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Comprendre les effets de la dilatation du temps en physique

Comprendre les effets de la dilatation du temps en physique

La dilatation temporelle est le phénomène où deux objets se déplaçant l'un par rapport à l'autre (ou même simplement une intensité différente du champ gravitationnel l'un par rapport à l'autre) subissent des vitesses différentes d'écoulement temporel.

Vitesse Relative Temps Dilatation

La dilatation temporelle observée en raison de la vitesse relative provient de la relativité restreinte. Si deux observateurs, Janet et Jim, se déplacent dans des directions opposées, ils constatent que la montre de leur interlocuteur tourne plus lentement que la leur. Si Judy courait aux côtés de Janet à la même vitesse dans la même direction, leurs chronomètres cadreraient au même rythme, tandis que Jim, prenant la direction opposée, les verrait tous les deux avec des chronomètres plus lents. Le temps semble passer plus lentement pour la personne observée que pour l'observateur.

Dilatation du temps gravitationnel

La théorie de la relativité générale décrit la dilatation temporelle due à la présence de distances différentes d'une masse gravitationnelle. Plus vous êtes proche d'une masse gravitationnelle, plus votre horloge semble ralentir pour un observateur plus éloigné de la masse. Quand un vaisseau spatial s'approche d'un trou noir d'une masse extrême, les observateurs voient le temps passer au ralenti.

Ces deux formes de dilatation du temps se combinent pour un satellite en orbite autour d’une planète. D'une part, leur vitesse relative par rapport aux observateurs au sol ralentit le temps passé par le satellite. Mais plus loin de la planète, le temps passe plus vite sur le satellite que sur la surface de la planète. Ces effets peuvent s’annuler, mais aussi qu’un satellite bas possède des horloges dont le fonctionnement est plus lent que la surface, tandis que les satellites sur orbite supérieure ont des horloges plus rapides que la surface.

Exemples de dilatation du temps

Les effets de la dilatation temporelle sont souvent utilisés dans des récits de science-fiction remontant au moins aux années 1930. L'une des expériences de pensée les plus anciennes et les plus connues ayant trait à la dilatation temporelle est le fameux Twin Paradox, qui illustre les effets curieux de la dilatation temporelle à l'extrême.

La dilatation temporelle devient plus apparente lorsqu'un des objets se déplace presque à la vitesse de la lumière, mais se manifeste même à des vitesses inférieures. Voici quelques façons dont nous savons que la dilatation temporelle a lieu:

  • Les horloges dans les avions cliquent à des rythmes différents de celles des horloges au sol.
  • Le fait de placer une horloge sur une montagne (en l’élevant, mais en la maintenant immobile par rapport à l’horloge au sol) donne des taux légèrement différents.
  • Le système de positionnement global (GPS) doit s’ajuster à la dilatation temporelle. Les appareils au sol doivent communiquer avec les satellites. Pour fonctionner, ils doivent être programmés pour compenser les différences de temps en fonction de leurs vitesses et de leurs influences gravitationnelles.
  • Certaines particules instables existent pendant une très brève période avant de se décomposer, mais les scientifiques peuvent les observer durer plus longtemps car elles bougent si rapidement que la dilatation du temps signifie que le temps que les particules "expérimentent" avant de se décomposer est différent du temps laboratoire de repos qui fait les observations.
  • En 2014, une équipe de recherche a annoncé la confirmation expérimentale la plus précise de cet effet jamais conçue, décrite dans un Scientifique américain article. Ils ont utilisé un accélérateur de particules pour confirmer que le temps est plus lent pour une horloge en mouvement que pour une horloge fixe.

Voir la vidéo: Relativite Restreinte - Dilatation du Temps - Mathrix (Février 2020).