Géométrie de l'espace-temps

Le temps, la matière et l'espace ne sont peut-être qu'un point.

Denis Diderot - 18eme siècle.

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Au sein de la construction géométrique qu'est l'espace-temps, un point marque une position à un instant donné.

Et chose troublante, quel que soit le référentiel dans lequel on se place ou dit autrement quel que soit le repère spatio-temporel utilisé, la distance qui sépare deux points de l'espace-temps est invariante.

✧ La distance entre deux événements également appelée intervalle d'espace-temps, revêt un caractère absolu et ne dépend pas de la manière dont on la mesure. Que vous soyez dans une fusée aux confins du système solaire ou que vous soyez sur terre, la distance spatio-temporelle qui sépare les événements est la même.

✧ ↔ Cet intervalle a d’une part, une composante temporelle, c’est la durée qui sépare ces événements et d’autre part, une composante spatiale, c’est l’espace qui sépare ces deux mêmes événements.

Et même si à partir de chacun de nos points de vue, les distances aussi bien spatiale que temporelle ne sont pas les mêmes, la distance spatio-temporelle est la même.

✧ Voilà pourquoi la lumière qui dans l’espace-temps, ne se décline que sur sa seule composante spatiale - sa partie temporelle étant nulle - a une vitesse invariante et voilà ce qui explique que toujours dans l'espace-temps, tous les objets se déplacent à la même vitesse, vitesse spatiotemporelle s’entend, celle de la lumière. Sur leur ligne d'univers, tous les objets bougent d'une seconde-lumière chaque seconde de leur temps propre.

Peu de temps après cette découverte qui constitue le socle de la théorie de la relativité, Hubble observe, il y a près d’un siècle maintenant, que les galaxies s'éloignent de nous et ce d'autant plus vite qu'elles se trouvent loin.

✧ On va alors comprendre qu'à grande échelle, ce mouvement apparent dans l'espace est en fait dû, à une expansion de ce même espace, à l’encontre de ce que présupposent les scientifiques de l’époque, en premier lieu Einstein pour qui l’Univers est un cadre statique dans lequel évoluent les objets célestes.

On va réaliser que la fuite des galaxies n'est pas la conséquence d'un simple déplacement mais que cet éloignement est dû à un étirement de la texture de l’espace.

On découvre ainsi qu'au fil du temps, c'est l'espace lui-même qui gonfle. 🎈

Étienne Parizot nous invite un instant dans l’espace de son cours d'astrophysique.

La relativité