Le voyage dans le temps

Pour Noël une petite balade ! :) Mais pour voyager dans le passé ou dans le futur il faut d’abord bien comprendre ce qu’est le temps…

Et en fait intuitivement tout le monde a une assez bonne idée de ce que c’est, par exemple on sait tous que si le temps s’arrêtait subitement, et bien tout serait simplement immobile d’un seul coup. Ce qu’on sait peut-être un peu moins c’est qu’a ce moment on ne pourrait plus voir ce monde « immobile », puisque la lumière elle même immobile ne nous parviendrait plus, mais bon, ce n’est pas très grave, et en gros nous avons tous une bonne « intuition » de ce qu’est le temps… Parce que le temps c’est n’est pas si compliqué, le temps c’est le mouvement de tout ce qu’il y a dans l’univers, si on « ralenti » ces mouvements (on verra comment ensuite) alors le temps ralentit. Et si les mouvements font « marche arrière » alors le temps recule. Enfin si les mouvements s’accélèrent alors le temps s’accélère.

Il y a autre chose qu’il faut souligner, et c’est important puisque c’est ce qui va nous permettre de voyager dans le temps, c’est que la vitesse de ces mouvements n’est pas obligatoirement la même dans tout l’univers : les mouvements peuvent s’arrêter seulement dans une zone bien définie de l’univers et continuer normalement partout ailleurs. Ou ils peuvent aller « plus vite » dans une zone, et alors le temps s’y écoule plus rapidement que dans le reste de l’univers.

Donc le temps n’est pas « absolu » dans l’univers, ce n’est pas quelque chose d’abstrait, qui engloberait tout l’univers, pratiquement « séparé » de l’univers même, non, le temps c’est très concret, c’est le mouvement, si on arrête tous les mouvements, on arrête le temps !.. tout simplement j’ai envie de dire.

Et le voilà notre moyen de « transport » dans le temps ! : si on conserve le temps « normal » dans une machine et qu’on fait revenir en arrière tous les mouvements de l’univers (ou bien seulement du système solaire pour rester modeste :) ) et bien on « voyage » dans le passé !

Mais de nombreux fantasmes sont liés au voyage dans le passé, de « se rencontrer soit même » par exemple… C’est mal comprendre comment le voyage dans le passé se déroule car comme on vient de le voir si un voyageur veut revenir dans le temps dans une région de l’univers alors il doit inverser tous les mouvements de cette région sauf les siens… En effet le voyageur ne doit pas revenir en arrière, sinon il ne « voyagerait » pas dans le passé finalement, il reviendrait avec la zone entière (et ne se rendrait même pas compte de ce qui se passe…). Donc la « matière » du voyageur, à l’intérieur de la machine, continue son chemin normal dans le temps, mais du coup ça veut dire que cette « matière », du voyageur, ne fait plus « partie » de l’univers qui revient en arrière à l’extérieur de la machine…

Et c’est primordial de le prendre en compte parce que ça veut dire que cette zone revient dans un passé différent de ce qu’il a été ! un passé sans la « matière » du voyageur… Pour bien comprendre un exemple : imaginons que le voyageur juste avant de monter dans sa machine ait eu une discussion dans un bar avec un ami. Au départ du voyage toute la matière de cette zone de l’univers revient en arrière, donc l’ami se « dirige » à reculons vers ce bar. Le voyageur lui ne se dirige pas vers le bar à reculons, il est dans la machine, il est exclu du retour en arrière de la zone. Quand l’ami arrive au bar il n’y rencontre pas le voyageur, la « matière du voyageur », puisqu’elle est dans la machine… Du coup il parle tout seul ?

Non, il ne parlera même pas, il ne parlera « plus » on peut dire, puisqu’il n’a plus d’interlocuteur… Même si l’univers évolue à l’envers les règles des interactions de la matière continue d’y être respectés, elles sont juste à l’envers : par exemple si un objet avait rebondi sur un autre, alors si on fait revenir en arrière cette zone en retirant un des deux objet, celui qui reste ne rebondit pas tout seul dans ce « nouveau passé », il continue sa course, « à l’envers » certes, mais sans rebondir cette fois, dans un passé différent de ce qu’il avait été, parce que la matière en présence est elle même différente.

Plus généralement, exclure une partie de la matière d’une zone de l’univers qui revient en arrière correspond à un effet papillon « à l’envers » dans cette zone, les événements « inversés » vont changer de plus en plus par rapport à ce qu’ils ont été à mesure que la « différence initiale » va se propager, et petit à petit c’est tous les événements qui « vont » être différents de ce qu’ils avaient été.

