Les mystères de l'Univers : est-il vrai qu'on pourrait rajeunir en voyageant plus vite ?

Deux lois fondamentales de la physique relativiste régissent l’écoulement du temps en fonction de la vitesse. La première affirme que la vitesse de la lumière est une limite non seulement indépassable, mais même inaccessible pour tout corps ayant une masse non nulle (la seule exception connue étant donc les photons, particules de lumière, et les hypothétiques gravitons associés aux ondes gravitationnelles). La seconde stipule que le temps est en quelque sorte « élastique », en ce sens que si l’on augmente sa vitesse propre, l’écoulement du temps est ralenti.

La première loi, portant sur la limitation de vitesse imposée par la lumière, peut paraitre arbitraire et semble amenée un jour à être dépassée dans le cadre d’une théorie plus perfectionnée que la relativité, comme ce fut souvent le cas dans l’histoire des sciences. Il n’en est rien : ce n’est en effet pas vraiment en termes de vitesse que se pose la limite, mais en termes d’énergie. On a la certitude, à la fois théorique et expérimentale, que pour accélerer un objet – ne fut-ce qu’une particule élémentaire – à une vitesse tendant vers la vitesse de la lumière, il faut lui conférer une énergie tendant vers l’infini. La limitation tombe dès lors sous le sens. Il n’empêche que des physiciens ont imaginé un monde dit « superluminique », dans lequel toutes les particules, appelées tachyons, circuleraient plus vite que la lumière. Pour cela, il faudrait que ces particules aient une masse representée par un nombre mathématique imaginaire ; elles ne sont donc pas réelles, et le monde des tachyons est une pure fantaisie de l’esprit. Sur la question du « rajeunissement » lorsqu’on voyage à grande vitesse, le célèbre paradoxe dit « des jumeaux » en donne une illustration frappante.

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On imagine que l’un des jumeaux part en fusee pour explorer l’Univers lointain à une vitesse proche de celle de la lumière, tandis que son frère reste sur Terre. Quand le voyageur revient et retrouve son frère, les calculs relativistes indiquent que ce dernier – ainsi que le reste de la planete – a vieilli de quarante ans, tandis que le voyageur n’a que cinq ans de plus qu’au départ. De fait, il n’a pas « rajeuni », mais son temps propre s’est écoulé moins vite que s’il était resté sédentaire. Il n’y a là aucune contradiction, mais une conséquence incontournable de la physique relativiste. L’expérience a ete réalisée avec des horloges atomiques jumelles ultra precises, l’une restant au repos sur Terre, l’autre étant embarquée dans un avion. Au retour, on a bel et bien constaté que l’horloge voyageuse avait « gagné » quelques millioniemes de seconde par rapport à l’horloge sédentaire, en parfait accord avec les prédictions de la relativité – la petitesse de la différence étant due au fait que la vitesse d’un avion est très faible comparée à celle de la lumière. Il en va de même avec les expériences effectuées dans les accélérateurs de particules, ou celles-ci atteignent 99,99 % de la vitesse de la lumière. Leur temps de vie « en vol » est alors multiplié par 20 par rapport à leur temps de vie au repos ! Apres tout, ne dit-on pas que les voyages forment la jeunesse ?

Extrait de "L'Univers en 100 questions", de  Jean-Pierre Luminet, publié aux éditions Tallandier, 2015. Pour acheter ce livre, cliquez ici.