Lien entre temps et température

[FBRG]

Bonjour,

 

Merci pour vos informations précieuses.

Je suis novice mais juste curieux, et j'ai une question peut être simpliste :

Si j'ai bien compris, les masses importantes dans l'univers "tordent" "influence" le "référentiel temps locale" par rapport au notre référentiel.

Dans le même ordre d'idée :

La température influence-t-elle le temps ?

 

C'est assez vertigineux d'imaginer que les températures extrêmes puissent "accélérer" le temps par rapport à notre référentiel espace/temps local (ou peut être le ralentir !?).

Et par extension, que c'est cette "accélération" qui nous fait percevoir ces températures extrêmes.

hum !  désolé je ne suis pas très clair.

Vous avez surement une réponse simple et accessible à un néophyte.

merci, merci,

[MKPanpan]

Bonjour, 

 

Il y a 2 heures, FBRG a dit :

La température influence-t-elle le temps ?

Oui, s'il fait plus chaud, il y a un risque plus important de précipitations, voire de tempête ou d'ouragan 😁

 

Trêve de plaisanterie, à ma connaissance, il n'y a pas de lien entre la température et la courbure de l'espace-temps.

La courbure de l'espace-temps est augmentée en effet par la présence d'une masse, même petite mais dans ce cas, la modification est infime.

 

La température est liée à un rayonnement, donc à la présence de photons. Elle peut se manifester par l'agitation thermique d'un ensemble de particules ayant une masse, par exemple d'un gaz. C'est notamment pour cela que chaque gaz plus ou moins chaud émet un rayonnement particulier, dont la couleur dominante permet de déduire la température.

Par exemple, la surface de notre Soleil émet une couleur à dominante jaune-vert (si on l'observe en dehors de notre atmosphère,) ce qui signifie que sa température de surface est d'environ 5500° K

['Bruno]

Le 22/08/2025 à 10:09, MKPanpan a dit :

La température est liée à un rayonnement, donc à la présence de photons. Elle peut se manifester par l'agitation thermique d'un ensemble de particules ayant une masse, par exemple d'un gaz.

Justement, une très très haute température se manifeste par une agitation intense des particules. Se peut-il que les particules atteignent des vitesses proches de la lumière ? Dans ce cas, leur temps propre serait différent du notre.

[Benoît]

Il y a 1 heure, 'Bruno a dit :

Justement, une très très haute température se manifeste par une agitation intense des particules. Se peut-il que les particules atteignent des vitesses proches de la lumière ? Dans ce cas, leur temps propre serait différent du notre.

 

Très intéressant sujet. On pourrait vérifier en chauffant un gas radioactif et en mesurant si la demi-vie de ces particules a changé selon notre référentiel. Évidemment c'est énormément plus facile à dire qu'à réaliser.

[michelB]

Sauf erreur, en relativité générale la structure locale de l'espace-temps est liée à la quantité d'énergie locale. Si la température locale croit peut etre que la quantité locale d'énergie croit également donc influence l espace-temps local. Corrigez moi si je me gourge !

[Fred_76]

La réponse est simple, pour un gaz relativiste on a (notations habituelles) :

avec :

 

 

Légende des symboles :

• Gμν : tenseur d’Einstein (courbure de l’espace‑temps)
• gμν : métrique
• Λ : constante cosmologique (énergie du vide)
• uμuν : quadri vecteur‑vitesse du fluide
• ρ : densité d’énergie (divisée par c², on parle parfois de densité de masse)
• p : pression
• n : densité de particules (m⁻³)
• m : masse d’une particule
• kB : constante de Boltzmann
• a : constante de rayonnement =7,5657×10−16 J.m^−3.K^−4
• T : température
• G : constante gravitationnelle
• c : célérité de la lumière dans le vide

 

CQFD

[rmor51]

En fait, la notion de temps est toute relative.

Passez une heure avec une jolie fille vous paraîtra bien court. Posez votre main quelques secondes sur une plaque brûlante vous paraîtra une éternité (Einstein).

