Le paradoxe de Langevin.
Sémantique
Logique
Infini
Mesure
Probas
Nombres
Physique
Ce paradoxe s'inscrit dans le cadre de la théorie de la relativité d'A. Einstein. Selon la relativité, même restreinte, le temps n'est pas absolu. Chaque mobile M emporte son temps avec lui. Et ce temps, pour on observateur O demeurant au repos dans un référentiel inertiel, s'écoule plus lentement (d'un facteur γ = 1/(1 − v2/c2)1/2 si v est la vitesse de M). Ceci a suggéré au physicien Paul Langevin le paradoxe suivant (1911). Soient deux jumeaux dont le premier reste sur Terre et le second entreprend un voyage dans une fusée rapide. À son retour sur terre, le jumeau voyageur aura vu le temps s'écouler moins vite que son frère terrien et il sera plus jeune.
Ce paradoxe se situe à deux niveaux. On peut être surpris que deux jumeaux se retrouvent à des âges différents. Ce n'en est pas moins une conséquence inéluctable de la relativité elle-même, qui a été amplement confirmée par l'expérience depuis sa formulation. Notamment, le ralentissement des fréquences a été observé grâce à des horloges au césium embarquées sur des avions rapides (Hafele et Keating 1971).
Mais le problème de Langevin soulève une autre objection. Puisque l'immobilité absolue n'existe pas (il est impossible de distinguer deux référentiels inertiels), comment fait-on la différence entre le statut de deux jumeaux ? Ne peut-on considérer que le repère de référence est attaché à celui qui est à bord de la fusée, et que c'est son frère terrien qui voyage par rapport à lui ? On pourrait donc complètement inverser le point de vue en échangeant leurs rôles... alors ? Pour expliquer la différence, il faut prendre en considération le mouvement non uniforme du jumeau voyageur. L'asymétrie provient des accélérations subies par celui-ci, qui sont assurément différentes de celles de son frère terrien (car il doit faire demi-tour ! Il lui est impossible de demeurer dans un référentiel inertiel). Ces accélérations engendrent aussi un décalage des fréquences. On ne peut calculer cet effet grâce à la relativité restreinte (cantonnée aux mouvements uniformes), mais bien dans le cadre de la relativité générale. Cela confirme la première intuition : le jumeau voyageur est plus jeune en revenant.
Moralité : faites de l'exercice, bougez vite, vous vivrez plus longtemps (à défaut de vivre plus vieux).
Laissons à Victor Hugo le mot de la fin en ce qui concerne les paradoxes :
"Les paradoxes-vérité ont une certaine clarté charmante et bizarre qui illumine les esprits justes et qui égare les esprits faux."