la courbure de l'espace temps.
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la courbure de l'espace temps.



  1. #1
    evrardo

    la courbure de l'espace temps.


    ------

    Bonjour à tous.
    Je regardais hier un petit documentaire sur la relativité où ils parlaient de la courbure de l'espace temps près des grosses étoiles. Mon amie m'a demandé comment concrètement le temps se courbe...et j'ai été incapable de lui répondre.
    Et l'ami Google ne m'a pas mieux orienté.

    Sauriez vous me l'expliquer?
    Merci.

    -----
    Travaillez, prenez de la peine, c'est le fond qui manque le moins.

  2. #2
    Amanuensis

    Re : la courbure de l'espace temps.

    La courbure de l'espace-temps se manifeste partout, cela ne nécessite pas de "grosse étoile". Qu'il y ait des satellites en orbite autour de la Terre est une manifestation de la courbure de l'espace-temps!

    La courbure dont il est question peut se voir comme un "non parallélisme". La notion de parallèle usuelle est spécifique à l'euclidien, au "plat", une caractéristique même du "plat" par opposition à "courbe" au sens de la courbure utilisé en relativité générale.

    Et du coup on ne peut parler de courbure que pour les plans, les espaces, ..., bref à partir de 2 dimensions. La courbure dont il est question n'est pas la notion de "courbe linéaire", le mot "courbure" est un piège sémantique. Deux exemples important : a) pour la "courbure" au sens dans le contexte, toute ligne est droite "en elle-même" (la courbure 1D est toujours nulle), b) des surfaces comme un cylindre ou un cône (hors son sommet) sont "plates".

    Une surface qu'on peut construire en prenant une feuille de papier non élastique est "plate", c'est le cas du cylindre ou du tronc de cône. On peut vérifier en façonnant un cylindre avec une feuille de papier quadrillé qu'on peut parler de "droites parallèles" (du moins de segments de droites), c'est simplement la notion de parallèles sur la feuille d'origine quand "plate" au sens commun.

    A contrario, on ne peut pas dessiner des grands cercles parallèles sur une sphère (les "parallèles" sur la Terre ne sont pas des "droites", mais des lignes "courbes", dans la géométrie de la surface de la sphère: c'est d'ailleurs un constat expérimental, car pour suivre un parallèle faut "braquer le volant"; par exemple pour suivre un parallèle vers l'ouest dans l'hémisphère nord, faut continuellement braquer légèrement à droite).

    Revenons à l'espace-temps. Il faut examiner ce qu'on appelle "droite", et ce qu'on attendrait de la notion de "parallèle" pour ces droites.

    Les lignes en général sont des "trajectoires 4D", la suite des événements parcourus par un point matériel, et elles sont "droites" quand il s'agit d'une chute libre (dont les orbites de satellites!). Par exemple pour un humain sa "trajectoire" (qui n'est pas droite du tout!) relie des points de l'espace-temps, comme sa naissance décrite comme par le lieu et l'instant, ses anniversaires décrits chacun par le lieu et l'instant, etc. Cela diffère de la notion usuelle de trajectoire par l'inclusion obligatoire de l'indication du temps comme coordonnée, plutôt que comme index. Deux trajectoires se croisent quand il y a coïncidence spatio-temporelle: c'est un rendez-vous, faut que ce soit au même endroit et au même instant. On peut voir la trajectoire 4D comme une joignant des rendez-vous plutôt que des lieux. En particulier la trajectoire 4D d'un point matériel ne se recoupe jamais (pas de voyage dans le temps, on ne peut pas avec un rendez-vous avec un "soi" d'âge différent).

    Qu'est-ce alors que des trajectoires parallèles? En gros les deux points matériels restent à distance constante, orientation relative constante, au "même instant" indiqué par leurs horloges propres (qu'ils trimbalent avec eux, chacun la sienne).

    L'espace-temps est courbe quand deux objets lâchés "parallèlement" et libres de toute interaction autre que la gravitation (chute libre) ne suivent pas ensuite des trajectoires parallèles.

    Le plus simple à comprendre est le non parallélisme spatial. Prenons deux objets lâchés "parallèlement" à une petite distance horizontale l'un de l'autre et à vitesse initiale nulle relativement à la Terre (supposée sans rotation): ils vont se rapprocher, et se rencontrer (rendez-vous) au centre de la Terre (au bout d'une durée identique selon leurs horloges). L'espace-temps est donc courbe autour de la Terre (non parallélisme des trajectoires de chute libre).