Alors quid de tuer un « parent » !? ça nous fait disparaître d’un coup ? Voyons ce cas : un voyageur revient dans le temps, en fait on l’a vu, il faut plutôt dire « tous les mouvements d’une région de l’univers reviennent en arrière sauf ceux d’un voyageur ». Le parent revient donc en arrière, mais dans un univers SANS le voyageur qui est dans la machine. Comme on l’a vu petit à petit les interactions que le voyageur y avait faites ne se produisent pas à l’envers comme elles avaient été faite par lui et cela conduit à un passé différent A tel point que la mère n’accouche même pas de cet enfant !! Et oui, la matière du voyageur n’est pas revenu en arrière, elle, et il n’est donc pas redevenu un bébé, et sa mère ne peut pas « redevenir enceinte » du voyageur puisque le bébé n’est pas « revenu » lui… Elle va faire autre chose :) … Tout les « parents » du voyageur sont tous bien revenu en arrière, mais dans un passé qui fini par être complètement différent de ce qu’il a été quand le voyageur était là. Bref si on arrête la machine et que le voyageur tue n’importe lequel de ses parent, et bien rien ne se passe, il ne disparaît pas.. (il va juste en prison car on peut parier que la police de l’époque ne croira pas son histoire !! :) )

Bon, voilà pour la théorie, maintenant passons à la pratique ! :-)

Pour voyager dans le temps dans une zone de l’univers, donc, il faut influencer les mouvements dans cette zone, les ralentir, les accélérer, ou même les inverser… Mais comment faire ?

L’un des « paramètre » central du mouvement, donc du temps, c’est l’inertie. L’inertie c’est la résistance au changement de vitesse d’un objet, l’accélération ou le ralentissement. On n’est pas toujours conscient de l’inertie car elle est proportionnelle à la masse et généralement on déplace des objets relativement léger, mais par exemple on la sent bien quand il faut pousser quelqu’un sur une balançoire, d’autant plus si la personne est lourde. L’inertie, proportionnelle à la masse, est au « centre » de la façon dont les mouvements se font, donc l’inertie/masse est au « centre » de la façon dont « s’écoule » le temps.

Donc, l’un des problème central à résoudre pour voyager dans le temps, pour modifier les mouvements d’une région de l’univers, est de changer l’inertie dans cette zone.

Il y a deux possibilités : soit on change l’inertie d’une zone toute entière et le voyageur conserve la sienne, soit c’est le voyageur qui change son inertie propre dans sa machine et l’univers tout entier conserve la sienne. On voit tout de suite que la difficulté avec la première solution c’est qu’il faut influencer de façon uniforme l’inertie d’une région entière, suffisamment grande (de l’ordre d’un système solaire disons), pour l’augmenter ou la réduire par rapport à un voyageur qui conserverait la sienne… En pratique c’est un peu difficile à mettre en oeuvre…

Par contre influencer l’inertie d’une zone confinée est plus facilement concevable… Si on augmentait l’inertie/masse dans une machine ça aurait pour effet de rendre encore plus difficile tout les changements de vitesse, par exemple en poussant de la même force la personne sur la balançoire elle se mettrait en mouvement plus lentement. Tous les changement de mouvements dans la machine serait plus « difficile », le temps y serait « ralenti ». Et puisqu’à l’extérieur de la machine, dans le monde, le temps s’écoule toujours normalement, et bien ça y est ! nous voyageons dans le futur !! :) .. Le voyageur dans la machine voit tout dans le monde se mettre à bouger très vite, par contre vu du monde, dans sa machine, il semble pratiquement immobile.

Mais attention, comme pour le voyage dans le passé on ne voyagera pas dans le même futur que s’on avait participé à ce monde, forcément, car on est dans la machine, donc on est à l’écart du monde, on n’a aucune influence dessus, et il évolue sans nous. Mais quand même, il évolue « dans le futur » par rapport au voyageur, c’est le plus important, et on arrivera 20 ans plus tard en découvrant des technologies nouvelles, et bien sur les gens auront 20 ans de plus que nous hé hé :)

A l’opposé si on réduit l’inertie dans une petite zone, dans une machine, tous les mouvements s’y feront plus vite, et donc le temps s’y écoulera plus vite que dans l’univers.

Et voilà :) En conclusion, je pense que revenir dans le passé, même d’une petite zone, c’est presque certainement, et malheureusement, impossible, et même si ça l’était on a vu que ce serait sous certaines conditions, par exemple ça ne serait en aucun cas instantané, ça prendrait un « certain temps« , un « temps à l’envers », le temps de TOUT faire « bouger » dans la zone concernée à rebours, il ne pourrait en aucun cas y avoir de « porte » qui instantanément nous projetterait des années en arrière, ce serait simplement mal comprendre le temps que d’imaginer ce « moyen » de voyager dans le passé.

