Einstein est jusque dans nos montres

[caption id="attachment_1430" align="alignright" width="260" caption="Les horloges avancent plus lentement si la gravité augmente, plus rapidement si elle diminue. Photo : W. Tiller, iStockphoto"][/caption]

Peut-être que le problème majeur dans la diffusion d'informations scientifiques est de montrer le rôle que des disciplines comme la physique et les mathématiques peuvent avoir dans la vie de tous les jours.

Les choses se compliquent, par exemple, avec des théories comme celle de la relativité d’Einstein, étant donné qu’elle n’est pas très intuitive et plutôt difficile à se représenter. Pourtant, il est possible de démontrer que cette théorie est plus proche de nous qu’elle en a l’air.

La théorie d’Einstein dit que le temps qui passe entre deux événements dépend du chemin qu’il parcourt dans le cosmos. Et cela peut dépendre de la courbe de l’espace-temps le long de sa trajectoire. Il est reconnu que cette théorie est très utile pour expliquer beaucoup de phénomènes physiques (au sens propre) assez éloignés de notre réalité, comme le calcul extraordinairement précis des orbites des planètes du système solaire, ou pour vérifier comment la lumière est déviée par l’espace-temps déformé qui se crée autour des étoiles ou des planètes.

Ainsi, si on applique ce concept à quelque chose de plus concret, on pourrait démontrer qu’une horloge placée dans un champ de gravité avance plus lentement qu’une autre placée loin de tout effet de gravité. Dans les années 70, des scientifiques ont démontré l’effet de la relativité en utilisant deux horloges atomiques synchronisées en les mettant chacune dans un avion différent volant tous deux autour de la Terre : le premier vers l’est, le second vers l’ouest. L’expérience a démontré que ce dernier, qui voyageait dans le sens contraire de la rotation de la Terre, a gagné du temps par rapport à une horloge de référence restée sur la terre ferme.

Dernièrement, un groupe de chercheurs de l’Institut National des Standards et Technologies (NIST, en anglais) de Boulder, Colorado, a démontré que les théories d’Einstein — sur la relativité restreinte et la relativité générale — s'appliquaient à une échelle "plus humaine" et qu’elles ne se limitaient pas à des expériences sur d'énormes échelles de vitesse et distance. L’équipe du NIST a prouvé que le temps s’accélère rien qu’en montant un escalier d’une marche et qu’il ralentit si nous voyageons à une vitesse de 36 km/h. Leurs résultats ont été publiés dans le magazine Science du 24 septembre dernier.

Cette expérience a permis de mesurer la différence entre deux horloges séparées d’une hauteur de 33 centimètres, plus ou moins l’équivalent d’une marche d’escalier. Étant donné que selon la relativité générale, le temps s’accélère pour les objets à "gravité diminuée", l’horloge la plus haute (qui est donc moins soumise à l’effet de la gravité terrestre) avance plus vite que l’autre, d’à peu près 4 × 10^-17 secondes, elle permet de gagner 90 millionièmes de secondes en 79 ans !

D’un autre coté, et considérant que la relativité restreinte affirme que le temps avance plus lentement pour les objets en mouvement, les chercheurs ont démontré que si on excite les atomes d’une horloge atomique, ceux-ci oscillent à une vitesse relative de moins de 10 mètres par seconde, soit l’équivalent de 36 km/heure. Cette horloge connaît donc un retard de 6 × 10^-16 secondes.

Même si cette expérience n’apporte rien de vraiment nouveau, ce résultat se révèle plutôt philosophique, puisqu’il démontre que la relativité est tangible. De plus, la possibilité de détecter des choses infimes dans la gravité pourrait se révéler utile en géophysique et hydrologie. Selon les experts, cela pourrait aider à mesurer la quantité de masse – d’eau par exemple — qui est redistribuée sur la Terre suite au changement climatique, en construisant un réseau qui analyse en temps réel le niveau de gravité de la planète entière.