L’histoire des jumeaux continue d’alimenter la chronique, sans clore le débat. Pourtant, en vérité, dans son récit du voyageur en boulet, tout était dit par Paul Langevin dès le début.
Pour Einstein (et Langevin), les effets relativistes sont réels
La façon la plus simple et la plus logique de résoudre le paradoxe des jumeaux est d’admettre la réalité physique du ralentissement temporel à bord du référentiel en mouvement inertiel. Pour Paul Langevin, la réalité des effets relativistes ne faisait d’ailleurs aucun doute et il ne pensait certainement pas que son exemple soulèverait autant de polémiques. Einstein avait d’ailleurs déjà raconté une histoire semblable dès 1911 et il a toujours affirmé la réalité du ralentissement temporel et de la contraction des longueurs :
« Si l’on plaçait un organisme vivant dans une boîte, (…) on pourrait faire en sorte qu’après un long voyage, il revienne à son point de départ à peine modifié, alors que des organismes correspondants, restés sur place, auraient depuis longtemps été remplacés par des générations ultérieures. Pour les organismes mobiles, le long voyage n’aurait duré qu’un instant pourvu que le déplacement ait été effectué à une vitesse proche de celle de la lumière.[1]» Ne reconnaît on point là notre histoire de jumeaux ? L’inventeur de la théorie de la Relativité restreinte avait donc envisagé la même expérience que Paul Langevin pour illustrer une conséquence de la grande vitesse d’un référentiel en mouvement inertiel, sans y voir le moindre paradoxe.
Pour Einstein, il ne faisait aucun doute que le ralentissement temporel est réel. Dès sa première communication[2], en 1905, il affirmait que les horloges en mouvement retardent réellement : « Si nous faisons l’hypothèse que le résultat obtenu sur une ligne droite est également vrai pour une ligne courbe, nous obtenons le théorème suivant : Si à A, il y a deux horloges synchronisées et si nous déplaçons l’une d’elles à une vitesse constante selon une courbe fermée qui revient en A, le déplacement étant réalisé en t secondes, alors à son arrivée à A, cette dernière retardera de ½t(v/c)2 secondes sur l’horloge immobile ».
Il a par ailleurs précisé dans son ouvrage publié en 1916 : « Lorentz et Fitzgerald supposèrent que le mouvement du corps par rapport à l’éther produit en lui un raccourcissement dans la direction de son mouvement, qui fait précisément disparaître la différence de temps […]. Une comparaison avec les réflexions du chapitre 12 montre que ce moyen était aussi bon au point de vue de la Théorie de la relativité. [3]» Ce qui différencie Einstein de Lorentz, ce n’est pas le caractère apparent ou non des effets de la transformation de Lorentz, mais qu’Einstein n’a pas besoin de l’éther pour sa théorie. Ce n’est pas le vent d’éther qui contracte le mobile, mais sa vitesse.
Finalement, le plus curieux est que des commentateurs, par ailleurs fort compétents, acceptent la théorie de la Relativité restreinte sans entendre les arguments de son auteur. Einstein disait fort justement : « Depuis que les mathématiciens se sont emparés de la théorie de la Relativité, je n’y comprends plus rien moi-même »[4].
Si le mouvement ralentit l’écoulement du temps, il est normal que le voyageur revienne plus jeune que le terrien resté à l’attendre. La question de savoir si les effets relativistes sont une réalité ou un simple effet d’observation est donc tranchée dès lors que diverses expériences ont montré la réalité de la désynchronisation des horloges. L’histoire des jumeaux n’est pas un paradoxe, mais la preuve de la réalité du ralentissement temporel prévu par la théorie de la Relativité restreinte. Pourquoi, en ce cas, certains y voient-ils toujours un paradoxe contredisant la théorie de la Relativité ? Tout simplement parce qu’ils pensent que la symétrie en mouvement relatif est réelle : si le boulet s’éloigne de la terre, il est aussi vrai que la terre s’éloigne de la fusée. Si le voyageur à vieilli d’une certaine durée, le terrien doit donc avoir vieilli de même. Comme ils doivent bien admettre la réalité du ralentissement des horloges démontrée par l’expérimentation, les partisans du paradoxe l’attribuent aux phases non inertielles du voyage. L’explication du ralentissement constaté est ainsi recherchée en dehors de le Relativité restreinte.