Par contre voyager dans le futur c’est probablement possible, il suffit « simplement » d’augmenter l’inertie/masse d’un voyageur dans une machine comme on l’a vu, le temps de l’univers s’écoulerait normalement et le voyageur resterait « figé », donc il voyage dans le futur. On peut imaginer des applications : une nouvelle sorte de frigo : le frigo à inertie !! on arrête le temps des aliments :) ça c’est du progrès ! A l’inverse on peut aussi concevoir une prison à inertie, il suffit dans ce cas de réduire l’inertie du « voyageur prisonnier », une minute dans le monde correspond pour lui à une année.. les peines de prisons sont exécutés juste à la fin du procès ! en cinq minutes :) Par contre pour le vin, alors là c’est une vraie révolution !! :D ;)

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La réflexion de la lumière

Une des erreur qui a eu le plus de conséquences en physique concerne un phénomène très simple en apparence : la réflexion de la lumière sur un miroir. Cela dit l’erreur est peut-être justement due à cette impression de simplicité…

Dans les expériences d’optiques, on postule (depuis toujours.. :o ) que la lumière est réfléchie par les miroirs en repartant à la même vitesse qu’elle est arrivée, comme s’il s’agissait d’une simple « balle qui rebondissait sur un mur » en mécanique classique…

La lumière n’a pourtant rien a voir avec une balle faite de matière, elle n’a pas de masse, elle est seulement énergie, elle n’obéit donc à aucun des effets de l’inertie, principale responsable de la conservation des vitesses dans le rebond des objets « massique » à notre échelle. Et on aurait donc du se poser « sérieusement » la question de la conservation de la vitesse de la lumière avant de postuler qu’elle avait la même vitesse dans toutes les directions et dans tout les repères…

Que se passe t’il donc lors de la réflexion de la lumière sur un miroir ? La « réaction » de la lumière au contact d’un obstacle est un processus relativement complexe. Tout d’abord la lumière, composée d’onde électromagnétique, ne « rebondie » pas toujours sur la matière qu’elle rencontre, elle n’est pas toujours réfléchie, selon la nature de la matière qu’elle touche elle peut aussi être absorbée, donc « disparaître » (en fait se transformer en une autre forme d’énergie), ou être réfractée. Bref la lumière « interfère » avec les atomes de la matière qu’elle rencontre d’une façon infiniment plus complexe qu’une balle sur un mur.

Et dans le cas particulier d’un miroir, la lumière peut bien arriver à n’importe quelle vitesse, elle va toujours interagir avec les atomes (et surtout leurs électrons) de la même façon, pour être ré-émise à une vitesse « relative » au miroir lui même, la vitesse de la lumière.

On notera que la fréquence, quantifiant l’énergie d’une onde électromagnétique, est conservée puisque la ré-émission se fait au « rythme » de la réflexion donc l’énergie est conservée. Et puisqu’elle n’a pas de masse cette réduction de vitesse (ou augmentation si la lumière allait « relativement » moins vite que l’objet) n’engendre pas non plus de variation « d’énergie de la lumière » qui est bien conservée.

Voilà, on considère depuis toujours que la lumière « conserve » sa vitesse incidente en « rebondissant » sur un miroir mais ce n’est presque certainement pas le cas, et cette erreur a eu des conséquences importantes puisqu’à la suite de certaines expériences importantes « on » en a postulé rien moins que « la vitesse de la lumière C, est toujours la même, qu’elle soit émise par un objet en mouvement ou au repos »… Le postulat est donc « à moitié vrai » : la lumière a toujours la vitesse C dans le référentiel de tout objet qui en réfléchi ou qui en produit, mais en aucun cas elle n’a la même vitesse dans TOUT les repères (c’est d’ailleurs presque incroyable qu’on ait accépté de croire ça… :o )

La vitesse de la lumière

Pourquoi la vitesse de la lumière est-elle si fascinante ? Sans doute parce qu’elle est simplement phénoménale ! Elle fait plus de 7 fois le tour de la terre en une seconde !!! Pas seulement Paris-Tokyo hein, le tour entier de la planète ! et pas une fois, mais 7 fois !! en une seule seconde ! :-O Pas évident de bien s’imaginer cette vitesse… On dit même que c’est une vitesse « maximum ».. ce qui ajoute encore à sa légende si besoin était ! :-)

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Limitation de vitesse dans l’univers donc à 299 792 Km/seconde (on l’appelle c). On ne pourrait pas dépasser cette vitesse. Même les extra-terrestres ultra avancés, même les vaisseaux de Stars War, ne devraient pas pouvoir aller plus vite que c… A priori on ne voit pas pourquoi, si on accélérait à fond avec un bon petit vaisseau spatial pendant une durée suffisante on devrait finir par atteindre cette vitesse énorme non ?

