Espace-Temps | Dr. Goulu

Êtes-vous d'accord que le voyage dans le temps est impossible car la Terre se déplace dans l'espace ou alors il faudrait que la Terre entière fasse le voyage aussi ?

Fri, 07 Feb 2020 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Non. Quand je voyage en avion, je me déplace sur une trajectoire depuis un point x1,y1,z1,t1 à un point x2,y2,z2,t2 quel que soit le repère utilisé pour ces coordonnées (Terre, Soleil, centre galactique ou autre).

La technologie de l’avion pose certaines contraintes sur la trajectoire, comme d’être comprise entre le rayon terrestre et le rayon terrestre + 10'000 m, mais surtout que t2 > t1, et même que t2-t1 dépend de la longueur de la trajectoire en x,y,z.

Pourquoi serait-ce différent avec un engin qui permettrait t2 < t1 ?

Les “opposants” au voyage dans le temps invoquent souvent la “téléportation” mais la machine à voyager dans le temps de HG Wells fonctionnait de manière continue .

Celle de Paul Davies aussi d’ailleurs. Elle a en plus une contrainte intéressante:

t2/f = t1 >t0, avec une constante f>1, et t0 la date de construction de la machine. En clair:

on ne peut pas remonter avant la date de construction de la machine
on peut voyager vers le futur ou vers le passé d’un certain facteur f par rapport à la date de construction de la machine. Par exemple avec f=10, un an après la construction de la machine on peut aller 10 ans dans le futur, ou remonter à 1 an /10 = 1.2 mois après la construction de la machine.

Yapuka en faire une pour voir si ça marche ;-)

Notes de bas de page

Qu’entend-on exactement par espace-temps ?

Tue, 21 Jan 2020 00:00:00 +0000

Réponse publiée

En , l’espace-temps est une représentation de l’ et du comme deux notions inséparables et s’influençant l’une l’autre. En réalité, ce sont deux versions (vues sous un angle différent) d’une même entité.

Cette conception de l’espace et du temps est l’un des grands bouleversements survenus au début du dans le domaine de la , mais aussi pour la . Elle est apparue avec la et sa représentation géométrique qu’est l’ ; son importance a été renforcée par la .

Si la masse d'une étoile n'augmente pas lorsqu'elle s'effondre sur elle même, c'est la densité de la matière et non sa masse totale qui courbe l'espace temps et crée un trou noir ?

Mon, 09 Dec 2019 00:00:00 +0000

Réponse publiée

La dépend de la masse de l’astre ET de son rayon.

Avant qu’une étoile de quelques masses solaires ne s’effondre, son rayon est plus grand que le , qui ne dépend que de la masse. Il faut que toute la masse “entre” à l’intérieur du rayon de Schwarzschild.

Prenons le Soleil, pas assez massif pour devenir un trou noir, mais imaginons…

Il a un rayon de 695 510 km, à la surface duquel la vitesse de libération est de 617 km/s

Le rayon de Schwarzschild correspondant à une masse solaire est de 3 km seulement. Même avec une densité du de 150, la masse à l’intérieur de ce rayon est beaucoup trop faible.

Pour qu’il devienne un trou noir, il faudrait que la masse du Soleil s’effondre totalement à l’intérieur de ces 3km.

Quand le Soleil deviendra une de la taille approximative de la Terre, en supposant que sa masse n’ai pas beaucoup diminué lors de la phase géante rouge, la vitesse de libération à sa surface sera de 6473 km/s, 2% de la vitesse de la lumière. Pas mal, mais très loin du trou noir.

Il faut vraiment que la matière soit totalement dégénérée, de la purée de quarks pour obtenir un trou noir stellaire.

Ou alors des masses énormes, des millions de masses solaires comme dans les trous noirs supermassifs, dont on ne sait encore pas trop comment ils se sont formés.

Notes de bas de page

Pouvez-vous expliquer simplement comment le voyage dans le temps est théoriquement possible ?

Fri, 15 Nov 2019 00:00:00 +0000

Réponse publiée

“Simplement”, c’est pas facile… mais j’essaie:

La lie l’espace et le temps dans la notion d’ . Cet espace-temps est déformé par des masses selon L’ (pas e=mc^2, l’autre, un peu plus compliquée…)

Cette équation admet de nombreuses solutions mathématiques différentes dont certaines possèdent des (CTC en anglais).

Une telle courbe est une trajectoire ( ) dans l’espace-temps qui a la propriété d’être fermée, c’est-à-dire qu’une particule matérielle qui suivrait cette trajectoire reviendrait à son point de départ dans l’espace ET dans le temps.