Nous avons déjà dit ce qu’il convient de penser de la symétrie du mouvement relatif, mais ceux qui croient à sa réalité sont confortés dans leur opinion par la réciprocité des observations entre l’observateur immobile et celui en mouvement. Lorsque l’observateur immobile voit le temps ralentir à bord du mobile, le passager de ce dernier constate le même ralentissement chez le premier.
[1] Albert EINSTEIN, « Die Relativitätstheorie », Naturforschende Gesellschaft, n°56, 1911, pages 1 à 14.
[2] Albert EINSTEIN: « Zur Elektrodynamik bewegter Körper », in Annalen der Physik, vol. 322, no 10, 26
septembre 1905, p. 891-921.
[3] Albert EINSTEIN, La Théorie de la relativité restreinte et générale, chapitre 16, 1916, édition française
Gauthier-Villars 1956).
[4] CLARK Ronald William : « Einstein, sa vie et son époque, Paris, Stock, 1980 ».
Remarque sur le ralentissement du temps
Lorsque l’on dit qu’à bord d’un référentiel plus rapide le temps est ralenti, d’aucuns se récrient en disant qu’il n’en est rien ou que cette affirmation n’a aucun sens, que ce sont des balivernes, mais généralement sans autre explication ou bien en prétendant que les référentiels parcourent un trajet différent dans l’espace-temps[1], ce qui n’est qu’une pirouette. Certes, l’écoulement du temps est perçu de la même façon dans tous les référentiels, quelle que soit leur vitesse, c’est leur temps propre. Pour cette raison, il est inutile d’espérer vivre plus longtemps en se déplaçant très vite. C’est par comparaison entre eux que la différence d’écoulement du temps apparaît aux observateurs et encore cet effet est-il perçu comme réciproque ! En comparant son temps propre avec celui qu’il mesure à bord du référentiel observé, ou temps impropre, ce dernier sera toujours plus lent s’il s’éloigne et plus rapide s’il se rapproche. De là à conclure que les effets sont symétriques, en véritable effet miroir, il n’y qu’un pas… qu’il faut se garder de franchir. En vérité, le ralentissement temporel est physiquement réel à bord du référentiel en mouvement et la réciproque n’est qu’une illusion due aux effets de la relativité ; nous y reviendrons. Lorsque l’illusion se dissipe, l’observateur le plus lent trouve que le plus rapide a vieilli moins vite que lui et le plus rapide trouve que le plus lent a vieilli en accéléré, mais chacun a le sentiment d’avoir vécu normalement le temps marqué par son horloge : son temps propre. La raison en est que ce n’est pas seulement un problème d’horloge, mais un ralentissement de tous les mouvements du référentiel en mouvement, y compris celui du vieillissement des cellules et du fonctionnement des neurones de l’observateur. N’en déplaise à ceux qui trouvent la formulation inappropriée, nous parlerons donc de ralentissement temporel dans les pages qui suivent.
On nous dit, parfois, qu’il est théoriquement possible de voyager dans le futur, à condition de se mouvoir à grande vitesse. Cela est faux, car nous voyageons tous vers le futur quelle que soit notre vitesse, il suffit pour cela de vieillir, de laisser passer le temps. La seule différence est que le temps passe moins vite pour celui qui se meut. Cependant, il ne s’agit pas d’un véritable voyage, avec billet d’aller-retour. Il s’agit plutôt d’un exil dans le futur, sans espoir de retour.
[1] Sean CARROL : L’univers à notre portée – Espace, temps et mouvement, p. 186, Quanto, 2023.
SCIENCE ET BON SENS 