Remarquez avec l’accélération d’une bonne voiture il faudrait presque un an pour atteindre c donc c’est vrai que ce serait long quand même ;-) Mais non, à l’approche de la vitesse de la lumière, au bout de 11 mois disons, la voiture ne pourrait pratiquement plus accélérer… Même en écrasant le champignon :-) enfin.. on n’a pas pu essayer avec une voiture bien sur, ni un vaisseau… Eh bien alors !? Comment se fait-il qu’on en soit si certain ? Comment on est arrivé à croire une chose pareille ?

C’est à cause de résultats d’expériences  ! C’est comme ça la science, on fait une expérience, on note scrupuleusement les résultats, et on tire des conclusions, voir de jolies formules mathématiques. Par exemple on lâche un objet, une pomme par exemple et on voit qu’elle tombe par terre, donc on en déduit qu’elle est repoussée par le ciel. Et finalement on remarque que TOUT est repoussé par le ciel vers la terre et ce quel que soit son poids, alors on fait une formule mathématique sur le repoussage universel du ciel vers la terre quientérine bien la découverte… heuu.. quoi ? c’est pas le ciel qui repousse les objets ? Ha.. bon.. ben.. des fois en science on se trompe un peu d’interprétation dans les expériences… Mais.. c’est pas grave, on corrige ! ;-)

Et heureusement, par exemple jusqu’au milieu du 19 eme siècle les médecins à l’hôpital accouchaient des femmes sans se laver les mains après avoir disséqué des morts, tout juste s’ils les essuyaient :-O Du coup la mortalité infantile était énorme, à tel point que les femmes préféraient accoucher dans la rue !! Et puis quelqu’un a conseillé aux médecins de se laver les mains mais les docteurs n’avaient aucune envie d’avouer qu’ils étaient responsables de tant de morts…

Mais revenons à nos expériences décisives sur la constance de la vitesse de la lumière : il y a très longtemps, en 1728 (donc plus d’un siècle avant que les médecins ne commencent à se laver les mains ;-) ) James Bradley fit une expérience avec une lunette d’astronomie. Cette vidéo est assez bien faite, et c’est moins facile à expliquer sur une image « fixe » mais voilà :

Le point important à noter c’est que comme la terre est en mouvement dans le système solaire, à environ 30 km/seconde, on est obligé d’incliner un peu la lunette (0,0055 degré environ) dans un sens pour que la lumière reste au milieu du tube de la lunette et pour que l’image soit bonne. Six mois plus tard, quand on se dirige à 30 km/s dans l’autre sens sur l’orbite solaire, il faut l’incliner du même angle mais opposé. Et ce quelle que soit l’étoile observée !! Et voilà, je n’entre pas trop dans les détails mais il n’en a pas fallu moins pour que les scientifiques de l’époque, très perplexes quand même, en concluent que la lumière arrive toujours à la même vitesse quelle que soit l’étoile visée… Et on les comprend.

Presque.. parce qu’en réalité.. la seule chose dont on est vraiment certain c’est de la vitesse de la lumière dans le tube de la lunette !… Eh oui, parce que même si la lumière arrivait bien plus vite que c, ou plus lentement, et qu’elle soit affectée d’une manière ou d’une autre par l’atmosphère terrestre, ou même pire, par le premier verre de la lunette,si quelle que soit sa vitesse d’arrivée sur la terre elle était « calibrée » à 299 792 Km/s en interagissant avec toute cette « matière terrestre », eh bien on aurait finalement unepetite erreur dans l’interprétation de cette expérience fondatrice

Mais ce n’est pas fini ! Dans les années 1880 Fizeau fit une autre expérience :

La lumière arrive du soleil ou d’une étoile et on la canalise jusqu’a l’appareil avec des lentilles, des miroirs, etc. Et encore une fois on constate qu’elle a toujours la même vitesse, d’où qu’elle vienne ! Mais ce coup là, même vous, vous n’allez pas vous faire avoir comme avec Bradley, vous allez me dire qu’elle a très bien pu être ralentie par l’atmosphère, ou la première lentille de la première lunette qui capture cette lumière.. et vous auriez raison bien sur. Mais c’est encore pire en fait dans cette expérience car en plus la lumière traverse de l’eau aussi et elle est réfléchie sur des miroirs ce qui a une très forte chance de l’affecter également !