Le grand mathématicien a proposé en 1949 une solution des équations d’Einstein nommée qui correspond à un univers en rotation. Dans cet univers, les CTC sont très courantes, au point que le voyage dans le temps est quasiment inévitable. Hélas, nous ne sommes pas dans un Univers de Gödel.

En 1974, a montré qu’il n’y avait pas besoin que tout l’Univers tourne. Un cylindre infiniment long, et donc infiniment massif, et tournant très vite peut suffire à créer des CTC (oui, il y a un peu d’humour dissimulé dans cette phrase…)

Mais Stephen Hawking Himself a analysé cette solution et montré en 1992 qu’il fallait encore y ajouter un peu d’énergie négative ( voir )

Cette énergie négative est un ingrédient essentiel des , une autre solution des équations d’Einstein qui permet de créer une CTC en mettant une extrémité du trou de ver à un endroit (près d’un trou noir) ou à une vitesse (relativiste) qui fait que cette extrémité vieillit “moins vite” que l’autre. C’est l’idée du livre de , la plus “réaliste” de machines à remonter dans le temps qu’on puisse imaginer pour l’instant. Elle a une caractéristique liée aux CTC qui explique pourquoi on ne voit pas de voyageurs temporels : elle ne permet de revenir qu’après la date de construction de la machine.

Tout ce qui précède est basé sur des solutions mathématiquesaux équations d’Einstein. Mais :

Ce ne sont peut-être pas des . Notamment, on n’observe aucun phénomène lié à de grosses quantiés d’énergie négative, et sans énergie négative, pas de voyage dans le temps.
Pas dit qu’on puisse passer plus d’une particule dans une CTC, ni que la CTC puisse couvrir de longues périodes de temps.

Soyons clairs : Homo Sapiens ne fera pas de machine lui permettant de voyager dans le temps. La technologie nécessaire, si elle est possible, sera accessible après l’espérance de vie de notre espèce.

—— fin de la réponse “simple” —-

Mais je pense qu’il est vraiment important de faire des expériences pour savoir si les CTC sont possibles, donc pour savoir si nous vivons dans un (ou “growing bloc”) ou dans un vecteur d’état quantique.

D’ailleurs là j’ai une question pour les physiciens de passage ( ): Comment distinguer:

Quelle est la solution à l'infini des trous noirs ?

Sun, 20 Oct 2019 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Il n’y a rien d’infini dans un trou noir. Il a une masse finie, un moment cinétique fini, une charge finie, un horizon des événements fini.

Ce n’est que mathématiquement que certaines fonctions décrivant les trous noirs ont de comportements étranges, notamment la . Ceci conduit à penser que l’espace et le temps sont discrets, ce qui élimine le problème.

La relativité générale décrit comment l'espace (le vide) est déformé par les objets massiques. Quelle serait la structure de ce vide (l'espace), telle qu'un solide, liquide, gaz, plasma ou autre ?

Fri, 11 Oct 2019 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Dans la théorie de la , le est un qui modifie la la de l’ . Ce sont des objets mathématiques, la relativité ne dit pas ce qu’ils sont fondamentalement.

Pour la “structure” de l’espace-temps, il faut plutôt regarder du côté de la mécanique quantique, et notamment la . Dans ces théories, l’espace et le temps ne sont pas continus mais “quantifiés” : il y a des “atomes” de temps et d’espace (voir pour une introduction à cette idée), et il existe un mécanisme quantique qui produit l’espace et le temps à cette échelle.

Une des variantes de ceci est la dont parle Lee Smolin dans un livre fou et que j’aime surtout à cause de cette jolie vidéo à laquelle je n’ai rien compris:

(Représentations graphiques de la triangulation dynamique causale d’un espace à 2 dimensions. voir la .)

Une autre est la . Dans ces approches, l’espace-temps peut être vu comme un graphe qui connecte les endroits de l’espace liés causalement.

Donc la réponse à votre question est : ni solide, ni liquide, ni gaz, ni plasma, mais autre. Extraordinairement autre. On ne sait pas ce que c’est, mais on cherche.

Notes de bas de page

Comment expliquer la théorie de la relativité générale à sa grand-mère ?

Thu, 10 Oct 2019 00:00:00 +0000

Réponse publiée

On va essayer.

La première étape est la plus difficile : il faut accepter les deux :

Les lois de la physique sont les mêmes dans tous les . (pour les non galiléens, voire plus bas…) Ca semble assez évident : la physique est la même qu’on soit dans un train ou sur un quai .
La dans le vide a la même valeur dans tous les référentiels galiléens. Ca c’est pas évident du tout, mais c’est une réalité expérimentale depuis la fameuse qui a lancé toute la réflexion d’Albert.