La température influe bien sur le temps !😉

[MKPanpan]

Bonjour,

 

Je me permets de partager quelques réflexions après avoir cogité un peu plus le sujet 🤯

 

La question parlait d'une distorsion du temps (de l'espace-temps) dû à la présence d'une masse (importante ou non d'ailleurs.) Ceci est expliqué par la relativité générale.

 

@'Bruno Sur le sujet de la vitesse des particules dans le cadre d'une agitation thermique, c'est du domaine de la relativité restreinte, et non de la relativité générale. En effet, on pourrait observer une différence du temps propre entre la molécule considérée et l'observateur, mais  chaque particule se déplace dans une direction aléatoire et de plus dans des vitesses différentes (même s'il y a une vitesse moyenne et une vitesse la plus probable,) donc chacune d'entre elle possède un temps propre par rapport aux autres et à l'observateur extérieur.

 

@Benoît Sur l'expérience qui mesurerait la demi-vie de particules radioactive, à mon avis, ça serait un échec. La relativité restreinte nous apprend que la simultanéité d'un évènement dépend du référentiel. La demi-vie de l'U238 serait toujours de 4,5 milliards d'années, pour l'observateur comme pour l'atome même si la vitesse de déplacement de l'un par rapport à l'autre est proche de celle de la lumière. Les deux observeraient la désintégration de la moitié des particules au bout de 4,5 milliards d'années, mais selon leur temps propre, pas en même temps.

 

@Fred_76 Pour la formule d'un gaz relativiste, je ne la retrouve pas dans mes recherches et je ne suis pas assez calé sur le sujet pour la comprendre et l'interpréter, mais cela ressemble également à la relativité générale avec le tenseur d'Einstein, la constante cosmologique et la métrique. A mon avis, elle concerne donc un gaz pris dans un champ gravitationnel (par exemple la matière chauffée dans un disque d'accrétion d'un trou noir,) ce qui n'est pas, à mon sens, le sujet de la question.
Mais tu peux peut-être m'éclairer, ça m'intéresse.

 

Une petite réflexion sur la relativité restreinte et un gaz chaud 🔥
Admettons un observateur et un gaz qui présente une certaine agitation thermique. Si les deux sont au repos, on peut mesurer facilement la température du gaz, soit avec un thermomètre, soit en observant la couleur du gaz (théorie du corps noir) 🌡️
Si l'observateur et le gaz se déplacent l'un par rapport à l'autre à une certaine vitesse v, la relativité restreinte s'applique 👩‍🔬

Supposons que le déplacement entre les deux référentiels se fait le long de l'axe x, les particules composant le gaz se déplacent quant à elles le long des axes x, y et z. La transformation de Lorentz montrera que, du point de vue de l'observateur et lorsque v tend vers c, la vitesse de déplacement des particules au sein du gaz tend vers c le long de l'axe x, mais tend vers 0 le long des axes y et z 📉
Autrement dit, du point de vue de l'observateur, toutes les particules de gaz se déplaceraient dans la même direction et à la même vitesse, et donc il n'y a moins de collisions entre ces particules. La température du gaz du point de vue de l'observateur tendrait donc vers 0 ❄️
En relativité restreinte, la température d'un autre référentiel en mouvement par rapport à un observateur est toujours plus basse, au même titre que le temps propre est toujours ralenti dans l'autre référentiel. Et le principe de symétrie s'applique bien entendu 🪞

['Bruno]

il y a 18 minutes, MKPanpan a dit :

@'Bruno Sur le sujet de la vitesse des particules dans le cadre d'une agitation thermique, c'est du domaine de la relativité restreinte, et non de la relativité générale.

Oui, oui, c'était dans ce cadre que j'ai répondu.

[MKPanpan]

Oui, j'avais bien compris, c'est pour cela d'ailleurs que j'ai tenté de développé plus loin.

 

Je voulais juste préciser que l'auteur parlait de distorsion de l'espace-temps, et que cela concerne dans ce cas uniquement la relativité générale. La relativité restreinte montre que l'espace et le temps sont relatifs en fonction du référentiel, mais il n'y a pas pour autant de changement de la géométrie de l'espace-temps comme dans le cas de la présence d'un champ gravitationnel. C'est la mesure entre 2 référentiels galiléens qui diffère et il y a donc là une symétrie, alors qu'en relativité générale il n'y a pas de symétrie, le tissu espace-temps est déformé localement.