Les scientifiques ont postulé (sans le dire explicitement tellement c’était évident, et sans que personne ne proteste ce qui est assez étonnant dans le monde de la physique quand même), que la lumière conserve sa vitesse lors de la réflexion sur les miroirs, comme s’il s’agissait d’une simple « balle qui rebondissait sur un mur » en mécanique classique.

La lumière n’a pourtant rien à voir avec une balle faite de matière, elle n’a pas de masse, elle est seulement énergie, et n’obéit donc à aucun des effets de l’inertie, principale responsable de la conservation des vitesses dans le rebond des objets à notre échelle. Bref la lumière « interfère » avec les atomes de la matière qu’elle rencontre d’une façon infiniment plus complexe qu’une balle sur un mur.

Et dans le cas particulier d’un miroir, la lumière peut bien arriver à n’importe quelle vitesse, elle va toujours interagir avec les atomes de la même façon, pour être ré-émise à une vitesse « relative » au miroir lui même, la vitesse « c« .

Voilà. Le problème de nos jours quand on papote vitesse maximum de la lumière avec un scientifique et qu’on lui demande ce qu’il pense du changement de vitesse de la lumière quand elle entre dans l’atmosphère, traverse des lentilles, de l’eau, « rebondit » sur les miroirs c’est qu’il vous répond tout de suite : « – ha.. non non non ! la lumière ne peut pas changer de vitesse dans le vide, elle a toujours la même vitesse, partout, dans tous les sens,toujours ! « … C’est le serpent qui se mord la queue.. depuis deux siècles !

Pour leur défense il y a en effet des « espèces de preuves » de la constance de c, dans des expériences à base de muons, ou de GPS, qui laissent entendre que la théorie est juste… Mais à mon avis c’est probablement à cause d’erreurs d’interprétations des résultats à chaque fois, comme dans le cas de l’expérience où on voit bien que le ciel repousse les objets vers la terre  ;-)

Bref, le mieux c’est de vérifier tout ça ! :-) D’urgence !! ;-)

Le mur de la lumière

La matière émet en permanence des champs de différentes natures et ces champs se déplacent tous à la vitesse de la lumière.

Quand elle accélère dans un sens la « concentration des champs » augmente à l’avant et diminue à l’arrière :

Cette concentration constitue une sorte de « pression » qui oppose une « résistance » à l’accélération de la matière elle même. Plus l’accélération est grande plus la résistance est grande… A partir d’une certaine accélération la matière subie une telle résistance qu’elle se désagrège en sous-composants.

L’accélération à partir de laquelle il commence à y avoir un « début de désagrégation » est bien sur gigantesque, il s’agit d’atteindre environ la vitesse de la lumière (celle des champs) sur une distance de l’ordre du rayon du noyau d’un atome (car c’est dans le noyau que la masse de l’atome se trouve), donc de 0 à c en 5×10^-15 mètre pour le cuivre par exemple soit a = v²/2x = 9×10^24 ms-² ce qui est bien sur gigantesque, inimaginable à notre échelle même, mais de nos jours, dans les accélérateurs de particules on obtient facilement ce niveau d’accélération (décélération en fait mais c’est la même chose) par des chocs de particules lancées à des vitesses proche de c contre des cibles fixes ou contre d’autres particules en mouvement inverse.

Plus l’accélération, donc l’énergie, est grande, plus la matière se divise en petit sous-composants. Par exemple dans un accélérateur de particules si on utilise un noyau comme projectile sur une cible il va d’abord se « désagréger » en proton et en neutron, puis si l’accélération est encore plus grande, les protons et les neutrons vont se désagréger eux même aussi, en quarks, leurs composants.

Le mur de la lumière n’est donc pas une « vitesse limite » comme dans le cas du son mais une accélération limite, c’est fondamentalement différent, et dans tout les repères un « objet » qui accélère « trop vite » rattrape le champ qu’émettent les particules qui le composent.

