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Mise à jour 09 décembre 2023

La courbure du temps ou dilatation temporelle

La courbure du temps ou dilatation temporelle

Image : La courbure du temps dans la courbure de l'espace-temps.
Crédit : image créée par une IA.

La courbure de l'espace-temps

La relativité générale d'Albert Einstein (1879-1955) décrit la gravitation comme une courbure de l'espace-temps. Les objets massifs (étoiles, galaxies, amas de galaxies) courbent la toile de l'espace-temps autour d'eux. Plus l'objet est massif, plus la courbure est importante.

Dans la courbure de l'espace-temps, la distorsion de l'espace, sous la forme d'une courbure, est relativement facile à imaginer. On comprend bien qu'un objet céleste massif puissent suivre cette courbure de l'espace tout en la modifiant à son passage.
Par contre la courbure du temps nous semble bizarre car on ne sait pas imager un temps courbe. Pourtant, la relativité générale montre comment la gravitation influence la mesure du temps. Le temps se tord et se dilate en présence de masses.

Les horloges atomiques sur les satellites GPS, circulant à 20 200 km d'altitude, doivent être corrigées pour tenir compte de cette distorsion du temps causée par la gravité de la Terre. Cette différence de temps est très faible, mais elle est mesurable. En d'autres termes, une horloge située à la surface de la Terre tourne plus lentement qu'une horloge située dans l'espace.
Pourquoi ?

Le temps est une dimension supplémentaire de l'espace

La courbure du temps est un concept plus complexe que celle de l'espace.
Notre expérience quotidienne est ancrée dans un cadre tridimensionnel (longueur, largeur, et hauteur), et imaginer une dimension temporelle supplémentaire n'est pas instinctif.

Les concepts de la relativité restreinte et générale d'Einstein introduisent l'idée que le temps est une dimension intrinsèque liée à l'espace. En d'autres termes, le temps se mesure en mètres. Cependant, notre intuition spatiale est basée sur des phénomènes tridimensionnels, ce qui rend difficile l'appréhension intuitive de la quatrième dimension, le temps.

Imaginons l'espace-temps comme une surface plane représentant l'univers.
Lorsqu'il n'y a pas de masse ou d'énergie significatives, cette surface est plate.
Mais, en présence de masse ou d'énergie, cette surface se courbe. La courbure est d'autant plus prononcée que l'objet est massif. La courbure de l'espace-temps est minime en présence d'une planète, plus marquée en présence d'une étoile et atteint des niveaux extrêmes en présence d'un trou noir.

Maintenant, considérons le temps comme une dimension supplémentaire, perpendiculaire aux trois dimensions spatiales que nous connaissons. Dans un espace-temps courbé, le temps suit la courbure créée par la masse ou l'énergie présente.

Imaginons un objet en mouvement roulant sur les axes x, y, z, et t de cette surface courbée (espace-temps).
La courbure de l'espace-temps va influencer la trajectoire de l'objet. Plus la courbure est prononcée, plus l'objet va suivre une trajectoire incurvée.

Maintenant, appliquons cela au temps. Comme le temps est une dimension supplémentaire de l'espace courbé, lui aussi suit la courbure créée par la masse.
Si un observateur se déplace à travers cet espace-temps courbé, il percevra le temps avec une courbure. Alors qu'un observateur dans un espace-temps plat percevra le temps comme une ligne droite.
En d'autres termes, la courbure de l'espace-temps affecte la manière dont le temps s'écoule. Plus la courbure sera prononcée, plus le temps s'écoulera lentement. C'est ce qu'on appelle la dilatation temporelle, où le temps semble s'écouler plus lentement dans des régions de l'espace-temps courbées par une masse importante.

Cette analogie simplifiée vise à donner une image intuitive de la manière dont la courbure de l'espace-temps influe sur le temps.
En réalité, la théorie de la relativité générale d'Einstein utilise des équations mathématiques complexes pour décrire ces phénomènes, mais cette visualisation peut aider à conceptualiser l'idée de base de la courbure du temps.


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