Mesure du temps en relativité

[HJ 0]

Bonjour,
Je cherche des explications sur les expériences de mesure du temps pour mettre en évidence les prédictions de la relativité. Ce qui m’intéresse surtout c’est le schéma (ou mécanisme) des horloges utilisées et comment ses phénomènes sont expliqués par la relativité. Je veux dire, si ces phénomènes avaient été observés avant la relativité, comment celle-ci les aurait expliqués. Merci d’avance.

[Joël Cambre 1]

Je me trompe peut-être mais je crois avoir compris qu'en Relativité générale le temps n'existe plus. On n'y mesure que des variations de masse, de volume etc. et la variable temps n'est qu'accessoire.
D'ailleurs Einstein disait lui-même que "pour nous, physiciens croyants, cette séparation entre passé, présent et avenir ne garde que la valeur d'une illusion, si tenace soit-elle."

Mais tu parles peut-être de Relativité restreinte?

[HJ 0]

Bonjour,
Ce que je veux dire c'est qu'en relativité, le temps ne s'écoule pas uniformément, et pour démontrer ceci, des expériences ont été menées avec des horloges placées sur terres et d'autres dans l'espace (donc la gravité n'est pas la même aux deux endroits) et on a pu mesurer une différence (certes infime) entre les deux horloges. Ce que je veux savoir, c'est le mécanisme de ces horloges et comment la relativité explique ces comportements.

[bruno beckert 746]

Bonjour

Il s'agit de l'expérience de HAFELE - KEATING
4 horloges atomiques furent transportées par
avion et comparées à une restée sans accélération
Une petite recherche sur Google avec cette
référence permet de trouver des choses intéressantes
L'interprétation des résultats n'est pas simple
sans un minimum de connaissance de la relativité;
Il s'agit plus précisément d'un test du principe
d'équivalence

Cordialement

[Ce message a été modifié par bruno beckert (Édité le 27-12-2004).]

[dg2 2 042]

Salut,

l'expérience la plus "simple" illustrant les effets de relativité du temps est la suivante : je prends deux horloges qui indiquent la même heure. J'en laisse une "immobile" (en première approximation, on peut la laisser à la surface de la Terre), et je fais faire un aller-retour suivant une trajectoire quelconque à la seconde. On peut mesurer la vitesse de la seconde horloge par rapport à la première. En supposant que cette vitesse v est constante durant toute la durée du trajet, le temps du trajet indiqué par l'horloge voyageuse diffèrera de celui indiqué par l'horloge qu'on a laissé immobile par un facteur
sqrt(1 - v^2 / c^2) (sqrt signifie racine carrée, et c est la vitesse de la lumière). Ainsi, l'horloge voyageuse retarde par rapport à celle qui est restée au repos, c'est-à-dire que le gars qui a voyagé avec a vieilli moins vite que celui qui est resté avec l'horloge immobile : c'est la fameuse expérience des jumeaux de Langevin.

Cette expérience est à première vue surprenante : a priori, on pourrait considérer ue l'horloge immobile se déplace aussi à la vitesse v par rapport à l'horloge voyageuse, auquel cas c'est elle qui devrait retarder et non le contraire. Néanmoins, il y a une grossière erreur dans un tel raisonnement (dont sont néanmoins friands les détracteurs de la relativité). En effet, par "immobile", on entend en fait "qui n'est soumis à aucune accélération". C'est en cela que une horloge sur Terre est une approximation. L'horloge voyageuse, même si elle se déplace à vitesse constante va devoir accélérer (même brièvement) pour atteindre cette vitesse, et décélérer puis réaccélérer pour repartir dans l'autre sens. D'une certaine façon, c'est parce que l'horloge voyageuse dépense de l'énergie qu'elle a droit à cette cure anti vieillissement. Du fait de la formule donnée ci-dessus, il est clair que l'on doit dépenser une énergie considérable si l'on veut ralentir le vieillissement d'un individu de cette manière : pour accélérer un objet de 100 kg à 98% de la vitesse de la lumière, il fat déployer une énergie de m c^2 / sqrt(1 - 0.98^2), soit 45 milliards de milliards de joules (1 gigawatt pendant 1400 ans si tu préfères).

Pour être mesurable avec nos technologies, l'effet doit donc être petit, c'est-à-dire soit avec des "horloges" de très petite masse, soit avec des différences de temps très petites. Le premier cas est réalisé quotidiennement dans les accélérateurs de particules. L'"horloge" est simplement une particule instable dont la durée de vie est brève mais bien connue. En accélérant considérablement la particule, on vérifie que sa durée de vie s'allonge conformément aux prédictions de la relativité. L'autre situation correspond à des horloges macroscopiques, que l'on accélère à des vitesses relativement faibles (quelques centaines de mètres par seconde à bord d'un avion de ligne, voire quelques kilomètres par seconde en orbite). L'effet est là aussi mesurable, mais difficile à mesurer car très faible. De plus, d'autres effets de relativité générale sont d'amplitude comparable (deux horloges à des altitudes différentes retardent l'une par rapport à l'autre), cf http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/relativ/airtim.html pour les chiffres.

Il est difficile d'imaginer comment ce type de résultat aurait été interprété s'ils avaient été observés avant que la relativité n'ait été proposée. Sans doute aurait-on mis en cause la précision des horloges. Ceci dit, les seules horloges suffisamment précises pour déceler ces effets sont des horloges atomiques, dont le fonctionnement et la précision ne sont atteints que lorsque l'on tient compte d'un certain nombre d'effets relativistes... Autrement dit, il est très peu probable que l'on saurait atteindre la précision nécessaire pour observer ces effets avec des systèmes purement mécaniques. Ce qu'il est par contre plus raisonnable d'observer sans moyens terriblement sophistiqué, c'est le fait que la vitesse de la lumière est constante (conséquence de la relativité et connu dès 1887 avant la découverte de cette dernière), et le fait qu'il devient très couteux d'accélérer des particules à des vitesses proches de celle de la lumière (chose qui je pense était faisable au début du XXème siècle). Les expériences de dilatation des durées sont d'un point de vue fondamental plus simples, mais en pratique plus difficiles à réaliser.

Ceci étant dit, une des expériences (enfin, observations) les plus éclatante (si l'on peut dire) des effets de dilatation des durées relève de l'astronomie. Le seul moyen d'avoir à la fois des phénomènes de dilation des durées notables *et* des objets macroscopiques, c'est de regarder très loin : un phénomène que l'on voit se dérouler à un redshift de 1 se déroule 2 fois plus lentement que le même événement que l'on verrait aujourd'hui, en raison de la vitesse de récession de l'objet (qui est un effet de relativité restreinte et non de relativité générale). Par exemple, les supernovae les plus lointaines explosent (en apparence) plus lentement que les supernovae proches. Dans le cas de la supernova, l'"horloge" est la courbe de luminosité de la supernova, qui assez rapidement est déterminée par les désintégrations de certains éléments radioactifs produits par l'explosion (en particulier nickel 56 puis cobalt 56, cf par exemple http://astronomy.nju.edu.cn/astron/AT3/AT32104.HTM , dernière figure).

[Ce message a été modifié par dg2 (Édité le 03-01-2005).]