Dompeyre

Le retour du problème du retour du jumeau

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Quand une particule entre en collision avec un autre à l'arrêt, quel est leur temps ? Y a-t-il transfert de temps ? Si il y a éclatement des quarks par exemple à quelle vitesse sont-ils éjectés ? Dans celle de la première avec son temps dilaté par effet relativiste de l'accélération ou dans celle de la seconde, immobile ? Ou bien doit-on poser un temps commun, qui se réalise par un transfert de temps de la plus rapide à la moins rapide, transfert qui la fait vieillir puisqu'elle rattrape le temps de l'autre : l'éjection des quarks sinon aurait lieu avec un passé de trajectoire (dans l'expulsion ) que n'aurait pas encore atteint la particule en mouvement.
Le jumeau de Langevin se mettrait à vieillir dès qu'il embrasserait son frère par le même processus de transfert de temps.

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Il faut résoudre l’équation TEMPS X (X étant l’inconnu)
Demandes aux 2 célèbres frères qui ont un doctorat en métaphysique

[Ce message a été modifié par RETHICUS (Édité le 13-08-2016).]

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- "Quand une particule entre en collision avec un autre à l'arrêt, quel est leur temps ?" Telle est la première question posée par Dompeyre.

Je n’ai pas de doctorat en métaphysique relativiste comme les célèbres frangins mais, d'après ce que je sais de la relativité restreinte d'Einstein, ma réponse est la suivante : Chacune des 2 particules a son temps relatif qui est fonction de sa vitesse par rapport à nous. Celle qui va très vite voit son temps très ralenti par rapport au notre. Elle "vieillit" donc plus lentement ce qui pour une particule stable n'a aucun effet puisqu'elle ne change pas (elle reste stable dans le temps quelque soit ce temps). Celle qui est immobile (par rapport à nous) voit son temps défiler à la même vitesse que le notre, ce qui ne change rien par rapport à celle qui va vite si elle aussi est stable quelque soit le temps. Si les particules sont instables, celle qui va vite durera plus longtemps avant de se désintégrer spontanément en autre chose.

- "Y a-t-il transfert de temps ?"
Le temps relativiste d'une particule n'est pas un temps qui lui est propre, qu‘elle porterait en elle-même. C'est un temps relatif qui dépend de la vitesse relative par rapport à l'observateur (nous sur Terre et nos accélérateurs de particules). Si la vitesse change, ce temps relatif change, c'est ce qui se passe lors de la collision entre les particules. Il n'y pas "transfert de temps", mais transfert de vitesse suite à la collision. Chaque "morceau" va partir dans une direction et à une vitesse qui lui est propre. Leur nouveau "temps relatif" est alors fonction de cette nouvelle vitesse acquise. Que le morceau provienne de la particule accélérée ou de celle restée immobile ne change rien. Le nouveau temps relatif ne dépend que de la nouvelle vitesse acquise.

- "Si il y a éclatement des quarks par exemple à quelle vitesse sont-ils éjectés ?"
J'ignore à quelle vitesse ils sont éjectés, sans doute très vite. La durée de vie théorique des quarks est très brève (isolés, ce sont des particules très instables). S'ils sont éjectés très vite, à une vitesse proche de celle de la lumière, leur temps relatif (par rapport à nous et nos détecteurs) est ralenti. Leur duré de vie est donc augmentée avant qu’ils ne se désintègrent en autre chose. Ça tombe bien, ils vont pouvoir "vivre" plus longtemps par rapport à nous ce qui nous donne davantage de temps pour étudier leurs caractéristiques.


Suite à la collision, les particules sont désintégrées (sous forme de photons et diverses particules ou antiparticules plus ou moins exotiques). Elles changent donc de nature, ce n’est plus le même type de particule. Leur compteur de durée de vie (ou de "vieillissement") est donc remis à zéro et est propre à chacun des morceaux qui ont pris naissance suite à la collision. Ce n’est pas le cas dans l’expérience de pensée des jumeaux de Langevin où les deux jumeaux restent parfaitement intacts, entiers, toujours vivants et sont immobiles ou presque lors de leurs retrouvailles (même référentiel « d‘immobilité », ou « inertiel », que lors du départ du jumeau voyageur). Si le jumeau voyageur embrassait son frère en arrivant à une vitesse proche de celle de la lumière (comme les particules qui entrent en collision), les deux jumeaux « vieilliraient » alors instantanément à la même vitesse puisqu’ils seraient morts exactement en même temps (totalement désintégrés suite à leur collision), mais le jumeau voyageur mourrait plus jeune que l'autre resté sur Terre. Il aurait donc vécu moins longtemps, ce qui n'est pas vraiment un avantage.

