Dans la théorie spéciale de la relativité, Einstein a déterminé que le temps est relatif – en d’autres termes, la vitesse à laquelle le temps passe dépend de votre cadre de référence. De même que des observateurs situés dans deux cadres de référence différents ne sont pas toujours d’accord sur la façon de décrire le mouvement d’une balle qui rebondit, ils ne sont pas non plus toujours d’accord sur le moment où un événement s’est produit ou sur le temps qu’il a duré. Une seconde dans un cadre de référence peut être plus longue par rapport à une seconde dans un autre cadre de référence.
Plus une horloge bouge vite, plus le temps passe lentement selon quelqu’un qui se trouve dans un cadre de référence différent. Pour expliquer ce résultat déconcertant, les physiciens mettent en avant une expérience de pensée impliquant une horloge qui utilise la lumière pour marquer le temps. Bien que cette expérience d' »horloge lumineuse » soit hypothétique, les mêmes effets s’appliquent à n’importe quelle pièce d’horlogerie, de la vieille horloge de grand-père aux horloges atomiques, les dispositifs de mesure du temps les plus précis qui soient. Le temps est relatif, même pour le corps humain, qui est par essence une horloge biologique. L’effet du ralentissement du temps est négligeable aux vitesses de la vie quotidienne, mais il devient très prononcé à des vitesses proches de celle de la lumière.
Qu’est-ce qu’une horloge lumineuse ?
Imaginez une horloge constituée d’une impulsion de lumière et de deux miroirs, l’un en haut de l’horloge et l’autre en bas. L’horloge « fait tic-tac » lorsque l’impulsion atteint le miroir en haut de l’horloge. et « fait toc » en bas. L’impulsion rebondit entre les miroirs à un rythme constant. Lorsque l’horloge se déplace, comme indiqué à gauche, le temps entre les tics est plus long.
L’idée qu’une seconde n’est pas toujours une seconde est l’une des découvertes les plus surprenantes de la théorie spéciale de la relativité d’Einstein. Des chercheurs ont effectivement observé cet effet, qui n’est détectable qu’à grande vitesse. Des scientifiques ont synchronisé deux horloges atomiques très précises, puis en ont fait voler une autour de la Terre à bord d’un avion. Lorsque l’horloge aéroportée est revenue sur Terre, elle avait une minuscule fraction de seconde de retard sur celle qui était restée au sol. Une expérience de pensée utilisant une horloge lumineuse révèle pourquoi il en est ainsi.
Toutes les horloges en mouvement fonctionnent lentement – pas seulement les horloges lumineuses.
Mais l’effet est insignifiant sauf à des vitesses proches de celle de la lumière. Fait intriguant, quelqu’un qui se déplace ne pensera pas que son horloge tourne au ralenti, car tout dans son cadre de référence aura également ralenti. Selon un observateur stationnaire dans l’espace qui regarde la Terre se déplacer autour du Soleil, toutes les horloges de notre planète tournent au ralenti, et pourtant nous ne remarquons rien d’anormal.