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  Illustration de l'influence d'une masse (ici, la Terre) sur l'espace-temps

En physique, l'espace-temps est une représentation mathématique de l'espace et du temps comme deux notions inséparables et s'influençant l'une l'autre, suite à l'apparition de la relativité restreinte et sa représentation géométrique qu'est l'espace de Minkowski, et dont l'importance a été renforcée par la relativité générale. Cette conception de l'espace et du temps est l'un des grands bouleversements survenus au début du XX^e siècle dans le domaine de la physique, mais aussi pour la philosophie.

  La notion d'espace-temps

Le continuum espace-temps comporte quatre dimensions : trois dimensions pour l'espace, x, y, et z, et une pour le temps, t. Afin de pouvoir les manipuler plus aisément, on s'arrange pour que ces quatre grandeurs soient homogènes à une distance en multipliant t par la constante c (vitesse de la lumière dans le vide).

Un événement se positionne dans le temps et l'espace par ses coordonnées ct, x, y, z qui dépendent toutes du référentiel. Il est très difficile de s'imaginer que le temps ne soit pas le même suivant le référentiel dans lequel on le mesure, mais c'est bien le cas : il n'est donc pas absolu. Il en va de même pour l'espace. La longueur d'un objet peut être différente selon le référentiel de mesure.

Dans l'état actuel des connaissances, seul l'espace-temps comme concept unifié, qui est mathématiquement un espace de Minkowski en relativité restreinte et un espace courbe quelconque en relativité générale, est invariant quel que soit le référentiel choisi, tandis que ses composantes d'espace et temps en sont des aspects qui dépendent du point de vue (référentiel).

Le rapport entre les mesures d'espace et temps donné par la constante universelle permet de décrire une distance d en termes de temps : d = ct avec t le temps nécessaire à la lumière pour parcourir d. Le Soleil est à 150 millions de kilomètres c'est-à-dire à 8 minutes-lumière de la Terre. En disant « minutes-lumière », on parle d'une mesure de temps multiplié par c, et on obtient une mesure de distance, dans ce cas-ci, des kilomètres. Autrement dit, c sert à convertir des unités de temps en unités de distance. Kilomètres et minutes-lumière sont donc deux unités de mesure de distance.

Ce qui unifie espace et temps dans une même équation, c'est que la mesure du temps peut être transformée en mesure de distance (en multipliant t, exprimé en unités de temps, par c), et t peut donc de ce fait, être associé aux trois autres coordonnées de distance dans une équation où toutes les mesures sont en unités de distance. En ce sens on pourrait dire que le temps, c'est de l'espace ! (ou plutôt un mouvement, dans l'espace)

Cependant John Wheeler tient à rappeler que le temps et l'espace ont de grandes différences de nature, ne sont pas complètement identifiables et ne se transforment que partiellement l'un en l'autre dans un changement de repère.

Il est à noter que la notion d'espace-temps intéresse grandement les philosophes, comme Prigogine, Stengers, Bergson, Kant^[1],[2],…

  Histoire du concept

La culture inca ne distingue pas l'espace et le temps; l'espace-temps est appelé pacha, en quechua et en aymara^[3],[4],[5].

  Références

  Voir aussi

  Articles connexes

• Univers
• Relativité générale
• Ligne d'univers

  Lien externe

• (fr) « Espace-temps relativistes  », par Édouard Kierlik, maître de conférences à l'université Pierre-et-Marie-Curie, sur le site du CNDP, cndp.fr

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