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  • Qu’est-ce que l’Espace ?

    Posté le 25 avril 2012

    Que se passerait-il si l’on enlevait tout ce qui occupait l’espace ? Tout jusqu’aux planètes, étoiles, galaxies, ainsi que tous les atomes présents dans l’Univers ? Que resterait-il ? La plupart d’entre nous répondrait : « rien ». Mais l’espace vide n’est pas rien. C’est quelque chose avec des caractéristiques cachées mais qui est aussi réel que tout ce que nous pouvons voir dans notre vie de tous les jours.

    En fait, l’espace est si réel qu’il peut se courber, se tordre, et onduler. Il est si réel qu’il aide à former tout ce que nous pouvons voir. L’espace est la structure, la toile sur laquelle le cosmos existe. Nous ne sommes pas conscients de l’espace. Mais, les poissons non plus ne sont pas conscients de l’eau dans laquelle ils évoluent.

    Comment donner un sens à quelque chose qui semble n’être rien ? L’Espace est l’un des plus grands mystères de la physique.

    Newton

    Imaginez une pièce de théatre. Tout ce que nous voyons en tant que spectateur, c’est le spectacle qui se joue devant nos yeux. Mais il y a un élément essentiel au spectacle que nous remarquons à peine : la scène. Personne n’y prêtait attention jusqu’à Isaac Newton. Pour lui, la scène de l’Univers était absolue, éternelle et immuable. L’action ne pouvait pas influer sur la scène et la scène ne pouvait pas influer sur l’action.

    En imaginant l’espace de cette manière, Newton a pu décrire le monde comme personne ne l’avait fait auparavant. Sa scène immuable lui a permis de comprendre presque tous les mouvements que nous pouvons voir autour de nous, des pommes qui tombent des pommiers jusqu’au mouvement de la Terre autour du Soleil. Les lois de Newton fonctionnaient tellement bien que l’on peut continuer à les utiliser aujourd’hui pour le lancement de satellites et l’atterrissage des avions. Ces lois reposent sur l’idée radicale que l’espace est réel. Même si vous ne pouvez pas le voir, le sentir ou le toucher, l’espace est assez réel pour être une référence pour certains types de mouvements.

    Les lois de Newton ont eu un énorme succès qui a duré 200 ans, jusqu’à ce qu’un jeune employé vienne secouer la scène de Newton jusqu’à ses fondations. Ce jeune employé à l’office des brevets de Berne, c’était Albert Einstein.

    Einstein

    Einstein a grandi à la fin des années 1800, à l’aube de l’ère de l’électricité. L’électricité éclarait les villes et a donné naissance à des technologies que Newton n’aurait jamais pu imaginer. Depuis tout petit, Einstein était fasciné par la lumière : pas par les ampoules et les éclairages de rue mais par la nature même de la lumière. Et ce fut sa fascination pour l’un des aspects particulèrement bizarre de la lumière, sa vitesse, qui conduirait Einstein à renverser l’image que Newton avait de l’Espace.

    Espace-Temps

    La vitesse de la lumière dans le vide reste la même quelle que soit la vitesse à laquelle on la poursuit. Que l’on aille à la rencontre d’un rayon lumineux ou qu’on le fuit, sa vitesse restera toujours la même. Rien ne peut dépasser la vitesse de la lumière : plus on s’approche de la vitesse de la lumière, plus le temps ralentit. (Voir article sur la relativité restreinte). C’est comme si l’Espace et le temps travaillaient ensemble, s’ajustant en permanence pour que, quelque soit la vitesse à laquelle vous vous déplacez, elle soit toujours de 299 792 458 mètres par seconde (1079 milliards de km/h). Pour respecter cette qualité absolue de la lumière, le temps devait cesser d’être absolu, l’Espace devait cesser d’être absolu : les 2 devaient devenir relatifs l’un par rapport à l’autre. Les 2 s’ajustent en permanence pour que la vitesse de la lumière reste toujours la même. Avec Einstein, le temps et l’Espace ne sont plus rigides et absolus mais fusionnent pour ne former qu’une seule entité appelée Espace-Temps.

    Dans notre vie de tous les jours, nous ne nous rendons pas compte de cette flexibilité de l’Espace et du Temps. Pour nous, c’est quelque chose de complètement contre-intuitif. Mais Einstein a réussi à faire en sorte que la raison l’emporte sur les sens. Le monde dans lequel nous vivons ne fonctionne pas comme nos sens pourraient nous le faire croire. Mais ce qui peut paraître absurde ne l’est pas. Notre monde fonctionne bien comme Einstein l’a montré, et nos GPS sont là pour nous le prouver : sans la correction des effets de la relativité d’Einstein, nos GPS ne pourraient pas être utilisables (voir « Démonstration des effets de la relativité dans la vie de tous les jours« )

    Déformation de l’Espace-Temps

    Newton savait que la gravité attirait les objets les uns vers les autres. Ses lois prédisaient la force de la gravité avec une précision fantastique mais n’apportaient aucune explication quant à son fonctionnement.

    Après s’être penché sur le problème pendant plus de 10 ans, Einstein en est arrivé à une conclusion surprenante : le secret de la gravité réside dans la nature de l’Espace-Temps qui peut s’étirer comme un véritable tissu. C’est la déformation de l’Espace-Temps provoquée par la présence d’objets qui est la source de la gravitation. La Lune est maintenue en orbite non pas parce qu’elle est attirée par une mystérieuse force mais parce qu’elle se déplace le long d’une courbe du tissu de l’Espace-Temps que crée la Terre.

    Après Einstein, l’Espace ne peut plus être pensé comme une scène statique. C’est un acteur, et il joue un rôle majeur dans la pièce de théâtre cosmique.

    D’après PBS NOVA – The Fabric of the Cosmos


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