Comment tester le Paradox sans l'aide d'un vaisseau spatial?
Oubliez les crèmes anti-âge et traitements capillaires. Si vous voulez rester jeune, obtenir un vaisseau rapide. Voilà ce que la théorie de la relativité d'Einstein prédit il y a un siècle, et il est communément connu comme «paradoxe des jumeaux».
Imaginez deux jumeaux. Ils sont identiques, sauf pour une chose, l'un d'eux a un vaisseau spatial très avancé et coûteux. Le premier jumeau reste sur Terre, tandis que l'autre se déplace à une étoile lointaine et à l'arrière à des vitesses proches de la vitesse de la lumière.
Quand ils se rencontrent à nouveau, la jumelle de la Terre-logement a vieilli beaucoup plus que le jumeau voyageur. Ceci est dû à ce qu’Einstein a appelé la dilatation du temps. Il a prédit que les horloges connaissent des accélérations différentes mesurent le temps différemment. Puzzling que cela puisse paraître, ces effets dans le temps de dilatation ont été testées dans les temps de laboratoire beaucoup, et sont systématiquement pris en compte par le système de positionnement global (GPS).
Le GPS est en mesure de vous fournir votre position en synchronisation très précisément les signaux émis par les satellites, et à cette fin, il doit tenir compte de la dilatation du temps en raison des différentes accélérations des satellites. Alors que le GPS est l'un des systèmes les plus précises dont nous disposons, il peut localiser votre smartphone avec une marge d'erreur de quelques mètres.
La précision peut être améliorée en utilisant les horloges les plus précises que nous connaissons sur la Terre, appelés horloges quantiques parce qu'ils sont gouvernés par les lois de la mécanique quantique. Il y a des plans financés par les agences spatiales pour lancer ces horloges en orbite. Il est naturel de penser qu'un GPS comprenant des horloges quantiques devra également tenir compte des effets relativistes. Cependant, nous ne comprenons pas entièrement comment combiner la mécanique quantique et la relativité. L'incapacité d'unifier les deux théories reste comme l'un des plus grands défis de la science moderne.
Intrication quantique
Prédictions dans les années 1970 ont dit qu'il y est un phénomène physique qui est à la fois quantique et relativiste appelé Dynamical effet Casimir. Mais il a fallu attendre 2011, un dispositif expérimental pourrait être développé pour tester la prédiction.
Voici ce que la théorie prédit: si la lumière est piégée entre les miroirs qui se déplacent à des vitesses proches de la vitesse de la lumière, puis ils vont générer plus de lumière qu’il y a dans le système. Même si au départ il n'y a pas de lumière entre les miroirs, juste sous vide, la lumière apparaît parce que le miroir transforme le vide quantique en particules.
Cela est censé se produire parce que le vide au niveau quantique est comme une mer de paires de particules qui sont constamment émettent et absorbant la lumière. Ils le font à des vitesses incroyables, mais si le miroir se déplace aussi vite trop certaines de ces particules sont réfléchies par le miroir avant de disparaître et peut être observé. Mais la mise en place d'un tel système a été difficile.
En 2011, cette difficulté a été contournée dans l'expérience menée par Per Delsing à l'Université de technologie Chalmers en Suède. Dans ce cas, les miroirs étaient différents. Ils étaient des champs magnétiques à l'intérieur d'un périphérique Superconducting Quantum interférométrique (SQUID), mais ils se comportaient exactement comme des miroirs, ce qui rend la lumière rebondir avant et en arrière. Contrairement miroirs physiques, ces champs magnétiques pourraient être déplacés à des vitesses incroyables.
Einstein l'habitude de penser des horloges que la lumière des allers-retours entre les miroirs. Le temps peut être déduit de la distance entre les miroirs, divisée par la vitesse de la lumière, qui reste constante, peu importe quoi. Mais il n'a jamais pensé à particules créées par le mouvement, une prédiction qui a été fait de nombreuses années après sa mort.
Miroirs relativistes
Dans des travaux récents, avec des collègues de l'Université de Nottingham, Chalmers University et de l’Université de Varsovie, nous avons pris l' inspiration de l'expérience de 2011. Nous proposons d'utiliser une configuration similaire pour tester les différents aspects du paradoxe des jumeaux en utilisant un système physique, qui n'a pas été testé jusqu'à présent. Bien que ce ne sera pas impliquer des jumeaux humains, la possibilité d'atteindre des vitesses énormes et l’accélération permet l'observation de la dilatation du temps dans une très courte distance.
En outre, toutes les expériences précédentes qui ont testé la théorie ont impliqué des horloges atomiques, qui sont «point horloges» - qui sont, ce qui mesure le temps dans ces horloges atomiques est confiné à un petit point dans l'espace. Notre expérience serait plutôt utiliser quelque chose qui a une longueur finie. Ceci est important car, avec le temps, la théorie d'Einstein prédit que la longueur de l'objet change aussi. Nous croyons que notre expérience serait tester cet aspect de la théorie pour la première fois.
Nous avons trouvé que la création de particules en mouvement, ce qui a été observé en 2011, a un effet sur la différence de temps entre l'horloge qui se déplace et celui qui est statique. En utilisant cette configuration, alors que nous pouvons reconfirmer que la dilatation du temps se produit, l'application plus intéressante serait d'aider à construire de meilleures horloges quantiques, au moyen d'une meilleure compréhension de l'interaction entre quantique et effets relativistes.
