Introduction

A quoi ressemble l'Univers très loin de la Terre ? Qu'est-ce que l'Univers ? L'Univers, c'est de l'espace qui évolue avec le temps, qui contient de la matière et qui est traversé par la lumière. Pour décrire le monde, l'homme a inventé ou découvert la géométrie. Elle peut décrire des espaces à 1, 2 ou 3 dimensions. Les dimensions sont le nombre de coordonnées qu'il faut pour indiquer la position d'un objet. Une ligne droite ou incurvée est un espace à une dimension, car il suffit d'un nombre, une seule cordonnée, pour indiquer la position d'un point sur cette ligne. Par exemple, le kilométrage le long d'une route : si on roule d'une ville à une autre en suivant l'autoroute, la seule valeur du nombre de kilomètres parcourus suffit à nous positionner sur celle-ci. Une surface est un espace à 2 dimensions. Par exemple, sur le plan d'une ville, il est fréquent de repérer les positions des rues avec un chiffre plus une lettre. Notre espace possède 3 dimensions car il est constitué de volumes. Par exemple, un rendez-vous dans un immeuble devra en plus préciser le numéro de l'étage. Comment faire pour mesurer l'Univers ? Sur Terre, on peut tout mesurer en traçant des réseaux géométriques autour des objets. C'est ce que font les architectes, les géomètres et les cartographes. Pour cela, il a fallu concevoir une façon de mesurer la distance valable partout, comme le mètre. Par exemple, un mètre à Paris, si on le transporte, reste toujours un mètre à Londres, à Tokyo, à New-York ou dans n'importe quelle ville imaginaire. Peut-on imaginer un immense réseau qui se développerait dans tout l'espace, une sorte d'échafaudage cosmique qui engloberait et relirait entre elles les étoiles les plus éloignées ? On pourrait alors mesurer l'Univers ... sauf que pour mesurer des distances il faut partir d'un point fixe, une origine, un point 0. Le centre de la Terre tourne autour du Soleil. Le centre du Soleil, comme des milliards d'autres étoiles, se déplace dans notre galaxie. Et d'ailleurs, notre galaxie n'est pas fixe non plus, elle bouge par rapport aux autres galaxies. Rien n'est fixe dans l'Univers ! Tout se déplace par rapport à tout. Ca bouge de partout, dans tous les sens. L'Univers est en mouvement perpétuel et se dilate sans cesse. Au mieux, on peut construire un réseau de mesure autour de chaque étoile, mais on ne peut pas relier tous ces réseaux entre eux pour en faire un système unique. Les scientifiques ont toujours cherché l'unité du monde, et ont quand même réussi à trouver un étalon de mesure unique, valable partout : la lumière. Tout ce que nous voyons sur Terre et dans le ciel est transmis par les rayons lumineux qui viennent frapper notre rétine : ils y créent les images. Sans la lumière des étoiles, le ciel serait complètement noir et on ne saurait rien ou presque sur l'Univers. La lumière voyage à 300 000 km/s environ, et cette grande vitesse est donc tout à fait adaptée au gigantisme de l'Univers. On a démontré au XXe siècle, conformément à la théorie de l'électromagnétisme de Maxwell, que c'est une constante universelle, qui ne change jamais : elle parcourt toujours la même distance dans le même temps. Il est donc possible de mesurer les distances dans l'Univers avec de la lumière, ou plus précisément avec le temps qu'elle met à parcourir l'espace. On s'en sert comme étalon de mesure universel. L'année lumière a.l. est la distance qu'elle parcourt en un an. Par exemple, le Soleil est à 8 min lumière de la Terre : quand il se produit une éruption à sa surface, on ne la voit que 8 min plus tard. Quant-à la galaxie la plus proche de nous, Andromède, elle est à 2 millions a.l., donc son image a quitté Andromède il y a 2 millions d'années, avant même l'apparition des hommes sur Terre. En conclusion, grâce à la lumière, on a trouvé un système qui nous permet de mesurer l'espace, et cet espace on va donc le mesurer avec du temps. Le temps coule un peu comme l'eau d'un fleuve : il ne s'arrête jamais, et ne peut pas revenir en arrière. Il s'écoule toujours dans le même sens, du passé vers l'avenir. Il peut se mesurer de manière objective avec du mouvement. Une horloge, c'est tout simplement un mouvement régulier dans l'espace, qui rythme le temps. Et le mouvement, ce sont des objets qui changent de position. Ce sont de ces changements dans l'espace que résultent les notions de passé, de présent et de futur. On se sert donc de l'espace pour mesurer le temps ... mais on avait dit aussi qu'on mesurait l'espace avec du temps ! Les deux sont indissociables, on parle d'espace-temps. On peut se le représenter par une chronophotographie. Le temps est la 4e dimension. Pour en revenir à l'exemple du rendez-vous dans un immeuble, outre les indications de position, il faudra préciser l'heure de celui-ci. Un rendez-vous, ou événement, est un lieu dans notre espace à 3 dimensions, plus une date. Toutefois, à cause de la vitesse limitée de la lumière, on le perçoit toujours avec un certain retard, surtout si on se trouve loin. Rien de ce que nous observons nous est contemporain. De même, un observateur situé à 100 millions a.l. observerait que la Terre est peuplée de dinosaures. Par conséquent, toute mesure d'espace et de temps dépend de la position de l'observateur.

La notion de simultanéité en est affectée. Par exemple, une étoile située à 4 a.l. qui aurait explosé il y a 4 ans nous apparaîtra le faire en même temps qu'une étoile située à 40 a.l. qui aurait explosé il y a 40 ans. Se poser la question "que fait le robot Curiosity sur Mars en ce moment ?" ne peut avoir de réponse immédiate et n'a donc pas de sens. Ainsi la théorie de la relativité a été élaborée en 1905 afin de fournir une réponse négative à la question qui se posait à l'époque : "est-il possible de synchroniser les horloges qui se trouvent dans les différentes gares de l'Allemagne ?"