Sophie Adenot reviendra de l’ISS légèrement plus jeune que si elle était restée sur Terre, et il y a une explication physique à cela

Chaque seconde, des milliers de particules appelées muons traversent notre corps sans que nous en ayons conscience. Ces muons sont produits lorsque des rayons cosmiques – principalement des protons en provenance de l’espace – entrent en collision avec les atomes d’azote et d’oxygène présents dans la haute atmosphère terrestre, entre 15 et 20 kilomètres d’altitude. Ces collisions génèrent des pions chargés, des particules instables qui se désintègrent presque instantanément en muons. Ces derniers sont eux-mêmes instables et devraient se désintégrer en moyenne après 2,2 microsecondes, une durée si courte qu’ils ne devraient parcourir que 660 mètres à la vitesse de la lumière. Pourtant, ils parviennent jusqu’au sol, ce qui semble paradoxal. Ce phénomène s’explique par un effet de la physique moderne, comme nous allons le voir.

Le principe de relativité a été formulé pour la première fois par Galilée au XVIIe siècle. Il stipule que les lois de la physique sont identiques dans tous les référentiels en mouvement uniforme. Par exemple, si vous réalisez une expérience dans un train se déplaçant à vitesse constante, vous ne pourrez pas déterminer si le train est en mouvement ou à l’arrêt, tant que le train ne freine pas ou n’accélère pas. Ce principe a été approfondi par Einstein en 1905 avec la théorie de la relativité restreinte. Contrairement à l’idée d’un temps absolu et universel, Einstein a montré que le temps s’écoule différemment selon la vitesse à laquelle on se déplace. Chaque observateur possède son propre temps propre, lié à son référentiel. Ainsi, le temps n’est plus une grille rigide et immuable, mais une dimension relative de l’espace-temps.

En 1911, le physicien Paul Langevin a popularisé une conséquence troublante de la relativité d’Einstein : le paradoxe des jumeaux. Imaginons deux jumeaux, Alice et Bob. Alice part dans un vaisseau spatial se déplaçant à 99 % de la vitesse de la lumière vers Proxima du Centaure, située à 4 années-lumière de la Terre. Pour Bob resté sur Terre, le voyage dure 8 ans. En revanche, en raison de la dilatation du temps, Alice ne vieillit que de 1,143 an (soit environ 13 mois et 22 jours) pendant son voyage. À son retour, elle est donc plus jeune que Bob de 6 ans et 10 mois. Ce paradoxe illustre comment la vitesse modifie l’écoulement du temps, un effet qui semble contre-intuitif mais qui a été confirmé par de nombreuses expériences.

L’astronaute française Sophie Adenot, qui séjournera dans la Station spatiale internationale (ISS), ne se déplacera pas à une vitesse proche de celle de la lumière, mais sa vitesse de 27 600 km/h reste suffisante pour observer un effet relativiste. Après plusieurs mois passés dans l’espace, elle reviendra sur Terre légèrement plus jeune que si elle était restée au sol. L’écart sera de 6 millisecondes, une durée imperceptible à l’échelle humaine, mais mesurable avec des instruments précis. Par exemple, lors des Jeux olympiques de Paris 2024, la finale du 100 mètres hommes s’est jouée sur une différence de 5 millisecondes entre le vainqueur et le deuxième. Ainsi, même à des vitesses modestes comparées à celles d’Alice dans le paradoxe des jumeaux, la relativité a un effet tangible, bien que minuscule.