Une fois que vous avez accepté ces deux postulats, tout le reste s’ensuit logiquement, notamment que :

on ne peut pas additionner des vitesses avec le signe + .
les distances dépendent de l’observateur.
Cerise sur le gâteau : le temps dépend de l’observateur aussi.

Ceci est très bien expliqué dans cette vidéo sans aucune formule :

Si ça vous choque, c’est trop tard : vous avez accepté les postulats.

Et si vous avez mal à la tête, c’est que vous ne les avez pas vraiment acceptés.

———————————-

Maintenant, pour les référentiels non galiléens, il y a la , qui demande d’admettre le en plus des postulats.

Ce principe dit que la physique est la même si on est sur le sol d’un planète dotée d’une gravité de x m/s^{2 (x=9.81 sur Terre) ou si on est dans une fusée accélérée à x m/s}2.

Si vous acceptez ce principe, alors :

même en accélérant indéfiniment la fusée à x m/s^2 , un observateur extérieur ne la verra jamais passer à une vitesse supérieure ou égale à c
les rayons lumineux ne vont plus tout droit
mais en fait ils vont tout droit dans un espace déformé par les masses
le temps se contracte à proximité des grosses masses
en fait le temps et l’espace sont liés et se déforment simultanément
l’espace-temps s’enroule autour de grosses masses en rotation
si elles ne tournent pas rond, elles génèrent des ondes gravitationnelles
etc. etc.

Malheureusement je ne connais pas de petite vidéo expliquant tout ça aussi clairement que celle sur la relativité restreinte, mais c’est la même démarche.

Albert a déduit tout ça théoriquement juste de ses postulats et du principe d’équivalence, et tout s’est vérifié expérimentalement avec une grande précision.

Ca a encore marché : penser à ce coup de génie pur m’a fait oublier mes douleurs de quinqua…

Deux droites parallèles se croiseront nécessairement un jour dans notre cosmos et sa structure en espace/temps ?

Wed, 18 Sep 2019 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Ah c’est une bonne question !

Mais comment tracez vous les droites parallèles, d’abord ?

Deux fils à plomb bien verticaux ? Leur prolongement se croise déjà au centre de la Terre…

Deux lasers avec un système d’interferometrie pour les positionner à un kilomètre de distance à un nanomètre près ? Ils auront un angle de 10-¹² radians entre eux et seront courbés par la gravité terrestre ou solaire si vous essayez dans l’espace, plus l’ en prime..

Vous voyez, les “droites parallèles” c’est un idéal de matheux. En physique, ça n’existe pas : les droites ne sont jamais droites, et encore moins parallèles.

Ce qui s’en approche le plus, ce sont les s empruntés par les “rayons” lumineux. Mais là idem, je ne vois aucun moyen d’émettre deux photons parallèles. On en reçoit à quelques centimètres de distance dans nos télescopes, émis par une étoile à quelques milliers d’années lumière, ou par une galaxie à quelques millions, ou même un quasar a des milliards, mais ils ont probablement été émis à des milliers, millions, milliards de mètres les un des autres, à des moments différents, et ont peut être même suivi des chemins assez différents via .

Avec l’expansion de l’Univers en prime, j’aurais plutôt tendance à dire que la probabilité que deux géodésiques quasi parallèles dans un espace peu courbé se croisent est faible.

Comment se fait-il qu'un trou noir influence gravitationnellement l'extérieur alors même qu'il referme l'espace-temps au niveau de son horizon des événements ?

Tue, 13 Aug 2019 00:00:00 +0000

Article initialement publié sur

Excellente question, comme l’a dit Brice.

L’horizon des événements d’un trou noir est une limite de notre univers observable au même titre que l’ : rien de ce qui est au delà ne peut nous influencer de quelque manière que ce soit.

Donc “tout se passe comme si” la masse du trou noir se trouvait sur l’horizon des événements. De plus on a un problème plus général que celui de la masse : celui de l’ que je ne veux pas détailler ici mais qui est similaire : l’horizon des événements doit “mémoriser” l’information sur tout ce qui entre.

Or si l’espace et le temps sont discrets et non continus, ce que de plus en plus de gens acceptent , alors il y a une hypothèse très sympa qui met tout le monde d’accord : le . Attention ça ne veut pas dire “l’univers est un hologramme” comme on le résume parfois. Le principe holographique dit “simplement” que ;

La quantité maximale d’informations contenues dans un volume d’espace ne peut être plus importante que celle qui est emmagasinée à la surface de ce volume, où une quantité élémentaire ou « bit » d’informations occupe un quart de la surface dite de Planck. ( )

Bref, la masse du trou noir (qui ne peut plus exister à l’intérieur de l’horizon parce que les protons et neutrons sont broyés et que les gluons ne peuvent plus bouger, donc plus exister non plus), cette masse donc est “emmagasinée” à la surface de l’horizon des événements.