Cette « résistance » à l’accélération c’est l’inertie bien sur, et comme elle n’est pas linéaire avec l’accélération il est donc important également de noter que le « temps propre » des particules accélérées à ces échelles n’est pas linéaire non plus, et d’une certaine manière c’est ainsi qu’on constate une « dilatation » du temps dans certaines expériences. Mais cela s’arrête à cette échelle infinitésimale et à ces valeurs d’accélération gigantesque, l’altération du temps est probablement impossible à nos échelles sans destruction totale de notre « structure », je ne vois pas bien comment subir une accélération d’un million de milliards de milliards de fois celle de l’attraction terrestre en conservant la tête sur les épaules :) mais bon.. pourquoi pas après tout ;)

Bref tout objet qui en percute un autre dans l’espace sera confronté à ce phénomène, si leurs vitesses relatives est inférieure à celle des champs qu’ils émettent alors il y aura une simple composition de leurs vitesses en fonction des masses respectives avec destruction de leurs structures globales, ou même moléculaire si leurs vitesses sont suffisante mais pas de leur « structure atomique »… Par contre si leur vitesse relative est égale ou plus grande que celle de la lumière, alors il va y avoir un choc trop important, (une décélération trop grande en fait donc) qui conduira à une désagrégation partielle des noyaux leurs atomes et un dégagement d’énergie considérable. Evidemment on observera toujours une composition de leurs vitesses, ou de ce qu’il restera de leurs « sous-composants » éparpillés, pulvérisés on pourrait dire, en partie infinitésimales plus ou moins stable…

C’est pourquoi dans l’espace on observe si peu d’objet stellaire avec une vitesse supraluminique, en fait c’est souvent de la matière qui vient juste d’être « accéléré » comme dans les jets des quasars donc. Mais dès que ces « objets » rencontrent « la matière de l’univers » (puisque le vide absolu n’existe pas, il y a toujours un peu de matière partout, sous forme de gaz) ils vont être « ralenti » par le choc/ »désagrégation » de tout ce qu’ils vont croiser, jusqu’à descendre en dessous de la vitesse de la lumière, par rapport à la matière qu’ils rencontrent, celle de l’univers.

Voilà, en fait l’univers est une sorte de grosse « mélasse », car cette vitesse, celle de la lumière, même si elle nous parait énorme sur terre à notre échelle, est très lente en fait par rapport à l’échelle gigantesque de l’univers…

Un vaisseau spatial supraluminique ne pourra donc pas se déplacer dans l’espace de façon classique, (c’est à dire « brutale » ;) ) en heurtant les particules sur sa trajectoire de façon frontale, au risque de voir les noyaux des atomes constituant l’avant du vaisseau « rongé » petit a petit par les chocs trop importants, et il sera obligé d’emprunter des « autoroutes » de vide total… mais c’est presque impossible en pratique :(

Une solution plus crédible consiste à « déplacer » la matière qu’on rencontre à l’avant de façon progressive pour « l’écarter » de sa trajectoire « en douceur » on pourrait dire. C’est le vaisseaux à déplacement de particule… Il à une très longue flèche à l’avant çà à de la gueule, on les appelle aussi les « transperceurs d’espace » :) c’est pour les voyages courts.

Mais le mieux, la Rolls de l’espace, c’est le vaisseau qui récupère l’énergie créée par les chocs à l’avant pour se propulser à l’arrière, avec ceux là on peux allez plus loin, ce sont les vaisseaux à transfert d’énergie, des espèces de long tube… Quand ils sont lancés on dirait des lasers noir qui scintille.. c’est magnifique 8-)

 

Plus vite que la lumière

Jusqu’au début du 18 eme siècle on considère officiellement que la Terre est « le centre » de l’univers. En conséquence, par exemple, on enseigne que c’est le soleil qui tourne autour de nous :) ..

De nos jours une des plus grande erreur en physique est de considérer que les forces provoquées par les champs électrique (ou gravitationnel) sont constantes sur des particules lorsqu’elle sont en mouvement dans ces champs.

A cause des contraintes expérimentales de l’époque, les formules ont été établies sur des modèles « immobiles » et elles sont exactes dans ces cas. Par contre dès que les corps se mettent en mouvement sous l’effet des forces en questions ces calculs deviennent faux. Surtout quand la vitesse des « objets » accélérés atteint celle du champ accélérateur, donc la vitesse de la lumière.

On l’a d’ailleurs constaté expérimentalement très tôt : la particule, ou le « corps » n’accélère plus autant qu’il le devrait avec la force qu’il est supposé subir. Et on a finit par « accepter » des explications.. la masse des choses (donc l’inertie, la « résistance à l’accélération ») augmenterait avec la vitesse.. les distances se réduiraient aussi :o … C’est assez étonnant qu’on ai jamais « simplement » remis en question la « force » que subit la particule pour expliquer ce phénomène… Je suppose que ça fera sourire les générations futures comme nous le faisons de nos prédécesseurs, néanmoins illustres, convaincus que le soleil tournait autour de la terre :) …

Bref dans la formule de Coulomb il manque le paramètre de la vitesse des charges par rapport au champ. Et ce n’est pas négligeable à de grandes vitesses car la force tend rien moins que vers zéro lorsque la particule approche de la vitesse du champ qui l’influence, donc la vitesse de la lumière.

