Salut à tous

Une question qui revient le plus souvent de la part des néophytes, est la suivante:
"Qu'est-ce que la déformation de l'Espace-Temps, et comment se le représenter ?"

Avant de commencer, je vous propose ici de vous résumer, succinctement, les concepts de gravitation et d'espace-temps. Dans un second temps, nous verrons comment expliquer le lien entre gravitation et espace-temps, et une façon simple de se le représenter.

1- La Gravitation
La gravitation est une des 4 forces fondamentales qui régissent l'univers. Il s'agit tout simplement de la force qui va attirer deux corps l'un vers l'autre. C'est cette force qui fait qu'un objet tombe au sol, ou que la terre tourne autour du soleil.
Si les problématiques de gravitation, de chutes d'objet ou de trajectoires de boulets de canon étaient déjà connues et étudiées dans le passé, notamment par Galilée et son expérience de la Tour de Pise, la gravitation a surtout été décrite et mise en équation par Newton, et la célèbre histoire de la pomme qui lui tomba sur la tête.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_universelle_de_la_gravitation

Cette représentation de Newton a été utilisée pendant plus de 300 ans, et l'est toujours aujourd'hui puisqu'elle donne des résultats parfait à notre échelle. Cependant, elle présente des incertitudes à mesure que l'on s'approche des problématiques relativistes.
Ceci a été corrigé par Einstein, et sa théorie de la relativité.

2- L'Espace-temps
La relativité a démontré que, bien que cela soit contraire au sens commun, l'espace et le temps était liés. L'univers n'est pas un espace en 3 dimensions, avec un écoulement temporel indépendant. Tout est bel et bien lié, et l'univers est en réalité composé de 4 dimensions: les 3 dimensions spatiales, et la dimension temporelle. Donc 3 dimensions que l'on voit (souvent résumées à "hauteur, largeur, longueur"), et la dimension du temps qui passe.

À notre échelle, on ne s'en rend pas compte, mais pour des vitesses relativistes (proches de la vitesse de la lumière dans le vide), ou des lieux à forte gravité, on observe une déformation du continuum espace-temps.

En bref, le temps s'écoule à des vitesses différentes, selon la gravitation en un point donné, la vitesse d'un corps par rapport à un autre, etc.
Le temps n'est donc pas absolu, et tout est relatif (d'où le nom: relativité).

L'espace-temps est donc cette représentation de l'espace.

3- La déformation de l'espace-temps, et la gravitation
Ceux qui se seront intéressés au sujet, auront probablement déjà lu ou vu quelque part, la notion de "déformation de l'espace-temps", ramené ou non au concept de gravitation.

Le principe est le suivant.
Un corps, de part sa masse, va déformer localement l'espace-temps (donc modification de l'espace, et de l'écoulement du temps).
Ainsi, tout autre corps se situant à proximité, va être influencé par cette déformation:

• La déformation spatiale va attirer les deux corps.
• La déformation de la dimension temporelle va influer sur la vitesse d'écoulement du temps.

Voici donc comment on explique la gravitation, avec le concept d'espace-temps

"D'accord, mais l'espace-temps se déforme, c'est-à-dire ?"

Pour répondre à cette question, nous allons considérer que l'espace-temps est un drap que l'on tend à l'horizontal.
Sur ce drap, vous déposez une grosse boule (qui va représenter la Terre, par exemple). Cette boule va localement déformer le drap en faisant un creux. Si ensuite vous prenez une bille (représentant un objet) et que vous la déposer au niveau de la déformation, la bille va tomber vers la grosse: c'est la gravitation.

Mais mieux que de longues explications, voici une vidéo qui l'illustre parfaitement:

La vidéo est en anglais, pour ceux qui ne comprennent pas, le professeur a tendu son drap (qui représente donc l'espace-temps) et va mener plusieurs expériences:

1. Il commence par poser deux boules, qui vont s'attirer mutuellement: c'est la gravitation "basique".
2. Puis, il va déposer une grosse masse au centre (représentant le soleil) et va lancer plusieurs billes autour, qui vont se mettre à tourner autour. C'est comme ça que fonctionne l'orbite des planètes, ou des satellites.
3. Il va plus loin en lançant plusieurs billes ayant des directions opposées, pour montrer qu'un seul sens d'orbite persiste.
4. Il s'amuse ensuite à lancer deux billes simultanément (même distance, même vitesse) pour montrer que les deux billes vont, en plus de graviter autour de la grosse masse, également orbiter l'une autour de l'autre. Cela représente la Terre et la Lune.
5. S'en suit un essai un peu laborieux avec deux masses. Il lance une bille derrière une première masse, qui va se diriger vers la seconde, faire le tour et revenir se "poser" sur la première. C'est comme cela que fonctionnaient les missions vers la Lune dans le programme Apollo, et que fonctionneront les éventuelles missions vers Mars.