Notes de bas de page

Si le temps n’existe pas pour un photon alors ma rétine et la surface du soleil n’ont pas de distance et que se passe-t-il pour expliquer cet état de ma réalité, donc 8 minutes plus tard ?

Thu, 18 Jul 2019 00:00:00 +0000

Article initialement publié sur

Vous êtes irrémédiablement lourd, pour ne pas dire massif.

Donc vous pouvez mesurer un truc que vous appelez “temps” et vous appelez “présent” tout l’Univers que vous pouvez percevoir là, top, maintenant. Mais vous ne réalisez probablement pas que ce présent est en réalité une coupe conique dans l’Univers, ce qu’on appelle le , ramené à 3 dimensions au lieu de 4 dans cette figure:

Donc le photon du Soleil que vous recevez “maintenant” n’a pas été émis il y a 8 minutes, il a été émis top là “maintenant” aussi car il n’y a aucun moyen de définir “maintenant” autrement que par ce cône.

Quand vous dites qu’il a été émis il y a 8 minutes, vous vous déplacez mentalement à la position du Soleil sur le “plan” de l’espace, mais vous n’avez aucune possibilité physique de faire ça !

Donc ce que ça dit de l’ “état de votre réalité”, c’est que vous croyez encore vivre dans un espace qui change au cours du temps en distinguant bien ces dimensions, alors que vous vivez au sommet d’un cône d’espace-temps qui les lie intimement.

Le photon se fiche totalement de notre philosophie. Il lie “instantanément” deux événements situés sur ce cône : la désexcitation d’un électron d’un atome de la couronne solaire, et l’excitation d’un électron de votre rétine. D’ailleurs ces deux événements sont “symétrique” : un photon (infrarouge) pourrait très bien sortir de votre oeil et aller exciter un électron du soleil, pour le photon ça ne fait aucune différence.

D’ailleurs en vertu de la ça pourrait tout aussi bien être un antiphoton remontant le temps …

voir

Est ce qu’un faisceau de lumière émit de manière tangentielle à l’horizon d’un trou noir va poursuivre son chemin en s’éloignant ou va t’il boucler sur lui même ?

Wed, 03 Jul 2019 00:00:00 +0000

Article initialement publié sur

Tangentiellement à l’horizon des événements, la lumière tombe dans le trou. Sur l’horizon, c’est la vitesse perpendiculaire qui doit valoir c…

La lumière va orbiter le trou noir seulement sur la située à 1.5 pour un trou qui ne tourne pas.

Pour un qui tourne, il y a deux sphères de photons sur lesquelles les photons peuvent orbiter. J’ai trouvé cette jolie animation sur en anglais :

Est-ce que l'espace-temps courbe le volume de l'espace ?

Wed, 03 Apr 2019 00:00:00 +0000

Article initialement publié sur

Non. L’espace est un de l’ (ET), qui a 4 dimensions.

A première vue l’espace est composé des 3 dimensions spatiales de l’ET, en négligeant (ou plutôt en projetant selon) au sens mathématique.

En seconde approximation, l’espace est une coupe cônique de l’ET selon le passé : l’espace “actuel” que nous voyons avec un télescope nous montre un objet distant de X années lumières la position et dans l’état où il était il y a X années. Nous voyons la Lune où elle était il y a une seconde, et nos pieds comme ils étaient il y a 5 nanosecondes :

En troisième approximation, ce cône est déformé par les masses selon les de la relativité générale. Cet effet est négligeable la plupart du temps, mais fait des choses bizarres à proximité des tous noirs par exemple

Qu'est-ce qu'un vortex spatio-temporel ? Comment la Nasa a-t-elle prouvé son existence ?

Tue, 26 Mar 2019 00:00:00 +0000

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En cherchant “space time vortex nasa” on trouve effectivement la page sur le site de la NASA, qui fait référence au satellite qui a effectivement montré l’existence de l’effet autour de la Terre.

Donc disons que “vortex spatio-temporel” sur une page grand public (hélas de la NASA…) = un microscopique effet relativiste qui confirme (une fois de plus) la théorie de la relativité mais qui est quand même génial : l’espace lui-même “s’enroule” autour des masses en rotation. Et le temps aussi, mais c’est plus dur à visualiser.