    Si on prend un nuage de points (un sac de grains de café par exemple), originellement disposés sphériquement et "lâchés" tout comme les deux précédents, on se rend compte que le nuage se déforme durant la chute. Il s'allonge dans le sens vertical, et se contracte dans le plan horizontal. Plus subtile, leurs horloges se décalent, d'une part à cause de la différence d'altitude, et d'autre par parce que leurs vitesses sont légèrement différentes. On a un non parallélisme spatial (déformation du nuage) et un non-parallélisme temporel (décalage gravitationnel et de vitesse). Cela manifeste la courbure de l'espace-temps. On peut réaliser sur cet exemple que cette courbure ne peut pas se décrire par un seul nombre ; il en faut plusieurs (dix dans le vide) pour décrire correctement la déformation du nuage ainsi que les effets temporels.

    Une courbure purement temporelle est plus difficile à décrire. Ce serait en gros un endroit des objets en chute libre suivent des droites spatiales parallèles tout en subissant un décalage d'horloge. Je ne sais pas s'il y a des situations physiques rassemblant ces conditions, ou même si c'est mathématiquement possible.

    ---

    En espérant que cela aide ; le sujet est très loin d'être simple, et je ne vois pas trop comment aller plus loin, ou être plus précis, sans passer aux maths...
    Dernière modification par Amanuensis ; 04/07/2013 à 18h48.
    Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.

  3. #3
    ansset
    Animateur Mathématiques

    Re : la courbure de l'espace temps.

    je n'ose un compliment, car jai l'intuition que vous y êtes réfractaire, mais je trouve ce résumé de RG excellent !

  4. #4
    Amanuensis

    Re : la courbure de l'espace temps.

    Mouais... Plus je relis, plus je trouve de petites fautes (pas seulement d'orthographe). J'espère que ces petites fautes ne nuisent pas trop au passage des idées clé.
    Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.

  5. A voir en vidéo sur Futura
  6. #5
    evrardo

    Re : la courbure de l'espace temps.

    Citation Envoyé par Amanuensis Voir le message
    Mouais... Plus je relis, plus je trouve de petites fautes (pas seulement d'orthographe). J'espère que ces petites fautes ne nuisent pas trop au passage des idées clé.
    Non ça va!
    Merci pour la longue explication, mais je dois avouer que je n'ai pas vraiment tout compris.
    Par exemple:
    Les lignes en général sont des "trajectoires 4D", la suite des événements parcourus par un point matériel, et elles sont "droites" quand il s'agit d'une chute libre (dont les orbites de satellites!)
    J'ai du mal à appréhender que les orbites des satellites sont des droites. Dans quel référentiel?

    J'avais comme image pour la courbure de l'espace temps, l'idée d'un drap tendu à ses 4 extrémités et posé sur ce drap, un objet pesant.
    Le drap est plan sur sa périphérie et plus on se rapproche de l'objet, plus le drap se courbe.
    Cela c'est la théorie, mais concrètement, cela correspond à quoi?
    Travaillez, prenez de la peine, c'est le fond qui manque le moins.

  7. #6
    invite6754323456711
    Invité

    Re : la courbure de l'espace temps.

    Citation Envoyé par evrardo Voir le message
    Par exemple: J'ai du mal à appréhender que les orbites des satellites sont des droites. Dans quel référentiel?
    En mon sens la question, serait plutôt dans quel cadre géométrique indépendamment de la notion de référentiel. Ce qui permet de ne pas restreindre notre vision à un cadre uniquement euclidien.

    Patrick

  8. #7
    evrardo

    Re : la courbure de l'espace temps.

    Citation Envoyé par ù100fil Voir le message
    En mon sens la question, serait plutôt dans quel cadre géométrique indépendamment de la notion de référentiel. Ce qui permet de ne pas restreindre notre vision à un cadre uniquement euclidien.Patrick
    Doucement, doucement, là je ne comprends plus rien du tout.
    Si par exemple des cosmonautes voyagent en fusée et passent proche d'une masse importante, le temps va se courber, concrètement qu'est ce qu'il se passera pour ses pauvres gens? Le temps sera plus long, plus court?
    Travaillez, prenez de la peine, c'est le fond qui manque le moins.

  9. #8
    ansset
    Animateur Mathématiques

    Re : la courbure de l'espace temps.

    pour repondre à ta question sur les droites des satellites.
    il s'agit de ligne d'univers ( l'équivalent d'une droite, pas dans l'espace euclidien, mais dans l'espace-temps ( 4D ))
    que l'on me corrige si c'est mal dit.