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En toute rigueur langagière j'aurais dû écrire que les deux jumeaux iraient alors vers une mort quasi simultanée lors de leur très violente embrassade (ou collision). Une façon pour le jumeau de Langevin de "se mettre à vieillir" (en allant rattraper son frère vers la mort) dès qu'il "embrasserait" ainsi son jumeau plus âgé.

Pour les quarks, je viens de me renseigner et il s'avère qu'on ne peut pas les "éjecter". On arrive seulement à créer un plasma de quarks et gluons qui se recombinent quasi instantanément. C'est l'analyse complexe des divers produits que ce plasma engendre qui permet, indirectement, de définir certaines de leurs caractéristiques. Il y a sur ce forum des Cadors en physique des particules (cf. le sujet de discussion à propos du LHC) qui en savent beaucoup plus que moi à ce sujet.

En matière de relativité et de « vieillissement » plus ou moins rapide du type « jumeau de Langevin », avec un être humain, pas une particule, on a actuellement les résultats suivants :

Au sommet de l’Everest la gravité est plus faible qu’au Pays-Bas, le temps relatif d’Einstein (relativité générale) y bat donc la mesure plus vite. Un homme vivant là-bas serait donc au bout de 100 ans 4 millisecondes « plus vieux » que celui vivant au pays-Bas. Il fêterait ses 100 ans au sommet de l‘Everest 4 millisecondes avant le centenaire vivant aux Pays-Bas. Qui a « perdu » ou "gagné" du temps et par rapport à quoi ? Par rapport à leurs dates de naissance respectives à la milliseconde près ?

Le record du monde de décalage temporel est actuellement détenu par le cosmonaute Russe Gennady Padalka. Il a passé 879 jours ( presque 2 ans et demi ) satellisé dans l’espace au cours de 5 missions (à bord de la station spatiale Mir puis de l‘ISS). Il était à plus haute altitude que nous (environ 300 à 400 Km) et la gravité y était donc plus faible, ce qui, selon la théorie de la relativité générale, fait que le temps passe plus vite (il a donc vieilli plus vite là-haut). Mais, par rapport à nous, il tournait là-haut à environ 28 000 Km/h, ce qui, selon la théorie de la relativité restreinte, a des effets contraires à cause des vitesses relatives et le temps passe donc plus lentement (il a donc vieilli moins vite). Ce deuxième effet, dû aux vitesses relatives, est, dans ces conditions de satellisation, plus fort que celui dû à la différence de gravité (satellisé autour de la Terre, les deux effets se compensent à une altitude d’environ 4000 Km). Au final son temps « propre » était davantage ralenti par sa vitesse relative qu’il n’était accéléré par la plus faible gravité et il a gagné environ 22 millisecondes. Une montre très précise à son poignet aurait donné le même résultat et retarderait de cet écart par rapport à nos horloges restées sur Terre. Il a donc vieilli d’environ 22 millisecondes de moins que nous.

Prenez deux photos de vous à 22 millisecondes d’écart et vous pourrez voir sur les clichés la même différence sur votre âge.

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"Pour les quarks, je viens de me renseigner et il s'avère qu'on ne peut pas les "éjecter". On arrive seulement à créer un plasma de quarks et gluons qui se recombinent quasi instantanément. C'est l'analyse complexe des divers produits que ce plasma engendre qui permet, indirectement, de définir certaines de leurs caractéristiques."


Juste à ce propos: en fait il y a deux manière de jouer avec les quarks et gluons pour comprendre leur nature et comportement:

1) les plasmas, mais alors on cherche plutôt à comprendre la dynamique associée à ces soupes de quarks et gluons (en général créées à partir de collisions d'ions lourds), en particulier leur stabilité, leur "viscosité", bref on se rapproche à certains égards d'une description type hydrodynamique, mais très particulière. La physique des plasmas est typiquement ce qu'on peut appeler un régime non-perturbatif, c'est à dire qu'on ne peut plus décrire les interactions (de toute façon trop complexes) entre les quarks et gluons au sens de Feynman.

2) le régime perturbatif: typiquement ce qui se passe dans les interactions proton-proton du LHC: là on fait interagir en général un quark/gluon avec un autre quark/gluon. Cela se passe dans un laps de temps tellement court qu'on a pas de contradiction avec le principe qui veut que ces particules ne peuvent coexister seules. Et durant ce court laps de temps, ces particules peuvent émettre ou absorber des radiations, etc... Et ce qu'on voit dans le détecteur est directement lié au comportement de ces particules, à leurs couplages, spin, masse.

Donc voilà, il y a deux approches tout à fait complémentaires.

Simon

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