C’est la même chose pour la force gravitationnelle, les planètes en mouvement strictement perpendiculaire, donc sur la tangente d’une orbite parfaitement ronde subisent la force calculée avec la formule, mais dans le cas d’orbites elliptiques où à certains moment la planète se déplace en partie dans le sens du champ gravitationnel, les forces calculées ne sont plus exactes, elles sont moins importantes en réalité quand la planète à tendance à s’approcher de l’astre attracteur et plus importante quand elle s’en éloigne. Il est donc probable par exemple que l’incohérence observé dans la précession du périhélie de Mercure s’explique par cette erreur dans la formule…

Bon.

Mais ça ne nous dit toujours pas comment on va dépasser la vitesse de la lumière ! :) ;) …

Pourtant une fois cette erreur bien comprise c’est assez simple : et pour se figurer plus facilement la technique on peut prendre l’image du vent dans les voiles d’un bateau : si le bateau avance strictement dans le sens du vent, au vent arrière, le navire n’avancera jamais plus vite que le vent qui le pousse. Par contre il sera possible de dépasser la vitesse du vent à l’allure du grand largue : le bateau est poussé par ses voiles dans le sens du vent mais sa dérive le dirige de travers et sa vitesse peut alors dépasser celle du vent… Attention la comparaison s’arrête là, les particules n’ont pas de « quille » !! ;) Une autre « image » que j’aime bien, encore avec du vent, c’est celle d’une plume, on « sent » bien qu’elle ne pourra pas dépasser la vitesse du « souffle » qui l’emporte…

En tout cas si on reste aligné strictement avec le champ électrique (technique universellement utilisé de nos jours pour accélérer des particules) on ne dépassera jamais le « champ » accélérateur puisque la force accélératrice tendra vers 0 quand la particule approchera de la vitesse du champ, c :

Par contre si les champs ne sont pas alignés avec le mouvement des particules, comme le bateau qui prend le vent de « travers », alors on peut les accélérer plus vite que la lumière… C’est la même expérience que sur le dessin dans l’entête du blog mais avec un seul anneau ici :

Vous allez me dire (parce que vous savez bien comment faire pour m’embêter :D ;) ) :

« – Ha oui..!? alors puisque c’est possible de dépasser la vitesse de la lumière pourquoi dans l’espace on n’observe pratiquement aucun objet stellaire se déplaçant plus vite que la lumière !? … ha haaa !! »

Et vous avez bien raison ! c’est une question essentielle.. mais il y a une explication ! :) et c’est de ce dont je parlerais.. au prochain épisode : le mur de la lumière ! :)

 

Le champ fantôme

Les accélérateurs de particules fonctionnent tous sur le même principe fondamental pour donner de la vitesse aux particules : en les plaçant dans des champs électrostatiques :

      – le champ emis par des

charges de même signe derrière

    la particule la repousse
      – le champ émis par des

charges de signe contraire devant

    la particule qui l’attire

Derrière, des charges de même signe que la particule émettent un champ électrostatique se propageant à la vitesse de la lumière c, et seulement au moment où ce champ atteint la particule, la repousse. Ce n’est pas instantané. (en violet un trait qui représente la force que subit la particule)

Si le champ s’arrête, la force continue de s’exercer sur la particule tant que les dernières « ondes » ne l’ont pas dépassées, encore une fois ce n’est pas instantané

Devant des charges de signe opposés à celui de la particule émetent un champ électrostatique se propageant à la vitesse de la lumière c, et seulement au moment où le champ atteint la particule de signe opposé, l’attire. Ce n’est pas instantané

On constate une première contrainte pour un accélérateur de particule : le champ issu du champ accélérateur à l’avant devient ralentisseur après que la particule l’ai passé… Il faut donc inverser de façon très précise le champ issu de cette plaque pour ne pas risquer de ralentir la particule une foi qu’elle l’a dépassée :

Les accélérateurs « non linéaire » permettent probablement de dépasser la vitesse de la lumière, et un des premiers problèmes qu’ils auront à résoudre sera celui du dernier champ « anciennement » accélérateur, fantôme, qui si la particule le rattrape et s’y plonge deviendra un champ « ralentisseur ». Ce dernier champ que croise la particule ne devra donc jamais être du signe contraire et devra seulement être du même signe que la particule dès qu’elle le passe.