  10. #9
    Deedee81
    Modérateur

    Re : la courbure de l'espace temps.

    Salut,

    Oulàlà, toutes ces notions sont difficiles à faire comprendre.

    Bon, d'abord, pour les "droites de satellites". On appelle cela des géodésiques (oui, ansset, il s'agit bien de lignes d'univers mais ici ce sont en plus des trajectoires libres.

    Prenons un exemple : la surface d'une sphère (pas l'intérieur, juste la surface). Suppose un être minuscule vivant dessus (deedee81 et son mètre septante-trois, euh, soixante-treize , sur la Terre). A mon échelle, sur Terre, le sol est plat, sans courbure (en ignorant les "petites" irrégularités comme les montagnes, je considère une sphère bien lisse). Je peux tracer une longue ligne droite, par exemple, je construit une ligne de chemin de fer.

    Maintenant, si je prolonge ma ligne de chemin de fer (en restant collé au sol) que va-t-il se passer ? sur une grande distance, elle va finir par faire le tour de la Terre. C'est ce qu'on appelle un grand cercle : équateur et méridiens par exemples. Ce grand cercle n'est pas une droite, mais une géodésique de la sphère, c'est le "prolongement naturel de la droite à petite échelle". C'est aussi le chemin le plus court entre deux points de la sphère.

    Pour l'espace-temps c'est exactement la même chose. Il n'y a que deux difficultés (mais deux difficultés rendant toute image mentale difficile voire impossible) :
    - la surface de la sphère n'a que deux dimensions (longitude et latitude) alors que l'espace-temps a quatre dimensions (trois directions indépendantes et le temps). C'est un saut de complexité majeur (*).
    - l'espace ordinaire obéit à une géométrie semblable à celle vue à l'école, au moins à petite échelle (comme pour le petit Deedee81 sur la Terre). Mais l'espace-temps, non, à cause de la relativité (existence d'une vitesse limite, la vitesse de la lumière dans le vide). Localement elle s'appelle géométrie de Minkowski

    (*) Exemple de cette complexité. Pour définir la courbure de la surface de la sphère, il faut un seul nombre : le rayon de courbure = le rayon de la sphère (6000 km pour la Terre). Mais pour un espace à quatre dimensions, en chaque point il faut 20 nombres. Faut s'accrocher.

    Bon, impossible d'aller plus loin sans math vu la complexité.

    Mais j'espère que au moins sur le principe c'est plus clair.

    Et je repère : c'est l'espace-temps qui est courbe. Pas le temps tout seul (ou l'espace tout seul).

    En relativité générale, les corps soumis à la seule gravité suivent les géodésiques d'un espace-temps courbé par la présence des masses. Ca devrait être plus clair maintenant même si la visualisation mentale reste quasiment impossible sans grosses approximations ou en utilisant des outils du genre diagrammes de Schwartzchild, diagrammes de Kruskal-Szekeres mais qui sont pleins de sous-entendus car leur construction se fait en principe en connaissant la théorie qui est derrière.

    Citation Envoyé par evrardo Voir le message
    Si par exemple des cosmonautes voyagent en fusée et passent proche d'une masse importante, le temps va se courber, concrètement qu'est ce qu'il se passera pour ses pauvres gens? Le temps sera plus long, plus court?
    En dehors de ma remarque ci-dessus, le temps passé pour eux près de la masse sera plus court que pour nous qui les regardons. Ils reviendront un peu plus jeune que leur jumeau resté sur Terre (c'est analogue au paradoxe des jumeaux sauf qu'ici le responsable c'est la gravité).
    "Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)

  11. #10
    Amanuensis

    Re : la courbure de l'espace temps.

    Citation Envoyé par evrardo Voir le message
    le temps va se courber
    Pour renforcer ce qui a déjà été dit: il ne faut pas penser en terme de "temps courbe", cela n'a pas de sens. La courbure est celle de l'espace-temps.

    Même la notion de courbure de l'espace n'a de sens que dans des cas particuliers (quand il y a un référentiel privilégié, comme dans le cas des modèles sous-jacents à la théorie de l'expansion--le référentiel privilégié est le comobile--).

