Vieilliriez-vous vraiment plus lentement sur un vaisseau spatial proche de la vitesse de la lumière ?

Voyage à grande vitesse. Craig Cormack / Flickr

Chaque semaine, les lecteurs de notre newsletter spatiale, The Airlock , envoient leurs questions au journaliste spatial Neel V. Patel pour y répondre. Cette semaine : dilatation du temps lors d'un voyage dans l'espace.

J'ai entendu dire que la dilatation du temps affecte les voyages spatiaux à grande vitesse et je me demande l'ampleur de cet effet. Si nous devions lancer un vol aller-retour vers une exoplanète proche - disons à 10 ou 50 années-lumière - comment cela affecterait-il le temps pour les humains sur le vaisseau spatial par rapport aux humains sur Terre ? Lorsque les voyageurs de l'espace reviendront, seront-ils beaucoup plus jeunes ou plus âgés que les personnes restées sur Terre ? —Serge

La dilatation du temps est un concept qui apparaît dans de nombreux films de science-fiction, y compris celui d'Orson Scott Card. Le match de Ender , où un personnage ne vieillit que huit ans dans l'espace alors que 50 ans passent sur Terre. C'est précisément le scénario décrit dans la célèbre expérience de pensée Paradoxe des jumeaux : un astronaute avec un jumeau identique au contrôle de mission fait un voyage dans l'espace sur une fusée à grande vitesse et rentre chez lui pour constater que le jumeau a vieilli plus vite.

La dilatation du temps remonte à la théorie de la relativité restreinte d'Einstein, qui nous enseigne que le mouvement dans l'espace crée en fait des altérations dans l'écoulement du temps. Plus vous vous déplacez rapidement dans les trois dimensions qui définissent l'espace physique, plus vous vous déplacez lentement dans la quatrième dimension, le temps, du moins par rapport à un autre objet. Le temps est mesuré différemment pour le jumeau qui s'est déplacé dans l'espace et le jumeau qui est resté sur Terre. L'horloge en mouvement tournera plus lentement que les horloges que nous regardons sur Terre. Si vous êtes capable de voyager près de la vitesse de la lumière, les effets sont beaucoup plus prononcés.

Contrairement au Twin Paradox, la dilatation du temps n'est pas une expérience de pensée ou un concept hypothétique - c'est réel. le 1971 Expériences Hafele-Keating l'a prouvé, lorsque deux horloges atomiques ont volé sur des avions voyageant dans des directions opposées. Le mouvement relatif a en fait eu un impact mesurable et a créé un décalage horaire entre les deux horloges. Cela a également été confirmé dans d'autres expériences de physique (par exemple, des particules muoniques en mouvement rapide prendre plus de temps à se décomposer ).

Donc, dans votre question, un astronaute revenant d'un voyage spatial à des vitesses relativistes (où les effets de la relativité commencent à se manifester - généralement au moins un dixième de la vitesse de la lumière ) serait, à son retour, plus jeune que ses amis et sa famille du même âge restés sur Terre. Le degré exact de jeunesse dépend de la vitesse exacte à laquelle le vaisseau spatial s'est déplacé et accéléré, donc ce n'est pas quelque chose auquel nous pouvons facilement répondre. Mais si vous essayez d'atteindre une exoplanète à 10 à 50 années-lumière et que vous rentrez chez vous avant de mourir vous-même de vieillesse, vous devrez vous déplacer à une vitesse proche de la lumière.

Il y a une autre ride ici qui mérite d'être mentionnée : la dilatation du temps résultant des effets gravitationnels. Vous avez peut-être vu le film de Christopher Nolan Interstellaire , où la proximité d'un trou noir ralentit considérablement le temps sur une autre planète (une heure sur cette planète correspond à sept années terrestres).

Cette forme de dilatation du temps est également réelle, et c'est parce que dans la théorie de la relativité générale d'Einstein, la gravité peut plier l'espace-temps, et donc le temps lui-même. Plus l'horloge est proche de la source de gravitation, plus le temps passe lentement ; plus l'horloge est éloignée de la gravité, plus le temps passe vite. (Nous pouvons enregistrer les détails de cette explication pour un futur sas.)

cacher