4- Pour aller plus loin...
A la fin de la vidéo, pour la dernière expérience, le professeur place une sorte de balai en dessous du drap, de façon à faire un "pic" qui va repousser toutes les billes: c'est une représentation de l'énergie sombre, une force répulsive qui est la cause de l'expansion de l'univers

NB: Petite remarque sur les expériences de la vidéo.
Sur les expériences, on voit que les billes orbitent autour de la masse, font quelques révolutions (moins de 10) et viennent s'écraser sur la masse. Ceci est dû aux pertes d'énergie qui se produisent lorsque les billes roulent sur le drap: à cause des frottements, qui vont ralentir les billes, et les faire chuter.
Dans l'espace, pas de frottement SpoilAfficherMasquer(ou presque) , donc les orbites durent indéfiniment SpoilAfficherMasquer(ou presque indéfiniment ). .

Mais petit exemple, celui de la station internationale (ou ISS), en orbite à 400 km au dessus de la terre. A cette altitude, il y a encore de l'atmosphère terrestre. Très très peu, certes, mais suffisamment pour freiner la station, et la faire tomber. Il faut donc régulièrement qu'elle soit redressée.

Et si je voulais aller encore plus loin, je dirais même que ce n'est pas tout. Que ça soit l'ISS ou n'importe quel satellite, leurs orbites vont être perturbées:

• Par la Lune, qui exerce également une force sur les objets en orbite lorsque ceux-ci passent sous la Lune.
• Le Soleil, de la même façon
• La Terre (et oui !). Celle-ci n'est pas parfaitement sphérique et uniformément répartie en terme de masse. Ainsi, en fonction de la position du satellite, la gravitation exercée par la Terre sera plus ou moins importante, ce qui aura tendance à modifier l'orbite du satellite.

Un satellite, une fois en orbite, c'est encore beaucoup de boulot. On ne le laisse pas vivre sa vie pépère, sinon il va vite faire n'importe quoi. C'est donc un contrôle et des corrections d'orbites permanents.

J'espère que vous lirez mon immense pavé, et que celui ci est clair et répondra à vos questions.
Et que vous ne serez pas démotivés

Bonne soirée

merci, je lirai ça ce soir ou demain

Je vois que tu as fait bon usage des nouveaux outils mis à disposition par le forum.

Franchement, ça mérite un post-it !

Le temps n'est donc pas absolu, et tout est relatif (d'où le nom: relativité).

Même la vitesse de la lumière?
C'est pour ça que j'aime pas des masses cette phrase, dans la société peut être que tout est relatif mais pas ça.
Peut-on aussi dire que la relativité nous dit que tous les référentiels se valent donc qu'il y a un caractère "absolu" à chaque référentiel?

Sinon j'aime bien ton topic, on voit le potentiel de la nouvelle interface /

Je parlais du temps dans cette phrase.
Mais de toute façon oui, la vitesse de la lumière est relative, puisqu'elle va dépendre du référentiel.

Il faut distinguer deux choses:
- la vitesse de la lumière dans le vide, notée c, et qui est la limite de vitesse infranchissable dans notre univers.
- la vitesse de la lumière, dans un référentiel donné, qui suit les même lois que les vitesses de tout corps, dont la loi de composition des vitesses. Etant donné que dans un milieu autre que le vide, la lumière ne se déplace pas à c mais à une vitesse strictement inférieure, celle-ci va suivre les lois de composition des vitesses habituelles. (mais vu que v sera très proche de c, la différence sera insignifiante, on est d'accord). N'empêche que la phrase "tout est relatif", s'applique bel et bien.

Bonsoir

Est-ce que la vitesse de la lumière dans un trou noir vaut c malgré l'attraction gravitationnelle énorme ?
Supposons qu'un photon essaye de "s'échapper" du trou noir, il ira à quelle vitesse ? A moins qu'il ralentisse jusqu'à aller à une vitesse nulle puis "retomber" dans le trou noir ?

C'était la question incompréhensible du jour

Un très bon topic de vulgarisation, merci South.
Naturellement j'épingle.

Par contre, je ne suis pas d'accord avec l'idée selon laquelle "tout est relatif", comme l'explique Etienne Klein dans ce billet:
http://acces.ens-lyon.fr/clea/archives/cahiers-clairaut/CLEA_CahiersClairaut_137_03.pdf
De manière générale les scientifiques réfutent cette idée du "tout est relatif" dans la relativité:
http://www.i3m.univ-montp2.fr/seminaire/files/seminaire597/LEVY-LEBLOND.pdf
http://www.showme.com/sh/?h=6CQ7VXU

Le 08 décembre 2014 à 22:24:56 South_Killer a écrit :
Je parlais du temps dans cette phrase.
Mais de toute façon oui, la vitesse de la lumière est relative, puisqu'elle va dépendre du référentiel.

Il faut distinguer deux choses:
- la vitesse de la lumière dans le vide, notée c, et qui est la limite de vitesse infranchissable dans notre univers.
- la vitesse de la lumière, dans un référentiel donné, qui suit les même lois que les vitesses de tout corps, dont la loi de composition des vitesses. Etant donné que dans un milieu autre que le vide, la lumière ne se déplace pas à c mais à une vitesse strictement inférieure, celle-ci va suivre les lois de composition des vitesses habituelles. (mais vu que v sera très proche de c, la différence sera insignifiante, on est d'accord). N'empêche que la phrase "tout est relatif", s'applique bel et bien.

