La 4ème dimension

[lilic24000]

J'ouvre ce topic sur la notion d'espace temps.

Je ne suis pas astrophysicien mais j'aimerais avoir votre avis ou vos retours ce que j'ai énoncé.

Est-ce que cela tient la route ?

 

La 4ème Dimension

 

UNE MACHINE A REMONTER LE TEMPS

 

En tant qu’êtres humains, incapables de voler par nos propres moyens (sauf à nous jeter du haut d’une tour), nous évoluons dans un espace à 2 dimensions, c'est-à-dire sur une surface, en l’occurrence la surface terrestre.

Lorsque nous sommes à bord d’un aéronef ou d’une fusée, nous nous déplaçons dans un volume et non plus sur une surface, autrement dit dans un espace à 3 dimensions, la 3^ème dimension étant l’altitude de notre vol.

Pour vous expliquer la 4^ème dimension, il va me falloir recourir à une petite démonstration.

Rassurez-vous, nul besoin d’être diplômé de l’Ecole Polytechnique ou du Massachussetts Institute of Technology pour comprendre car je n’utilise aucune formule mathématique à l’appui de mon raisonnement !

 

Par une belle soirée d’été, j’installe mon petit télescope « amateur » de 130 mm de diamètre dans mon jardin pour observer la galaxie d’Andromède, située dans la constellation du même nom, à une distance d’environ 2 millions 550.000 années lumière de la Terre.

2 millions 550.000 ans, c’est le temps que met la lumière pour parcourir la distance qui sépare Andromède de notre planète.

 

C’est maintenant que cela devient intéressant !

La galaxie que j’observe à l’oculaire de mon petit télescope, en l’occurrence Andromède, est en fait l’image de cette même galaxie il y a 2 millions 550.000 ans puisqu’il a fallu ce laps de temps pour que la lumière parcourt cette distance.

 

En fait, je réalise un voyage dans le temps avec mon télescope lorsque j’observe un astre lointain. L’image que j’observe est une image ancienne  ou « historique » et non pas une image en temps réel de cet astre.

 

Dans cette même logique, il est possible qu’à l’instant même où j’observe une étoile, celle-ci ait en réalité disparu.

En effet, ce que j’observe est une image du passé, soit une représentation de cette étoile telle qu’elle était dans l’univers il y a x millions ou milliards d’années (x étant la distance en années-lumière me séparant de cette étoile) et on peut imaginer qu’elle se soit éteinte entretemps.

 

J’espère que cette première partie de mon exposé vous a plu et convaincu.

Prenez une grande inspiration ou faites une petite pause café avant d’aborder la suite.

 

Etant passionné d’astrophotographie, j’ajoute maintenant une petite webcam à la place de l’oculaire sur mon petit télescope pour photographier Andromède.

Je relie la caméra à mon ordinateur portable pour capturer et enregistrer les images.

 

Après avoir pointé mon télescope sur Andromède, je démarre l’enregistrement des images.

Les photons (particules de lumière dans les différentes longueurs d’onde visibles soit du violet au rouge en passant par le bleu , le vert, le jaune et l’orange) arrivent au terme d’un long voyage sur le capteur de ma caméra qui les numérise et les transmet à mon PC portable où une image s’affiche à l’écran.

Nous sommes à l’été de l’an 2020 après JC, l’image d’Andromède affichée à l’écran de mon PC date de 2 millions 547.980 ans avant JC.

 

Imaginons maintenant qu’un petit « alien » (ou un petit extra-terrestre si vous préférez) soit présent à la surface d’Andromède et qu’il tienne devant lui un grand miroir disposé de telle sorte que ce miroir réfléchisse l’image de la Terre, et plus précisément l’image de ma maison et de mon jardin.

 

En supposant que mon télescope soit assez puissant pour pointer le miroir de ce petit « alien», qu’observerais-je ?

En toute logique, ce serait l’image de ma maison il y a 5 millions 100.000 ans, soit à la date de 5 millions 97.980 ans avant JC.

En tout état de cause, je ne verrai pas ma maison, ni mon jardin mais une image de mon pays à l’époque du Pliocène.

Voilà une belle machine à remonter le temps !

 

 

LA NOTION D’ESPACE-TEMPS

 

L’univers est un espace courbe où l’échelle astronomique des distances et du temps dépassent notre entendement.

Quoiqu’il en soit, il existe une théorie dite de la relativité restreinte selon laquelle le temps s’écoule de manière uniforme et constante dès lors qu’un observateur reste immobile.

Autrement dit, c’est le temps qui passe habituellement et qui se manifeste au travers du mouvement des aiguilles sur la comtoise de ma grand-mère.

Notre observateur vieillit au rythme des heures, minutes et secondes en occupant une même position fixe dans l’univers.

Selon cette même théorie, le temps s’arrête dès lors que notre observateur se déplace à la vitesse de la lumière. Dès lors, il ne vieillit plus mais il se déplace sur de très grandes distances et à très grande vitesse dans l’univers.

Entre ces deux extrêmes, le temps ralentit plus ou moins vite, notre observateur se déplaçant dans l’espace à des vitesses plus ou moins grandes comprises entre 1 mètre/seconde et 300 millions de mètres/seconde.

Représentation graphique de l’espace temps

Le graphique ci-dessus illustre l’espace-temps.

Un observateur qui occupe une position fixe dans l’univers a une vitesse nulle V=0.

A l’instant t, il occupe la position qui est l’origine de l’axe des ordonnées.

