La prochaine fois que vous conduisez et Waze vous dit que votre destination est à 5 km et que votre voiture doit bientôt tourner à gauche, remerciez Albert Einstein.
Nous sommes bien conscients qu’Einstein était extrêmement important et que sa théorie de la relativité, celle de « E = mc2 », est fondamentale pour beaucoup. Mais expliquer exactement ce que cela signifie est un peu compliqué. Eh bien, c’est cette théorie, publiée il y a plus de 117 ans, qui calibre le GPS et s’assure que les conducteurs ne se perdent pas.
Calme-toi, allons-y.
le temps est relatif
Einstein était encore fonctionnaire dans un bureau des brevets et des marques lorsqu’il a redéfini le concept de gravité et unifié à la fois la matière et l’énergie et l’espace et le temps dans la théorie publiée dans la revue allemande. Annales de physique (Annals of Physics, en traduction libre) en 1905.
Einstein s’est inspiré des expériences d’autres physiciens pour expliquer que le temps est un lieu, une dimension où les gens peuvent même marcher ; tout à fait différent de ce concept insaisissable attribué par les gens.
Selon le scientifique, le temps n’est pas une valeur universelle, mais une valeur relative pour chaque observateur, en plus d’être liée à l’espace. Le mouvement de tout corps dans l’Univers est toujours réparti entre les paramètres du temps et de l’espace, sans dépasser la vitesse de la lumière.
En pratique, cela signifie que lorsque vous êtes debout à un arrêt de bus, la valeur de l’espace est nulle et le temps défile à toute vitesse, à 300 000 kilomètres par seconde (ou à 1,08 milliard de kilomètres par heure). Si vous faites un jogging pour ne pas manquer le bus, le temps passera un peu plus lentement, car il « prêtera » une partie de votre vitesse à la moitié de l’espace.
Maintenant, si vous êtes dans un vaisseau spatial à ultrasons, comme ceux d’un film de science-fiction, et que vous atteignez la vitesse de la lumière, le temps ne passera tout simplement pas, puisque la moitié de l’espace a consommé tout son quota.
Quand il a réalisé tout cela, Einstein a écrit « E = mc2 » (l’énergie est égale à la valeur de la masse multipliée par la vitesse de la lumière au carré). La célèbre formule, définie dès 1905, explique que plus un objet se déplace vite, plus sa masse est importante, car il doit dépenser de l’énergie et appliquer une force pour accélérer.
Le processus, cependant, ne se fait pas facilement, car l’énergie est toujours calculée avec la nouvelle masse. Pour qu’une grande masse accélère de la même manière, elle doit appliquer une force beaucoup plus grande, indiquant que la masse et l’énergie sont inséparables.
Théorie complète et confirmée
En 1915, Einstein a finalement peaufiné le point le plus important des lois de Newton : la gravité. Le physicien allemand ne l’a pas vu comme une force ou une attraction presque magique entre les masses et, après avoir beaucoup étudié, a conclu que la Terre tournait autour du Soleil en raison de la géométrie de l’Univers, qui est déformée par l’étoile chaude.
Pour lui, tous les corps de grande masse créent des courbures importantes dans le maillage de l’espace-temps, exigeant l’attraction de corps plus petits.
Pour vous faciliter la tâche, pensons à une expérience maison très simple avec des balles et un tapis. Il suffit de placer des billes sur le matelas fin et lisse, qui représente l’espace-temps, pour voir qu’elles ne bougeront pas. Mais lorsque le capotão ou les boules de bowling sont placés à la surface, les petites sphères de verre rouleront vers l’objet le plus lourd, car le « tissu » de l’espace-temps est devenu criblé d’ondulations et a permis ce mouvement.
« L’impact de la théorie était énorme, mais il y avait beaucoup de scepticisme dans la communauté scientifique. Ce n’était pas seulement Einstein qui pensait au problème des équations de Maxwell, il y avait aussi dix autres physiciens très célèbres qui le cherchaient. Mais lui seul a eu l’audace de remettre en cause des concepts de science déjà connus », explique Paschoal Pimenta, professeur de physique aux cours Anglo.
« La théorie d’Einstein, bien sûr, n’est pas impossible du tout, mais ce n’était pas facile [de ser entendida]. Par conséquent, il a fallu un certain temps pour être accepté; c’était un processus difficile à l’époque. »
assaisonnement brésilien
Ce fut une éclipse dans le ciel brésilien qui effaça les doutes qui planaient sur les idées du physicien.
En mai 1919, deux groupes de Britanniques ont observé les étoiles dans le ciel à des moments différents : pendant l’obscurité du soleil et les nuits normales. Ils voulaient voir si le rayon de lumière des étoiles était courbé par la masse du Soleil en comparant des photographies de différents jours.
Le premier groupe qui se trouvait sur une île africaine n’a pas obtenu de bons résultats, car la lueur de la constellation n’a pas atteint les caméras efficacement, en raison de la pluie et du temps nuageux, explique le professeur.
Mais d’autres chercheurs qui ont campé dans une ville du nord-est ont identifié une bonne courbure, prouvant la déformation prévue dans le maillage espace-temps de l’univers.
théorie appliquée
« Au quotidien, il est très difficile d’identifier la relativité spatio-temporelle. À moins de travailler au LHC [Grande Colisor de Hádrons, na sigla em inglês, o maior acelerador de partículas do mundo], parce qu’on ne peut pas travailler à l’intérieur sans se rendre compte de la théorie en fait », plaisante le professeur de physique.
Le Large Hadron Collider, un grand tunnel sous la frontière franco-suisse qui réalise des expériences d’accélération de particules, l’une des principales applications de la théorie de la relativité dans la science moderne.
Mais vous n’avez pas besoin d’être astronome ou d’avoir des recherches scientifiques de pointe pour réaliser que la relativité fonctionne vraiment. La prochaine fois que vous voyagerez en avion, embarquerez pour une croisière ou même vous perdrez dans une voiture, remerciez Einstein, car la théorie de la relativité est le principal « calibrateur » des satellites GPS.
La vitesse des satellites retarde quotidiennement leurs horloges internes de quelques millionièmes de seconde par rapport aux horloges terrestres. Mais comme les équipements orbitaux ressentent moins l’impact de la gravité, les minuteries gagnent également un millionième de seconde par jour, ce qui nécessite une synchronisation précise ici sur Terre.
Sans la formule d’Einstein, le GPS afficherait des chemins avec une imprécision allant jusqu’à 10 kilomètres par jour.
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