Description

LES REPRÉSENTATIONS DE LA RÉLATIVITÉ D’EINSTEIN AU CINÉMA

Roland Lehoucq

Astrophysicien au CEA Paris - Saclay (Département d’astrophysique) et enseignant

En 1905, Albert Einstein publie une nouvelle théorie de l’espace et du temps, connue sous le nom de « relativité restreinte ». Dans ce cadre, il montre notamment que la durée séparant deux événements n’est pas identique pour tous les observateurs et dépend de leur vitesse relative. En 1908, Hermann Minkowski introduisit le concept d’« espace-temps », fusion de ceux d’espace et de temps. Une histoire, succession d’événements se déroulant en différents lieux, est alors une courbe de l’espace-temps dont chaque portion possède une durée, propre à l’observateur qui suit cette courbe. Ce que nous appelons « temps », construit par accumulation de durées propres, est donc une grandeur purement personnelle, liée à chaque observateur. Cela interdit de définir une grandeur universelle appelée « le temps » sur lesquelles tous les observateurs s’accorderaient. Si la théorie d’Einstein a été vérifiée avec une grande précision, ses effets aux vitesses ordinaires sont si infimes qu’il reste, en pratique, possible de rassembler nos temps propres pour fabriquer un temps « universel ». Pour que les différences soient vraiment sensibles, il faut voyager à une vitesse proche de celle de la lumière. Néanmoins, plusieurs films de science-fiction (Croisière sidérale, Ikarie XB-1 et La planète des singes) ont mis en scène l’étonnante situation où des voyageurs subissent une dilatation temporelle telle qu’ils se retrouvent dans le futur de leurs amis ou collègues restés sur Terre. Visiter les régions proches d’un astre ayant une gravité intense, comme un trou noir par exemple, modifie aussi la mesure des durées. En 1915, Einstein publie la relativité générale, une théorie de la gravitation qui étend le cadre de la relativité restreinte. Cette théorie ne décrit plus la gravité comme une force, ainsi qu’on le faisait depuis Newton, mais comme une manifestation de la courbure de l’espace-temps causée par la distribution de masse et d’énergie. Il montre qu’une horloge voyageant près d’un corps massif, qui déforme fortement l’espace-temps, mesure une durée de voyage plus courte qu’une horloge restée sur Terre. Cet effet de dilatation gravitationnel des durées fonde l’intrigue du film Interstellar (Christopher Nolan, 2014) où les visiteurs d’une planète en orbite autour d’un trou noir supermassif constate qu’une heure passée sur la planète équivaut à sept années terrestres. Dans notre communication, nous montrerons comment le cinéma a réussi à illustrer de façon intéressante les concepts révolutionnaires issus des relativités d’Einstein.