Le logo de l’Année mondiale de la physique fait d’abord penser au sablier, symbole de l’écoulement du temps (c’est un sablier - ou une montre - qui vous fait patienter lorsqu’une nouvelle page tarde à apparaître sur votre écran d’ordinateur …). Ce logo évoque aussi le « cône de lumière » de la théorie de la relativité. Ce cône délimite, de façon imagée, les différentes régions de l’espace-temps (l’avenir se situe par exemple dans le demi-cône supérieur).
- La mécanique n’est pas sans limites, la physique prend le relais
- Peut-on être encore plus précis ? Les horloges atomiques !
- Atteindre une telle précision, est-ce utile ? Le GPS
- En revenant vers Jules Verne
Peut-on être encore plus précis ? Oui, et même beaucoup plus avec les horloges atomiques !
Le quartz n’est pas parfait : ses vibrations sont sensibles à la température, par exemple. Mais les physiciens du début du XXe siècle ont ouvert d’autres pistes. Einstein, en particulier, publie en 1905 plusieurs articles qui feront date dans l’histoire de la physique (l’Année Mondiale de la Physique, cette année, en célèbre le centième anniversaire). Il montre notamment que la lumière est constituée d’éléments ou « grains » de lumière appelés « photons ». En quelques années, la compréhension des propriétés de la matière et des atomes qui la constituent progresse considérablement. On commence ainsi à établir, avec le danois Niels Bohr, un modèle de la structure atomique selon lequel l’énergie des atomes n’est pas quelconque mais a des valeurs bien définies : on les appelle « niveaux d’énergie ». Quel rapport avec la mesure du temps ? Lorsque les atomes passent d’un niveau d’énergie à un autre ils produisent une lumière dont les caractéristiques sont extrêmement bien définies, bien mieux que celles des vibrations du quartz ! On peut donc synchroniser les vibrations du quartz avec celles de la lumière pour augmenter la précision. La même année, Einstein établit les bases de la théorie de la relativité et montre que le temps et l’espace sont intimement liés, bien plus encore que dans le « problème des longitudes » évoqué précédemment !
La seconde ne cesse d’évoluer…
En 1967, ce sont les atomes de césium qui ont été choisis comme référence, au niveau mondial, pour construire des horloges atomiques permettant d’atteindre des précisions fabuleuses : on peut mesurer le millionième de milliardième de seconde ! On a même redéfini la seconde à partir des horloges atomiques. Ce n’est plus une fraction de la durée du jour solaire moyen (1/86 400) ; elle est maintenant égale à 9 192 631 770 fois la période d’une des vibrations lumineuses qu’émettent les atomes de césium (plus précisément l’isotope 133Cs).