En utilisant l’ensemble du système solaire comme laboratoire et nos instruments de mesure du temps les plus avancés comme équipement, des scientifiques ont contribué à vérifier l’hypothèse de l'”ascenseur d’Einstein”, l’un des éléments centraux de sa théorie générale de la relativité.
Cette théorie traite des notions fondamentales de la masse, de la gravité, de l’espace et du temps. Il est donc essentiel de prouver du mieux possible qu’elle est correcte pour les fondements mêmes de la physique telle que nous la connaissons.
L’idée de l’ascenseur d’Einstein – connue officiellement sous le nom de principe d’équivalence – s’inspire du fait que si vous vous retrouvez à flotter en apesanteur au milieu d’un ascenseur scellé et sans fenêtre, il est impossible de dire si vous êtes dans l’espace lointain ou si vous accélérez très rapidement vers le sol, ici sur Terre.
Vous ne vous retrouverez probablement jamais dans l’un ou l’autre de ces scénarios, mais le principe sous-jacent est que les mêmes lois de la physique s’appliquent, où que vous soyez et quelle que soit la vitesse à laquelle vous vous déplacez. La gravité est présente dans une situation et pas dans l’autre, mais le résultat est le même dans les deux, et c’est ce qu’Einstein a compris.
Il existe un concept connexe, celui mesuré dans cette étude, selon lequel tout ce qui se trouve dans cet ascenseur hypothétique en chute libre accélère au même rythme : vous, le café que vous venez de lâcher, un inconnu qui tombe à côté de vous, etc.
Pour tester cette hypothèse, des physiciens du National Institute of Standards and Technology (NIST) ont utilisé la Terre comme corps flottant et le système solaire comme cage d’ascenseur.
Pour mesurer l’accélération, les chercheurs ont utilisé les horloges atomiques les plus avancées dont nous disposons actuellement : quatre masers à hydrogène et huit horloges à fontaine de césium. En comparant les tics de ces horloges sur une période de 14 ans, l’équipe a trouvé un écart de 0,00000022 plus ou moins 0,00000025.
(NIST)
Ce chiffre est si incroyablement proche de zéro qu’il s’agit de la meilleure découverte à ce jour. En effet, si Einstein avait raison et que toutes ces horloges tombent dans l’espace à la même vitesse, cette valeur devrait être nulle.
En d’autres termes, malgré les variations de la force gravitationnelle du Soleil, de Jupiter et d’autres objets, le “tic-tac” de l’horloge atomique reste constant – tout comme nos personnages imaginaires et les autres objets de la cage d’ascenseur restent constants les uns par rapport aux autres.
C’est loin d’être la première fois que l’hypothèse est vérifiée, mais les scientifiques n’ont jamais pu la mesurer avec autant de précision auparavant, et ce grâce aux améliorations apportées à la précision des horloges atom iques.
“La principale raison pour laquelle nous avons effectué ce travail était de mettre en évidence la façon dont les horloges atomiques sont utilisées pour tester la physique fondamentale, la relativité générale, explique Bijunath Patla, l’un des membres de l’équipe. “En particulier, les fondements de la
Il faut encore viser des niveaux de précision plus élevés et multiplier les moyens par lesquels les physiciens peuvent vérifier ces résultats.
En outre, des mesures plus précises du principe d’équivalence impliquent des mesures plus précises de certains autres fondements de l’espace et du temps dans l’Univers, et les horloges atomiques ont un rôle important à jouer à cet égard.
“Nous établissons un lien entre les tests de la relativité générale et les horloges atomiques, nous notons les limites de la génération actuelle d’horloges et nous présentons une perspective d’avenir sur la façon dont les horloges de la prochaine génération deviendront très pertinentes”, explique M. Patla.
Il reste des incohérences à expliquer entre la relativité générale et la mécanique quantique, mais c’est aux études futures de s’y intéresser. Pour l’instant, Einstein gagne à nouveau.
Les travaux de recherche ont été publiés dans Nature Physics.