Michelson-Morley et Maxwell

Une expérience décisive a été réalisée à une époque où on pensait que les ondes électromagnétiques (comme la lumière ou les ondes radio par exemple) avaient besoin d’un « support » pour se propager à la façon du son dans l’air. On appelait ce support l’Ether. Si nous étions en mouvement « dans » cet Ether alors grâce à cette expérience on pouvait déterminer notre vitesse et notre direction par rapport à l’Ether :

En bref, (plus de détail sur le Wiki Expérience de Michelson-Morley) le rayon issu de la lumière à gauche sur mon joli dessin :) est divisé en deux sur un miroir semi-réfléchissant M1 au centre vers deux miroirs « normaux » cette fois M2 et M3 pour revenir vers le miroir central, le traverser à nouveau et être réunis.

Si la lumière s’était propagé dans un « support » par rapport auquel nous aurions été en mouvement, on aurait constaté des franges d’interférence à la réunification des faisceaux puisqu’une partie du trajet effectué par les faisceaux n’était pas la même… Mais ils n’ont rien constaté… Ce fut une grosse surprise. Il faut bien comprendre que les gens à l’époque était persuadé que « l’Ether » existait

Pourtant si on considère simplement, en dehors de la théorie de l’Ether, que la lumière est émise en respect de la loi de la composition des vitesses il n’y a rien à expliquer du tout, le résultat de cette expérience est normal comme il le serait avec des balles, de l’eau ou des électrons… Le tout dans de la mécanique plus que classique.

Le problème c’est que le résultat de cette expérience fut combiné à un résultat un peu trop « mathématique » : les équations de Maxwell… Comme Maxwell était un grand mathématicien, ses équations ont tendance à simplifier à l’extrême ce qu’il se passe expérimentalement (principalement le mouvement des charges électriques) et ses formules mathématiques sont parfois très éloignées de ce qu’il se passe réellement du point de vue de la matière conduisant à de nombreuses erreurs d’interprétation des phénomènes physique… En particulier pour le champ magnétique B pour lequel rien, absolument rien, « physiquement », ne se déplace dans le sens du vecteur « mathématique » le représentant… Je ne vais pas entrer tout de suite dans ces détails (passionnants..) mais ici se trouve la clé de l’erreur qui conduisit les scientifiques de l’époque, encore influencé par l’Ether ;) à faire émerger un « postulat » étonnant : la constance de c dans tout les repères. La vitesse c de la lumière serait la même dans toutes les directions, dans tout les repères quitte à déformer les distances, les masses… et le temps ! :D

A partir de ce postulat tout devint possible… Un excellent exemple de la créativité scientifique des gens à cette époque est cette démonstration amusante sur la dilatation du temps : Voici un passage classique l’abordant dans un ouvrage de physique utilisé dans les écoles (notez bien le terme « expérience mentale » qui devrait à mon avis toujours être vu comme hautement « suspect » puisque donc, l’expérience n’a PAS été réalisé, et on en tire pourtant presque les mêmes conclusions que si on l’avait faite réellement en laboratoire… !!):

Grace au second postulat de la relativité on considère donc que la vitesse du rayon lumineux est toujours la même, c, quel que soit le référentiel, celui de l’observateur dans la fusée ou celui l’observateur sur terre qui regarde la fusée avancer (et là on voit l’influence de l’ancienne théorie : on considère que la lumière évolue dans un même milieu, l’Ether donc, pour les deux observateurs) et on se permet donc de les réunir mathématiquement comme une seule et même constante dans l’équation. C’est une erreur bien sur, il y a en réalité c1 dans le référentiel de la fusée (= c par rapport à la fusée) et pour l’homme sur la terre c2, supérieure à c puisqu’on doit y ajouter la vitesse de la fusée…

D’autre résultat expérimentaux, principalement astronomique, ont conduit les scientifiques à confirmer par erreur ce postulat. Mais un autre phénomène mal compris « le mur de la lumière » (en analogie avec le mur du son mais sensiblement différent puisque sans aucun « milieu de propagation » dans le cas de la lumière) explique ces observations. En résumé, il y a bien une « limite » en effet, mais dans l’accélération de la matière (et non dans sa vitesse). L’accélération limite intervient quand la matière « rattrape » l’onde électromagnétique (et gravitationnelle) émise par elle même et formant à ce moment un « mur ». Ce phénomène conduit à « l’uniformisation » de la vitesse des objets d’un même milieu (l’univers en l’occurrence :o) en dessous de c. Mais j’y reviendrais bien sur.