S’il vous semble impossible que la surface de notre planète soit plus ancienne que son noyau interne, préparez-vous à être époustouflé, car selon de nouveaux calculs, l’intérieur de la Terre est en fait 2,5 ans plus jeune que l’extérieur.
Comment cela est-il possible ? Eh bien, tout se résume aux effets de la gravité sur notre planète, comme le prédit la théorie de la relativité générale d’Einstein.
Cette petite équation spéciale qui nous suit partout stipule que notre position dans un champ gravitationnel (c’est-à-dire notre espace) régule la vitesse à laquelle le temps s’écoule pour nous, et au cours des 4,5 milliards d’années qui se sont écoulées depuis la formation de la Terre, le temps s’est écoulé plus lentement dans le noyau que sur la surface.
C’est un phénomène que le physicien théoricien Richard Feynman avait prédit dans les années 1960, déclarant dans une série de conférences que la courbure de l’espace-temps devrait, en théorie, créer un écart d’âge d’un jour ou deux entre le centre et la surface de la Terre.
Depuis lors, ce “fait” a été cité dans de nombreux articles d’autres physiciens – et même dans des manuels universitaires – mais personne n’avait pris la peine de vérifier si l’estimation de Feynman était réellement vraie.
C’est le cas du physicien Ulrik Uggerhøj, de l’université d’Aarhus, au Danemark, qui admet lui-même avoir cité la célèbre spéculation de Feynman dans des articles précédents avant de se rendre compte qu’aucune étude n’avait pris la peine de confirmer les chiffres.
“Il faut toujours être prudent et tester même les suggestions des personnes célèbres”, a-t-il déclaré à Jacob Aron du New Scientist. “Je suis tombé dans le piège de ne pas le faire, je dois l’admettre”
Uggerhøj a donc recruté une équipe, et ils se sont mis à calculer ce que l’on appelle le potentiel gravitationnel de la surface et du noyau.
Le potentiel gravitationnel d’un objet particulier est calculé comme la quantité de “travail” – ou d’énergie transférée – par unité de masse qui serait exercée par la force de gravité lorsque cet objet est déplacé d’un endroit à un autre dans l’espace. En d’autres termes, quelle quantité d’énergie est nécessaire pour déplacer un certain objet de X à Y ?
Selon la relativité générale d’Einstein, plus un objet est massif, plus le tissu de l’espace-temps est “déformé” par son existence, ce qui crée une attraction gravitationnelle qui ralentit effectivement le temps dans le voisinage général de l’objet.
Il est facile de visualiser ce phénomène en pensant aux trous noirs, ces grilles géantes et incurvées que l’on superpose souvent à des illustrations de l’espace pour montrer comment le tissu de l’Univers est déformé par ses résidents les plus colossaux – pensez-y ou même notre propre planète.
Ainsi, si vous placez une horloge au centre de la Terre, son tic-tac sera légèrement plus lent que celui d’une horloge placée à sa surface, explique Emily Conover pour Science News, car le noyau est considérablement plus massif que la surface et possède donc un potentiel gravitationnel plus important.
“Comme remonter du centre de la Terre serait une lutte contre la gravité, les horloges des profondeurs seraient plus lentes que les horloges de surface”, explique Emily Conover.
Nous voyons ce phénomène à l’œuvre dans les satellites GPS, qui sont situés à environ 20 200 km au-dessus de la surface de la Terre. Comme ils sont plus éloignés du champ gravitationnel de la Terre, leurs horloges sont plus rapides que celles de la surface, et les données qu’ils renvoient doivent être corrigées pour que tout soit synchronisé.
Uggerhøj et son équipe ont découvert que, depuis la création de notre planète, le temps au cœur de la Terre est en retard sur le temps à la surface de quelques fractions de seconde – environ 0,0000000003 seconde – ce qui semble négligeable, mais au cours des 4,5 milliards d’années de vie de la Terre, ce retard s’est accumulé pour atteindre une différence d’âge de 1,5 an.
Lorsque les différences de densité entre le noyau et la surface ont été prises en compte, cette différence d’âge a été ajustée à 2,5 ans.
Il est intéressant de noter qu’Uggerhøj n’est pas prêt à dire que Feynman a eu tort de dire que le noyau est plus jeune que la surface d’un jour ou deux, car il se peut qu’il n’ait pas dit cela du tout
selon M. Uggerhøj, on ne sait pas si Feynman a commis l’erreur à l’origine ou si la transcription de ses conférences a transformé les “jours” en “années”, mais il estime qu’il est utile de ne rien prendre pour acquis”, rapporte M. Aron pourNew Scientist.
Avant que vous ne disiez quoi que ce soit, nous supposons toujours que le noyau de la Terre s’est probablement formé plus tôt que sa surface, mais qu’en raison de l’influence de la gravité sur le temps, il a vieilli plus lentement que son homologue orienté vers l’extérieur
M. Uggerhøj reconnaît que nous ne pouvons pas exactement tester cette hypothèse de manière expérimentale, si ce n’est en calculant les choses selon l’équation de la relativité générale.
“Mais la relativité générale a passé tous les tests qu’on lui a fait subir jusqu’à présent, et il est donc probable qu’elle soit correcte”, déclare Aron. “Et puisque, pour autant que nous le sachions, la théorie fonctionne dans tout l’Univers, le même effet se produit pour tout corps massif.”
Si vous voulez une illustration encore plus frappante de l’effet de la gravité sur le temps, prenez le Soleil – l’équipe calcule que le noyau du Soleil est environ 40 000 ans plus jeune que sa surface.
Feynman. Il est vraiment le cadeau de la physique théorique qui ne cesse de donner.
L’étude a été publiée dans l’European Journal of Physics.