    Une note plus technique (hors sujet, au sens au-delà de l'interrogation sujet de ce fil):

    Comme indiqué dans mon message #2, la courbure en question n'a de sens qu'à partir de deux dimensions (courbure de Gauss). La "courbure du temps" (qu'on interpréterait unidimensionnel) n'a pas de sens (ou est nulle!). Cependant on peut s'intéresser aux surfaces spatio-temporelles (i.e., telles qu'en tout point le tangent contienne au moins une direction temporelle), et étudier la courbure de la surface. Il me semble alors clair que la courbure implique nécessairement aussi bien les directions temporelles que les directions spatiales (il n'y a pas de courbure purement spatiale ou purement temporelle sur une surface spatio-temporelle).
    Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.

  12. #11
    Deedee81
    Modérateur

    Re : la courbure de l'espace temps.

    Pour encore enfoncer un tout petit peu le clou. Dans le cas où il est en effet possible de définir un repère privilégié (comobile, ou Schwartzchild), j'ai déjà entendu le terme de "courbure du temps" mais je n'aime vraiment pas car c'est un fameux abus de langage. Dans le tenseur de courbure (tenseur de Weyl dans l'espace vide) les termes non nuls sont croisés (composantes spatiales et temporelles), il ne s'agit pas d'un effet affectant le temps seul.

    C'est parfois utilisé pour parler du redshift gravitationnel ou cosmologique, mais personnellement je déconseille fortement cette expression trompeuse (et difficile à visualiser pour un profane, c'est évident, et ça peut conduire à n'importe quelle interprétation personnelle erronée).

    Si on veut une explication simple, intuitive et entièrement correcte de la dilatation du temps gravitationnelle, le plus simple est encore de parler conservation de l'énergie, lien fréquence <-> énergie du rayonnement, etc. Même pas besoin de la RG. Mais bon, comme evrardo souhait plutôt une explication pour le documentaire regardé, et donc sur la courbure, .......
    "Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)

  13. #12
    evrardo

    Re : la courbure de l'espace temps.

    Ok, merci pour vos explications.
    Pourquoi est ce qu'il faut 20 nombres pour donner la position d'un point dans un système en 4D?
    Deux nombres pour un système 2D
    trois nombres pour un système 3D
    Pourquoi pas 4 nombres pour un système 4D?
    Travaillez, prenez de la peine, c'est le fond qui manque le moins.

  14. #13
    Amanuensis

    Re : la courbure de l'espace temps.

    Citation Envoyé par evrardo Voir le message
    Pourquoi est ce qu'il faut 20 nombres pour donner la position d'un point dans un système en 4D?
    Il ne s'agit pas de la position d'un point mais de décrire comment est "gondolée" localement la variété (ici l'espace-temps 4D).

    Pour repérer un point, c'est 4 nombres, c'est ce que veut dire "en 4 dimensions". n nombres en n dimensions.

    ---

    Pour décrire la courbure, c'est 0 nombre en 1D, 1 nombre en 2D, 6 nombres en 3D, 20 nombres en 4D, 50 en 5D, etc.
    Dernière modification par Amanuensis ; 05/07/2013 à 11h38.
    Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.

  15. #14
    Deedee81
    Modérateur

    Re : la courbure de l'espace temps.

    Concernant la valeur de ces nombres.

    - 1 dimension, la courbure est nulle. En fait, c'est à préciser, on parle de courbure intrinsèque par opposition à la courbure extrinsèque. Cette dernière c'est celle que l'on voit de l'extérieur. Par exemple, si je prend une corde et que je l'enroule j'ai une courbe. C'est une courbure extrinsèque. La courbure extrinsèque concerne "l'objet géométrique" lui-même, en faisant abstraction de tout le reste. Donc, par exemple, de petites créatures minuscules vivant sur la corde pourraient-elles détecter une courbure ? La réponse est non. Par exemple, si elles tracent des lignes sur la cordes pour indiquer la position (un mètre de corde, deux mètres de cordes, etc...) ces valeurs et la position des traits ne changent pas quand on enroule la corde.

    Un exemple plus parlant. On peut par exemple distinguer une géométrie courbe en traçant un rectangle (les bords étant des géodésiques). En géométrie habituelle la somme des angles fait 180°. En géométrie sphérique c'est plus (facile à vérifier avec l'équateur et deux méridiens séparés de 90° de longitudes) => courbure positive. En géométrie hyperbolique (selle de cheval) c'est moins => courbure négative. Mais si on trace un triangle sur un triangle, la somme fait bien 180° !!! Facile à vérifier en déroulant le cylindre. Le cylindre à une courbure extrinsèque, mais pas de courbure intrinsèque, sa géométrie est identique à la géométrie plane.

