Comprendre la distorsion d’espace temps.
Il y a parfois des concepts qui nous paraissent tellement étrangers que nous avons réellement beaucoup de mal à nous les imager, et à les comprendre. Parmi ceux-ci, la distorsion de l’espace temps.
L’univers est composé de 4 dimensions, trois dimensions d’espace et une de temps. Mais le temps qui s’écoule et qui nous semble si linéaire sur Terre, ne l’est en réalité, absolument pas. Le temps peut ralentir et s’accélérer. En effet, en 1913, Einstein découvrit que les corps massifs, tels que la Terre, le Soleil et les autres étoiles agissent sur le cadre spatio-temporel. Du fait de leur masse, ils le déforment, le distordent, le courbent localement. C’est le principe de la relativité générale.
La distorsion engendrée par la Terre se fait d’ailleurs même sentir à de « petites » échelles, ainsi, les horloges atomiques en orbite autour de la Terre nécessitent une correction régulière pour le ralentissement dû à l’effet de la gravité terrestre.
Afin de visualiser ce concept de distorsion de l’espace-temps, Olivier Esslinger, astrophysicien, propose une version imagée intéressante :
Les propriétés les plus étonnantes sont celles qui concernent la distorsion du temps près d’un trou noir. Comme nous l’avons vu, le temps s’écoule plus lentement dans un champ gravitationnel fort. C’est dans le cas extrême d’un trou noir que ce genre d’effet est particulièrement spectaculaire. Imaginez-vous en train d’observer au loin un ami suffisamment intrépide pour vouloir plonger dans un trou noir. Au fur et à mesure qu’il va s’approcher de celui-ci, vous verrez sa montre tourner de plus en plus lentement. Le déplacement de l’aiguille correspondant à une seconde prendra de plus en plus de temps, une minute, une heure, une journée. Au moment où il atteindra le rayon de Schwarzschild ( rayon critique en deçà duquel rien ne peut s’échapper), ce mouvement prendra un temps infini. L’image de votre ami restera figée pour l’éternité.
Pour lui, par contre, la situation sera inversée. Quand il lira l’heure sur sa montre, il ne remarquera rien de spécial. Mais c’est en regardant la vôtre qu’il sera surpris. Il verra tourner l’aiguille de plus en plus rapidement, un tour sera accompli en une seconde, une milliseconde, une microseconde. Il observera bientôt la vie des étoiles se dérouler en une fraction de seconde, puis, en atteignant finalement le rayon de Schwarzschild, il pourra observer toute l’histoire future de notre univers. Il n’est pas utile de préciser qu’il n’y a pas de billet retour pour un tel voyage. La frontière définie par le rayon de Schwarzschild ne laisse passer que dans un sens.
La descrïption ci-dessus n’est pas tout à fait correcte. Un trou noir vu de l’extérieur n’est pas une collection d’images d’astronautes terrifiés. En fait, un autre effet vient se superposer à la décélération du temps. Comme nous l’avons vu, la lumière est affectée par la présence de la gravité à travers l’effet Einstein. Plus le champ gravitationnel de l’astre est fort, plus les photons qui s’en échappent sont affaiblis et décalés vers de plus grandes longueurs d’onde. Ainsi lorsque votre ami se rapproche du rayon de Schwarzschild, les photons constituant son image deviennent moins énergétiques. Ils sont d’abord décalés vers le rouge, puis sortent du domaine visible. Son image, au lieu de rester suspendue, va peu à peu disparaître et laisser place à un noir plus caractéristique de l’objet central.
Notons un dernier effet qui va se révéler dramatique, l’entrée en jeu des forces de marée. En effet, il est peu probable que votre ami ait le loisir de vous observer très longtemps. L’intensité du champ gravitationnel est énorme, mais ses variations avec la distance le sont également. Imaginons que votre ami tombe les pieds en premier vers le trou noir. Le champ de gravité, qui diminue avec la distance, sera plus fort au niveau des pieds qu’au niveau de la tête. Cela signifie que les pieds de votre ami seront plus accélérés que sa tête. Par conséquent, son corps va être étiré dans le sens de la longueur
crédit : blog éric-demaret
Les masses déforment ce tissu spatio-temporel comme sur cette image, et ainsi les masses moindres sont comme aspirées, elles semblent rouler sur le tissu spatio-temporel vers la masse la plus grande. Je sais que ce n'est qu'une représentation qui sert à nous faire comprendre les interactions.
crédit : futura-sciences.com
