Les scientifiques de l’espace : des super héros ?
L'homme rêve depuis longtemps de pouvoir "manipuler" le temps. Des expériences sont menées un peu partout dans le monde, notamment par les ingénieurs du CNES.
Dans la série Heroes, Hiro Nakamura (à gauche), informaticien, possède le pouvoir de maîtriser le temps © Photo12.com
Pas la télékinésie, mais la… ?
Question de culture générale : dans la série Heroes, l’informaticien Hiro Nakamura se découvre un super pouvoir, lequel ?
Indice : il parvient à ralentir et accélérer les aiguilles des horloges. Réponse : c’est la chronokinésie. Un mot compliqué qui signifie la capacité à manipuler le temps.
Cela paraît difficile à croire, mais les ingénieurs du CNES maîtrisent eux aussi la chronokinésie : ils préparent en ce moment une expérience scientifique dont l’objectif est de provoquer et d’observer une modification de l’écoulement du temps.
Si Hiro peut suspendre complètement le temps, figeant par exemple sur place les passants d’une rue, les ingénieurs du CNES, eux, ne s’attendent pas à un effet aussi spectaculaire. Mais ils devraient tout de même parvenir à accélérer la course d’une horloge !
Joseph Hafele et Richard Keating testant une horloge lors d'un vol © DR, photo publiée dans Time magazine en octobre 1971
Des horloges font le tour du monde
L’un des buts des ingénieurs du CNES est d’améliorer des expériences de "manipulation du temps", dont l’une des plus incroyables a été celle de Joseph Hafele et Richard Keating, en 1971.
Ces deux physiciens américains avaient placé des horloges ultraprécises à bord d’avions de ligne.
De vol en vol, les horloges avaient effectué un tour du monde, certaines voyageant vers l’Ouest, d’autres vers l’Est.
À leur retour au point de départ, les horloges avaient été comparées avec celles restées à terre : les heures ne coïncidaient plus !
Celles voyageant vers l’Ouest avaient avancé de 275 milliardièmes de seconde par rapport à l’horloge terrestre, alors que celles traversant le ciel par l’Est avaient pris un retard de 59 milliardièmes de seconde.
Autrement dit, le voyage avait accéléré le temps pour les unes et ralenti pour les autres !
Selon la théorie de la relativité, l'horloge à bord d'un avion allant vers l'Est prend du retard sur une horloge restée à terre. Et inversement vers l'Ouest © Benjamin Crowell / Light and matter
Vous avez l’heure, docteur Einstein ?
"Magique," direz-vous ? "Évidemment non," vous répondrait Albert Einstein.
Car la théorie de la relativité, dont il est l’un des pères, explique parfaitement ces phénomènes. Selon cette théorie, le temps et la vitesse sont des paramètres dépendants ! Plus on se déplace vite, plus le temps ralentit autour de soi (et donc plus la montre à son poignet retarde)…
Cela mérite une explication ! Pour appliquer la théorie de la relativité, il faut mesurer la vitesse non par rapport à la surface de la Terre, mais par rapport au centre de la planète.
Dans ce référentiel, un avion se déplaçant vers l’Est cumule sa propre vitesse et celle de la Terre qui tourne justement d’Ouest en Est.
Il va donc plus vite que la surface de la Terre par rapport à son centre, donc, d’après Einstein, le temps ralentit à l’intérieur de la carlingue.
À l’inverse, en allant vers l’Ouest, l’avion retranche sa vitesse à celle de la Terre, le temps s’accélère donc par rapport à celui qu’on mesure sur Terre.
NIST-F1 est une horloge atomique à fontaine d'atomes de césium, située aux États-Unis. Elle fait partie du groupe des horloges définissant le temps universel (UTC). Son incertitude est très faible : 5.10-16 (en 2005) © NIST
Les horloges atomiques
Comment Hafele et Keating ont-ils pu mesurer des durées à des milliardièmes de seconde près ?
Pas question d’utiliser une montre à quartz, trop imprécise : les deux physiciens ont eu recours à des "horloges atomiques".
Leur principe est connu depuis 60 ans : le "tic-tac" de ces horloges est donné par un nuage d’atomes qui traverse une "boîte" emplie d’ondes radio.
Ce sont ces ondes qui, en quelque sorte, demandent l’heure aux atomes du nuage.
Les ondes radio cèdent de l’énergie aux atomes, qui, en retour, réémettent une onde électromagnétique. Les ondulations de cette onde fournissent ensuite le "tic-tac" : ainsi, la seconde correspond à la durée de 9 192 631 770 ondulations d’une onde émise par un nuage d’atomes de césium.
C’est la définition officielle.
En savoir plus :
- Le diaporama "Mesurer le temps"
- "Pharao, la machine à explorer le temps", sur le site cnes.fr
- "Pharao et Microscope, le temps et la gravité à l'épreuve", un podcast sur le site de Ciel & Espace, en partenariat avec le CNES
- Le projet Pharao, sur le site des Missions scientifiques du CNES