    - 2 dimensions. Une valeur de la courbure = rayon de courbure, comme pour la sphère.

    - 3 dimensions. La je sèche. Quelqu'un connait-il un moyen élémentaire de faire comprendre pourquoi il faut six nombres ?
    "Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)

  16. #15
    Amanuensis

    Re : la courbure de l'espace temps.

    Citation Envoyé par Deedee81 Voir le message
    - 2 dimensions. Une valeur de la courbure = rayon de courbure, comme pour la sphère.
    Pas exactement. Un ellipsoïde peut avoir la même courbure qu'une sphère, et l'idée d'un rayon négatif pour un point selle ne colle pas vraiment.

    La courbure a la dimension L^-2, son inverse est un produit de longueurs, et non une longueur. R² pour une sphère, R1R2 pour un ellipsoïde. Et le signe - pour le point selle se comprend parce que les centres des cercles tangents principaux sont de côtés opposés relativement à la surface, alors qu'ils sont du même côté pour une sphère ou plus généralement un ellipsoïde.

    Bref faut penser 1/R², pas simple...

    - 3 dimensions. La je sèche. Quelqu'un connait-il un moyen élémentaire de faire comprendre pourquoi il faut six nombres ?
    Pas moi. La formule est n²(n²-1)/12, facile de retrouver le 6. Maintenant le justifier est autre chose.

    Déjà cela dérive de ce qu'il se passe sur les surfaces. En 3D linéariser les plans se fait avec 3 plans générant tous les autres. La courbure de chaque plan est donnée par un nombre, cela en fait 3. Les 3 autres viennent de la déformation de la dimension supplémentaire quand on se déplace dans le plan, on pourrait donc penser que c'est 3 plan x (1+ 3-2)), mais ça ne colle pas ensuite. En effet pour 4D, on a 6 plans indépendants (4x3/2), et 20 n'est pas un multiple de 6...

    Une autre manière de raisonner est de dire que la courbure est donnée comme une rotation infinitésimale 4D par plan générateur, et une rotation se décrit par 6 nombres; d'où 6x6 = 36, et il y a des symétries non évidentes qui réduisent à 20. En 3D, 3 plans x 3 nombres pour une rotation, 9, et les symétries réduisent à 6 ; en 3D, 1 plan x 1 nombre par rotation, 1, et il n'y a pas symétrie simplifiant... (Et en 1D, 0 plan, et la seule rotation est l'identité...)

    Bref, la partie difficile pour le décompte vient de symétries non évidentes.
    Dernière modification par Amanuensis ; 05/07/2013 à 12h39.
    Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.

  17. #16
    Deedee81
    Modérateur

    Re : la courbure de l'espace temps.

    A 2D : merci d'avoir précisé (je ne voulais pas trop compliquer pour evrardo mais ton explication est très claire. Pour ceux intéressé on peut aussi définir une "courbure scalaire", analogue, à toutes dimensions).

    Citation Envoyé par Amanuensis Voir le message
    Bref, la partie difficile pour le décompte vient de symétries non évidentes.
    En effet. Merci pour ton explication. C'est déjà mieux que ce que j'aurais pu pondre comme ça à brule pourpoint.
    "Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)

  18. #17
    Amanuensis

    Re : la courbure de l'espace temps.

    Je rajoute un petit truc, même si cela reste trop technique:

    En 2D, la courbure est l'angle dont on se retrouve avoir tourné sur soi-même en essayant de parcourir une boucle "sans tourner sur soi-même", divisé par la surface de la boucle (en fait la limite quand la surface tend vers 0). On peut arriver à le visualiser en jouant à cela à la surface d'une sphère.

    On trouve là deux points importants: l'idée de rotation, et la dimension en 1/L² (qui vient de la division par la surface). Dans les dimensions >2, on fait cela dans chaque plan, mais la rotation n'est pas que dans le plan. (On peut arriver à le "visualiser" en 3D, c'est assez marrant, en particulier quand la rotation est 1/2 tour dans le sens du mouvement, le corps décrit un ruban de Mobius...)

    L'inconvénient de cette approche est qu'elle est peu parlante pour le néophyte, l'avantage est qu'elle montre que le rapport avec la courbure "au sens commun" n'est pas direct.
    Dernière modification par Amanuensis ; 05/07/2013 à 14h42.
    Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.

  19. #18
    evrardo

    Re : la courbure de l'espace temps.

