La relativité

Science

• Après Einstein : à la recherche de la prochaine théorie de la gravité Pourquoi la gravité d'Einstein et la physique quantique ne peuvent-elles pas être toutes deux justes jusqu'aux plus petites échelles ? Explorez les points où elles s'affrontent, les idées rivales qui pourraient les réunir — des cordes et des boucles à un espace tissé d'intrication —, la question de savoir si un trou noir détruit l'information, et un défi lancé à Einstein à l'échelle des galaxies. L'essentiel reste ouvert : au lieu de recevoir une réponse que personne n'a encore, vous pesez les candidates à l'aune des faits, y compris les expériences qui ont déjà écarté certaines idées.
• La gravité courbe l'espace et le temps : la relativité générale Pourquoi les astronautes flottent-ils alors que, là-haut, la gravité est presque aussi forte qu'au sol ? Suivez Einstein depuis un ascenseur en chute libre jusqu'à la gravité comprise comme un espace-temps courbe, où une pomme tombe surtout parce que le temps s'écoule plus lentement près du sol. Voyez ensuite comment l'idée a été mise à l'épreuve : la lumière des étoiles déviée lors de l'éclipse de 1919, la correction d'horloge qui permet au GPS de fonctionner, les ondulations de l'espace-temps et une étoile qui frôle à toute vitesse le trou noir au centre de notre galaxie.
• L'espace-temps de près : la géométrie derrière la relativité Si ce n'est pas la secousse du demi-tour, pourquoi la voyageuse spatiale revient-elle plus jeune que son jumeau ? Dessinez l'espace et le temps sur du papier quadrillé et la réponse surgit de la figure, avec des « maintenant » inclinés et la seule lecture d'horloge sur laquelle tous les observateurs s'accordent, sans rien de plus difficile que de l'arithmétique simple. Voyez ensuite pourquoi ce sont les marées, et non la chute, qui signent vraiment la courbure de l'espace-temps, formulez l'équation d'Einstein avec des mots simples et découvrez des horizons sans le moindre trou noir, de celui qui se forme derrière une fusée en accélération à un horizon pour le son dans une cuve d'eau en écoulement.
• Le temps se dilate : relativité restreinte et E = mc² Pourquoi un astronaute revient-il de la station spatiale plus jeune de quelques millièmes de seconde que tous ceux restés au sol ? Partez d'un fait surprenant — la lumière passe devant chacun à la même vitesse — et découvrez pourquoi les horloges en mouvement ralentissent, pourquoi les objets en mouvement raccourcissent, pourquoi rien ne peut être poussé jusqu'à la vitesse de la lumière, et ce que E = mc² dit de la lumière du Soleil, de l'énergie nucléaire et du poids de votre propre corps. Puis retrouvez la relativité là où vous l'attendez le moins : dans l'attraction d'un aimant et dans la couleur de l'or.
• Voyage dans le temps, flèche du temps et limites d'Einstein Quelqu'un pourra-t-il un jour visiter le passé ? Les équations d'Einstein autorisent, sur le papier, des boucles temporelles : pesez donc le paradoxe du grand-père, les trous de ver et les échappatoires proposées, demandez-vous pourquoi le temps ne s'écoule que vers l'avant alors que presque toutes les lois de la physique fonctionnent tout aussi bien à rebours, et découvrez où la théorie elle-même atteint ses limites — un sujet encore largement débattu aujourd'hui. En chemin, faites la connaissance de l'employé du bureau des brevets qui a repensé l'espace et le temps, et de trois prédictions de sa propre théorie dont il doutait.