée dans un avion. Au retour, on a bel et bien constaté que l'horloge voyageuse avait « gagné » quelques millionièmes de seconde par rapport à l'horloge sédentaire, en parfait accord avec les prédictions de la relativité - la petitesse de la différence étant due au fait que la vitesse d'un avion est très faible comparée à celle de la lumière. Il en va de même avec les expériences effectuées dans les accélérateurs de particules, où celles-ci atteignent 99,99% de la vitesse de la lumière. Leur temps de vie «  en  vol » est alors multiplié par 20 par rapport à leur temps de vie au repos ! 

Après tout, ne dit-on pas que les voyages forment la jeunesse ?