    Citation Envoyé par Deedee81 Voir le message
    A 2D : merci d'avoir précisé (je ne voulais pas trop compliquer pour evrardo mais ton explication est très claire. Pour ceux intéressé on peut aussi définir une "courbure scalaire", analogue, à toutes dimensions).
    Merci pour vos explications, malheureusement je n'ai pas les connaissances scientifiques pour arriver à bien appréhender vos réponses.
    J'aurais voulu une explication plus concrète, moins théorique: comment se manifeste la courbure de l'espace temps pour des humains.
    Travaillez, prenez de la peine, c'est le fond qui manque le moins.

  20. #19
    JPL
    Responsable des forums

    Re : la courbure de l'espace temps.

    Citation Envoyé par evrardo Voir le message
    Si par exemple des cosmonautes voyagent en fusée et passent proche d'une masse importante, le temps va se courber, concrètement qu'est ce qu'il se passera pour ses pauvres gens? Le temps sera plus long, plus court?
    Nous sommes de "pauvres gens" vivant à la surface d'une masse importante. Un des effets est le suivant : si on fabrique deux horloges strictement identiques et parfaitement synchrones et si on en envoie une à distance de la terre (cas d'un satellite GPS) on verra cette horloge avancer plus vite que sa sœur restée sur terre.
    Rien ne sert de penser, il faut réfléchir avant - Pierre Dac

  21. #20
    Xoxopixo

    Re : la courbure de l'espace temps.

    Bonjour,

    Citation Envoyé par evrardo Voir le message
    J'aurais voulu une explication plus concrète, moins théorique: comment se manifeste la courbure de l'espace temps pour des humains.
    Elle se manifeste sous forme de gravitation.
    En bon vivant, rien ne vaut un bonne logique ternaire.

  22. #21
    Amanuensis

    Re : la courbure de l'espace temps.

    Citation Envoyé par JPL Voir le message
    Nous sommes de "pauvres gens" vivant à la surface d'une masse importante. Un des effets est le suivant : si on fabrique deux horloges strictement identiques et parfaitement synchrones et si on en envoie une à distance de la terre (cas d'un satellite GPS) on verra cette horloge avancer plus vite que sa sœur restée sur terre.
    Exemple ambigu. Si nous vivions sur une surface plate "infinie" en accélération constante et sans aucun effet de gravitation, la courbure de l'espace-temps serait nulle et pourtant il y aurait un décalage temporel en fonction de l'altitude.

    La réponse de Xoxopixo est la bonne, aussi "trop simple" qu'elle paraisse: tout ce que nous attribuons à la gravitation dans un référentiel de chute libre (tel que l'origine est en apesanteur) est un effet de la courbure de l'espace-temps. Le mouvement orbital de la Terre autour du Soleil, ou celui des satellites GPS autour de la Terre, ou la non coplanarité des verticales entre trois endroits (bien choisis) de la surface de la Terre, sont de tels effets.

    Les effets temporels sont plus difficiles à décrire, car il faut faire la part de ce qui est dû à des vitesses relatives non nulles (ce qui dépend du référentiel choisi) et ce qui est dû directement à la courbure. Un courbure de l'espace-temps non nulle implique l'impossibilité de choisir un référentiel où tous les points immobiles sont en chute libre, et a donc comme effet indirect l'apparition de vitesses relatives non nulles artificiellement introduites par le choix du référentiel, et des décalages temporels venant de ces vitesses relatives.
    Dernière modification par Amanuensis ; 06/07/2013 à 06h47.
    Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.

  23. #22
    evrardo

    Re : la courbure de l'espace temps.

    Citation Envoyé par JPL Voir le message
    Nous sommes de "pauvres gens" vivant à la surface d'une masse importante. Un des effets est le suivant : si on fabrique deux horloges strictement identiques et parfaitement synchrones et si on en envoie une à distance de la terre (cas d'un satellite GPS) on verra cette horloge avancer plus vite que sa sœur restée sur terre.
    Bonjuor JPL, non nous ne sommes pas de "pauvres gens", ce que nous vivons en ce moment est une époque extraordinaire de l'Histoire de l'humanité.
    En tout cas merci pour l'explication, c'est plus clair maintenant.
    L'écart entre les 2 horloges se mesure en secondes, en millisecondes?

    Citation Envoyé par Amanuensis Voir le message
    Exemple ambigu. Si nous vivions sur une surface plate "infinie" en accélération constante et sans aucun effet de gravitation, la courbure de l'espace-temps serait nulle et pourtant il y aurait un décalage temporel en fonction de l'altitude.

