Le cube qui pivotait sans tourner
Imaginer un cube filant à presque la vitesse de la lumière relevait, il y a encore peu, de la pure expérience de pensée. Des chercheurs de l'université de technologie de Vienne viennent de la faire sortir du tableau noir pour l'installer dans leur laboratoire — et ce qu'ils ont vu ressemble, à première vue, à un défi lancé à Einstein lui-même.
Ce que promettait la relativité
La relativité restreinte fait une promesse simple en apparence : à très grande vitesse, le temps se dilate et les longueurs se contractent.
Un objet filant à 90 % de la vitesse de la lumière devrait, pour un observateur immobile, apparaître deux fois plus court que sa longueur réelle.
Par extension, tout ce qui se déplace à ces vitesses extrêmes devrait nous sembler écrasé dans le sens du mouvement une prédiction vérifiée mathématiquement depuis un siècle, mais jamais observée directement, faute de pouvoir accélérer un objet macroscopique à une fraction significative de la vitesse de la lumière.
L'intuition oubliée de Terrell et Penrose
Dans les années 1950, deux physiciens — l'Américain James Terrell et le Britannique Roger Penrose, futur Nobel pour ses travaux sur les trous noirs — avaient déjà nuancé cette image. Un cube relativiste ne se contente pas de rétrécir : il semble aussi changer de forme, voire pivoter, aux yeux d'un observateur extérieur.
L'explication tient à la lumière elle-même : les faces les plus éloignées du cube émettent leur lumière plus tôt que les faces proches, et celle-ci met plus de temps à nous parvenir.
Ce que l'œil capte n'est donc pas l'objet tel qu'il est à un instant donné, mais un montage de lumières parties à des instants différents — une rotation apparente, sans torsion réelle.
Un accélérateur de particules n'était pas nécessaire
Restait un obstacle de taille : selon Einstein toujours, plus un objet accélère, plus sa masse effective augmente, et plus il faut d'énergie pour continuer à l'accélérer. Envoyer un cube à 99 % de la vitesse de la lumière relève, littéralement, de la science-fiction.
Les physiciens viennois ont donc contourné le problème plutôt que de l'affronter : au lieu de faire courir l'objet, ils ont ralenti la lumière — ou plutôt, ils ont recréé les conditions d'un monde où la vitesse de la lumière serait bien plus faible qu'elle ne l'est réellement.
Leur dispositif : un cube et une sphère, éclairés par des flashs laser d'une brièveté vertigineuse de l'ordre de 300 pico-secondes et filmés par des caméras capables de capturer des millions d'images par seconde.
Un effet stroboscopique poussé à son extrême, qui leur a permis de simuler des vitesses comprises entre 80 % et 99,9 % de la vitesse de la lumière, publié dans la revue Communications Physics.
La géométrie retrouvée
Le résultat a confirmé, pour la première fois en laboratoire, l'intuition de Terrell et Penrose : le cube est apparu déformé, la sphère semblait avoir tourné sur elle-même.
Une image que les chercheurs eux-mêmes disent avoir trouvée belle à voir apparaître — la géométrie théorique, soudain rendue visible sur un écran.
Einstein n'a pas eu tort — bien au contraire
Il serait tentant d'y lire une faille dans la relativité restreinte. C'est l'inverse qui s'est produit. L'objet est bel et bien raccourci, physiquement, dans le sens de son déplacement c'est la caméra, elle, qui ne restitue pas cette contraction directement, et qui traduit le décalage des trajets lumineux en une illusion de rotation.
Ce que la relativité annonce depuis un siècle, c'est précisément cela : il n'existe pas d'observation absolue, seulement des points de vue, et ce que l'on voit dépend toujours de la façon dont la lumière nous parvient.
L'expérience viennoise ne fissure pas la théorie d'Einstein : elle en révèle, une fois de plus, la beauté silencieuse.
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