Au bout d’un an, cet observateur immobile se retrouve au point A sur l’axe des ordonnées et sa vitesse V est toujours égale à 0 puisqu’il est immobile.

Il a donc vieilli, comme tout un chacun, au fur et à mesure que le temps passe.

Supposons maintenant que notre observateur monte à bord d’un vaisseau spatial ultra sophistiqué capable d’atteindre une vitesse V égale à 85% de la vitesse de la lumière (V=0,85C).

Si l’on projette sur l’axe des ordonnées le point d’intersection B de la courbe illustrant l’espace-temps à partir d’une abscisse égale à 0,85C, on voit que notre observateur n’a vieillit que de 4 mois.

Supposons maintenant que notre observateur puisse supporter une accélération jusqu’à la vitesse de la lumière V=C (ce qui est une hypothèse purement théorique).

On voit qu’au bout d’un an, il se situe au point D sur l’axe des abscisses.

Il aura ainsi parcouru environ 10.000 milliards de kilomètres dans l’espace sans avoir  vieilli.

Il aura ainsi 1 an de moins que l’observateur au point A qui est resté immobile pendant les 12 derniers mois.

[nomor]

Il y a 6 heures, lilic24000 a dit :

Il aura ainsi parcouru environ 10.000 milliards de kilomètres dans l’espace sans avoir  vieilli.

Il aura ainsi 1 an de moins que l’observateur au point A qui est resté immobile pendant les 12 derniers mois.

 

Bonjour,

Je ne suis pas non plus astrophysicien et voici ce que je pense:
Je comprends le concept si on prend en compte le temps dans un seul espace (celui de l'observateur resté sur place) mais je pense qu'en fin de compte, les deux observateurs ont le même age physiquement dans leurs espaces respectifs par contre ils ne pourront s'observer à la même place qu'au bout d'un an car en réalité c'est une question de "temps d'affichage" dû à la lumière.

un exemple: je dis au revoir à mon ami et je me téléporte en 1min à 13 milliards d'AL. je sais qu'il aura également veilli d'une minute dans son espace/temps mais il sera impossible à observer car nous serons tous deux dans notre propre espace/temps.

Modifié 15 mai 2020 par nomor

[lilic24000]

Merci nomor pour ton retour.

En effet, les 2 observateurs ne pourront pas s'observer au bout d'un an du fait de la distance les séparant.

L'observateur en A aurait pu observer l'observateur arrivé en D à condition de pointer son télescope vers lui à la même date un an plus tard (à l'instant t de l'année n+2).

Modifié 15 mai 2020 par lilic24000
correction

[Photino]

La chaîne Science Etonnante sur YouTube a fait une excellente vidéo qui parle de ça, si tu ne l'as déjà pas vu :

 

 

[pm77g]

Le 15/05/2020 à 14:50, lilic24000 a dit :

 

Selon cette même théorie, le temps s’arrête dès lors que notre observateur se déplace à la vitesse de la lumière. Dès lors, il ne vieillit plus mais il se déplace sur de très grandes distances et à très grande vitesse dans l’univers.

Attention, ce n’est pas ça. L’observateur ne bouge jamais dans son reférentiel. C’est un observateur externe qui le voit bouger et voit donc son temps ralentit. Mais pour celui qui « voyage » le temps s’écoule normalement. 
De plus celui qui voyage va voir le deuxième observateur voyager en sens contraire et il va aussi voir le temps de l’autre ralentir.

C’est un peu comme deux personnes de même taille, quand elles s’éloignent, chacune va voir l’autre plus petite à cause de la perspective.

[Albuquerque]

Je ne suis pas convaincu par cette formulation courante : nous voyons une galaxie à 2 millions d'années-lumière, donc c'est une image de cette galaxie il y a deux millions d'années et non pas en temps réel. 

Certes, si nos deux galaxies sont semblables et nées "au même moment", c'est-à-dire lorsque sur l'une comme sur l'autre le rayonnement cosmique de fond présentait la même température, alors nous voyons une image semblable à celle de notre propre galaxie il y a deux millions d'années. 

En revanche je ne dirai pas que nous ne la voyons pas en temps réel, parce que cette notion de temps réel manque de sens. Cette galaxie a sur nous des effets physiques : par exemple des effets de marée sur notre propre galaxie. Or ces effets sont actuels, en ce moment, et il est impossible que ce qui se passe "en temps réel" selon ton idée sur cette galaxie influe la nôtre en rien. Puisque son "temps réel" ne peut rien sur nous, nous ne devons pas l'appeler temps réel. Il n'a rien de réel pour nous. La réalité est ce qui nous arrive aujourd'hui, indépendamment de l'âge de cette galaxie lorsque c'est arrivé chez elle. En somme nous voyons cette galaxie dans un stade évolutif vieux de 2 millions d'années pour ses habitants, mais qui est notre temps réel. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[pm77g]

Le principe de simultanéité est relatif à l’observateur. Les galaxies déplacent les unes par rapport aux autres. Parler de temps réel n’a de sens que pour un référentiel et perd son sens pour les autres référentiels en mouvement par rapport au premier.

[archange34]

 

[pm77g]

Il y a 4 heures, UNE ETOILE SOLITAIRE a dit :

Tu t'es bien renseigné... 

Oui merci, les cours de cosmo de Pacheco du DEA d'astrophysique de Nice étaient vraiment captivants.

Il y a 4 heures, UNE ETOILE SOLITAIRE a dit :

Mais noublie pas que l'observateur reste dans son référentiel

Pas ce qu'il observe.