    La réponse de Xoxopixo est la bonne, aussi "trop simple" qu'elle paraisse: tout ce que nous attribuons à la gravitation dans un référentiel de chute libre (tel que l'origine est en apesanteur) est un effet de la courbure de l'espace-temps. Le mouvement orbital de la Terre autour du Soleil, ou celui des satellites GPS autour de la Terre, ou la non coplanarité des verticales entre trois endroits (bien choisis) de la surface de la Terre, sont de tels effets.

    Les effets temporels sont plus difficiles à décrire, car il faut faire la part de ce qui est dû à des vitesses relatives non nulles (ce qui dépend du référentiel choisi) et ce qui est dû directement à la courbure. Un courbure de l'espace-temps non nulle implique l'impossibilité de choisir un référentiel où tous les points immobiles sont en chute libre, et a donc comme effet indirect l'apparition de vitesses relatives non nulles artificiellement introduites par le choix du référentiel, et des décalages temporels venant de ces vitesses relatives.
    Merci aussi Amanuensis.
    Ce n'est pass évident ces notions d'espace temps, mais c'est plus clair maintenant.
    Travaillez, prenez de la peine, c'est le fond qui manque le moins.

  24. #23
    EauPure

    Re : la courbure de l'espace temps.

    Bonjour,

    Ma question bête du samedi
    Un champs magnétique agissant comme la gravitation en 1/d² peut on penser qu'il courbe l'espace temps ?
    La béatitude est l'attitude de l’abbé : la théorie bleue

  25. #24
    Deedee81
    Modérateur

    Re : la courbure de l'espace temps.

    Bonjour,

    Evrardo, le "pauvre gens" était une figure de style

    Citation Envoyé par EauPure Voir le message
    Un champs magnétique agissant comme la gravitation en 1/d² peut on penser qu'il courbe l'espace temps ?
    Non. Il faudrait pour ça que l'on puisse relier ce champ magnétique (ou un champ électrique) à une modification de la géométrie des relations spatiales et temporelles entre objets et événements. Ce n'est pas le cas.

    La géométrisation des interactions non gravitationnelles n'est pas facile (Einstein y a consacré toute la fin de sa vie) mais pas impossible : si l'on considère un espace temps à cinq dimensions et qu'on effectue une "coupe" ou qu'on enroule une des dimensions, la composante gravitationnelle de cette dimensions supplémentaire prend la même forme que les équations du champ électromagnétique. C'est la théorie de Kaluza-Klein. Ce qui ne veut pas dire que cela soit suffisant pour dire qu'il en est ainsi, la théorie prédit aussi un champ non observé et cette théorie est encore moins renormalisable que la gravité habituelle (donc on ne sait pas quantifier la théorie). L'ingrédient a toutefois été repris avec succès par la théorie des cordes.

    Voir :
    http://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A...e_Kaluza-Klein
    Nettement plus complet en anglais :
    http://en.wikipedia.org/wiki/Kaluza%...93Klein_theory

    Et cet article que j'avais vraiment beaucoup aimé :
    http://arxiv.org/abs/hep-th/9410046
    (Kaluza-Klein theory in Perspective)

    J'ai adoré la métaphore de la soupe de cailloux

    P.S. comme tu vois, tu as raté ton coup : ta question était très intéressante
    "Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)

  26. #25
    ansset
    Animateur Mathématiques

    Re : la courbure de l'espace temps.

    très interessant en effet !!
    ça meriterait un fil à part....
    bonsoir.

  27. #26
    PPathfindeRR

    Re : la courbure de l'espace temps.

    bonjour,

    Ne serait-il pas juste mais plus simple d'accepter que le temps et l'espace sont indissociable, relatif et non absolue, et sont la même chose : des dimensions permettant de décrire un mouvement (distance/temps), un événement et que ceci forme un tout... une structure, un espace-temps.
    Quand l'espace se courbe à proximité d'une masse, par abus de langage (si j'ose dire) et puisque cette structure forme un tout, dire que le temps se courbe également.

    Que l'espace qui se courbe équivaut à dire que l'espace se contracte/dilate
    Que le temps qui se courbe équivaut à dire que le temps se contracte/dilate

    ??
    Dernière modification par PPathfindeRR ; 08/07/2013 à 01h37.
    « Un problème sans solutions est un problème mal posé ! » Albert Einstein.

  28. #27
    Deedee81
    Modérateur

    Re : la courbure de l'espace temps.