Sur ce point tu te trompes, la vitesse de la lumière vaut la même valeur quelque soit le référentiel, et c'est ce phénomène qui a permit la découverte de la relativité restreinte
Si une voiture va à 150 km/h, un homme fixe verrait la voiture rouler à 150 km/h tandis qu'un autre homme en voiture roulant dans la même direction à 100 km/h verrait le voiture rouler à seulement 50 km/h.
Mais pour la lumière ça ne s'applique pas !
Imaginons un homme fixe observer un photon, il le verrait "circuler" à c (plus ou moins 300.000 km/s) maintenant imaginons un homme dans un vaisseaux à 200.000 km/s observant ce même photon, il le verrait également aller à 300.000 km/s, et non à 100.000 km/s ! Et cela s'explique par le fait que le temps de l'homme dans le vaisseaux est dilaté, et son espace contracté.
Voilà voilà

Sinon félicitation pour cette belle vulgarisation, c'est très bien expliqué !

MannekenPis, ce que tu dis n''est valable que dans le vide

Dans un milieu autre que le vide, les vitesses (même de la lumière), vont suivre la loi de composition des vitesses de la relativité: (v1 + v2) / (1 + v1v2/c²).

D'ailleurs, même dans le vide, ça va suivre la même loi, avec v1 = v2 = c.
La vitesse composée devenant (c + c) / (1 + cc/c²) = 2c/2 = c

On fait trop souvent cette erreur, d'ailleurs.
- la limite de vitesse dans l'univers vaut c.
- il se trouve que, dans le vide, la lumière se déplace à c.
- mais dans tout autre milieu (d'indice optique n > 1), la lumière ne se déplace PAS à c, mais à c/n (donc une vitesse strictement inférieure à c).

Et que ça soit la lumière ou autre chose, la loi de composition des vitesse s'applique.
(et en particulier, pour la vitesse de la lumière dans le vide, même deux photons allant à c dans des directions opposées, auront une vitesse relative de c l'un par rapport à l'autre). Mais ça ne change pas que la loi de composition des vitesses s'applique quand même.

Et pour illustrer ce que je dis.

On se place dans un milieu autre que le vide, par exemple l'eau. (on pourrait faire l'air, mais pour illustrer ce que je dis on se traînerait trop de chiffres significatifs, mais c'est le même principe).
L'eau à un indice optique n = 1,33 environ, donc la lumière s'y déplace à 75% de c.

On prend deux photons, se déplaçant donc à 0.75c dans des directions opposées.
La vitesse relative, de l'un par rapport à l'autre, sera:
(0.75c + 0.75c) / (1 + (0.75c)²/c²) = 0.96c

La vitesse change en fonction du référentiel, même pour la lumière.
Le seul cas où ça sera identique, ça sera dans le vide.

(et désolé pour le triple post)

Oui, bon

Dans tous les cas, pour résumer:
Effectivement l'expression "tout est relatif", hors contexte, est un peu barbare puisque fausse pour certains exemples. (la lumière n'en faisant pas partie).

Quelqu'un pour répondre à ma question sinon ?

sympas le topic

En bref, le temps s'écoule à des vitesses différentes

GRRRRR
Mais topic très intéressant sinon!

Dommage que tu ne parle pas de la densité critique

On a toujours dit que dire que le temps a une vitesse n'a pas de sens...
Mais comment pourrait-on dire ça autrement (et correctement) ?

C'était un peu inutile comme question mais voilà...

Pour le dire de façon plus correcte, on peut dire que l'intervalle de temps entre deux événements varie en fonction du référentiel dans lequel on le mesure. (je ne sais pas si c'est plus clair)

Tout le monde se déplace à la même vitesse dans l'espace-temps : la vitesse de la lumière.

Le déplacement dans l'espace-temps lie 2 mouvements : un dans l'espace et un dans le temps.

Un observateur immobile dans l'espace se déplacera donc dans le temps de manière "classique", c'est-à-dire celle que nous percevons tous : il se déplacera même uniquement dans le temps.

Pour un objet se déplaçant à la vitesse de la lumière, comme un photon, le temps ne s'écoule plus : il se déplace uniquement dans l'espace.

Pour un observateur se déplaçant dans l'espace, une partie de son mouvement sera situé dans l'espace et une autre dans le temps. Plus il va vite dans l'espace, moins il va vite dans le temps, et inversement

Après c'est vrai qu'il n'est pas tout à fait correct de parler de "vitesse du temps", je pense qu'il est plus correct de parler de composition du mouvement suivant 2 composantes : l'espace et le temps. Certains mouvement sont plutôt situés dans le temps, et d'autres plutôt dans l'espace. La vitesse est la même, la direction différente.

Et oui, toutes les particules de l'univers se déplacent exactement à la même vitesse dans l'espace-temps Donc on a tous un point commun

Voilà je conclue avec une des meilleures vidéos sur le sujet pour comprendre cette égalité, et les transformations de Lorentz qui la garantissent

https://www.youtube.com/watch?v=ScdLqAA_64E&list=PLZISZ7bGHFvnSOxbtBpd1Krj61TAsVA0m