    Salut,

    Citation Envoyé par PPathfindeRR Voir le message
    [....]

    Que l'espace qui se courbe équivaut à dire que l'espace se contracte/dilate
    Que le temps qui se courbe équivaut à dire que le temps se contracte/dilate
    C'est en effet dans ce sens là que je l'ai déjà vu employé. Mais c'est juste que je n'aime pas cet abus de langage. Une dilatation n'est pas une courbure (d'ailleurs ça existe en RR, sans courbure).

    Evidemment, la dilatation m'avait donné une belle courbure frisant de près un nombre à trois chiffre en kg. Depuis, j'ai expérimenté la contraction des longueurs à base de légumes et fruits. Mon aversion vient peut être de là
    "Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)

  29. #28
    ansset
    Animateur Mathématiques

    Re : la courbure de l'espace temps.

    Citation Envoyé par PPathfindeRR Voir le message
    Que l'espace qui se courbe équivaut à dire que l'espace se contracte/dilate
    Que le temps qui se courbe équivaut à dire que le temps se contracte/dilate

    ??
    bonjour,
    je me mefie de cette présentation/analogie qui prête à confusion et peut amener des contre sens.
    elle renvoie à une analogie euclidienne.

    et sur la présentation, après avoir parler d'espace-temps", on conclu sur des contractions/dilatations qui seraient soit géométriques soit temporelles.
    ou alors j'ai mal compris ce résumé.

  30. #29
    Thomas markley

    Re : la courbure de l'espace temps.

    Citation Envoyé par evrardo Voir le message
    Bonjour à tous.
    Je regardais hier un petit documentaire sur la relativité où ils parlaient de la courbure de l'espace temps près des grosses étoiles. Mon amie m'a demandé comment concrètement le temps se courbe...et j'ai été incapable de lui répondre.
    Et l'ami Google ne m'a pas mieux orienté.

    Sauriez vous me l'expliquer?
    Merci.
    la différence est celle qu'il y a entre une distance et un chemin... la vitesse est egale a la distance sur le temps... donc si c = 300000 km/s invariable... le rapport entre distance et temps doit toujours etre porportionnel... soit si la distance augmente, la durées elles aussi augmente...

    dans un esapce absolue "geométrique" mathématiquement pur, l'on ne pourras parler que de distance, c'était l'état de l'esapce avec newton... toute etait fait avec un espace plat... cela donne la représentation du système solaire galilleo-newtonien

    mais avec einstein, celui tente de résoudre le problème de la précéssion de mercure... et le seul moyen de le résoudre et de sortir de cet espace mathématique pur, pour une description topologique de l'espace (c'est toujours des maths) mais l'on passe du concept de distance a celui physique de chemin... et de géodésique...

    de fait en acceptant une grille topologique courbe, l'on a beau avoir des distance géométrique (a vol d'oiseaux), l'on se retrouve avec des durées qui elles sont plus longues... et parcequ'elles sont plus longue les durées de cheminement de la lumière, l'on doit conclure à un allongement du parcours... donc a une courbure de l'espace/temps... d/t autrement dit. qui devient chemin/durée (de perception d'une information véhiculé par la lumière et c) l'on conclue aussi que la lumière suit la courbure espace/temps, ce qui in-fine valide le conept de trou-noir, ou les masses en jeu sont si importante, que l'espace-temps autours se distant, se courbe tellement, que le signal reste prisonnier de cette métrique courbe...

    donc ce n'est pas le temps qui se courbe, c'est la durée de trajet qui s'allonge avec la distance pour une vitesse v invariable...

    c'est très courant, c'est la même chose que la différence entre "à vol d'oiseaux" et le temps de parcours physique.. 400km ne valent pas 400km, mais plus en fonction de la topologie géographique..

  31. #30
    PPathfindeRR

    Re : la courbure de l'espace temps.

    Citation Envoyé par Deedee81 Voir le message
    Evidemment, la dilatation m'avait donné une belle courbure frisant de près un nombre à trois chiffre en kg. Depuis, j'ai expérimenté la contraction des longueurs à base de légumes et fruits. Mon aversion vient peut être de là
    ?? Heu...
    J'ai pas trop compris la blague ?! de quel légume s'agit-il ?
    en fait je ne comprend pas le rapport avec la mayonnaise !
    Dernière modification par PPathfindeRR ; 09/07/2013 à 15h15.
    « Un problème sans solutions est un problème mal posé ! » Albert Einstein.

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