[sixela]

il y a une heure, MKPanpan a dit :

la relativité générale avec le tenseur d'Einstein, la constante cosmologique et la métrique.

Le nom complet de ce tenseur est tenseur de courbure de Ricci-Einstein. Donc il y a bien un lien direct avec la question originale.

 

Comme tu vois, la courbure de l'espace-temps due à la masse du gaz est bien là dans la formule (la masse du gaz déforme en elle-même l'espace-temps, même sans devoir avoir un trou noir dans les environs), mais certains autres termes ont en effet une dépendance sur la température.

 

Entre parenthèses, il ne faut pas toujours une masse pour déformer l'espace-temps, de l'"énergie pure" suffit.

 

Voir: https://fr.wikipedia.org/wiki/Kugelblitz_(astrophysique)

[Bien que la plupart des physiciens pensent qu'un Kugelblitz est impossible à créer dans une théorie quantique conforme aux expériences, mais on sort alors du cadre de la relativité générale.]

Modifié 12 septembre 2025 par sixela

[MKPanpan]

D'accord. Mais du coup, est-ce que la courbure de l'espace-temps est due à la masse de gaz ou à sa température ?🤔

Autrement dit, est-ce que, pour une même masse de gaz et une température différente, la courbure de l'espace-temps change ?

 

Merci pour le Kugelblitz (ce n'est pas une patisserie ? 😁) je ne connaissais pas. Ça reste théorique a priori, mais si on part de E=mc², ça parait logique.

Par contre j'ajouterai qu'un milieu d'énergie pure n'a pas de température. Il faut y placer de la matière pour avoir la température, soit un matériau qui s'échaufferait dont les particules s'agiterait et dont on mesurerait la vitesse, soit un thermomètre (ce qui revient au même en fait.) Si les photons sont libres, ils ne communiquent pas d'énergie et ne chauffent rien.

Donc un Kugelblitz n'a pas de température tant qu'on ne la mesure pas 🤯

Modifié 12 septembre 2025 par MKPanpan

['Bruno]

Je pense que vous ne devriez pas parler d'énergie pure, c'est trompeur. Les lecteurs vont s'imaginer que c'est un objet de l'univers, alors que c'est une grandeur du modèle (un nombre). L'énergie, c'est toujours l'énergie de quelque chose. Ce n'est pas l'énergie qui est concentrée, c'est ce quelque chose – et il possède une énergie. Là, en l'occurrence, c'est la radiation.

[sixela]

En effet, c’était mal exprimé, je voulais dire “énergie sans masse".

 

Pour ce qui est de la question si c’est la masse du gas ou sa température: il y a une formule ci-dessus avec plusieurs termes.
 

C’est comme demander si dans le résultat a+b le résultat est dû à a ou à b.

 

Il y a 18 heures, MKPanpan a dit :

Autrement dit, est-ce que, pour une même masse de gaz et une température différente, la courbure de l'espace-temps change ?

Voir formule. Oui.

Modifié 13 septembre 2025 par sixela

[Thaluin]

Raisonnement au plus simple est ce qu'on a un volume constant dans les hypothèses de départ? Parce que sinon un gaz plus chaud se dilate, il est moins dense, donc il va moins courber l'espace temps localement.

[FBRG]

Merci pour toutes ces réponses qui sont un peu compliqués pour moi, désolé de mon ignorance.

Je reformule plus simplement ma question :

Si on place 2 horloges atomiques synchronisées, une dans un congélo à -100° et l’autre à +100°, vont-elles à terme, se désynchroniser ? et laquelle aura de “l’avance” sur l’autre ? (On est placé dans un même référentiel espace temps, genre dans un labo sur terre en prenant garde à ne pas abimer ces précieux outils ;-).

[Thaluin]

En tant que physicien, j'avoue j'aime beaucoup ta question, vraiment. A vérifier mais j'ai souvenir que les horloges atomiques fonctionnent à des températures fixées,...donc pas possible ! La question inverse se pose alors. Mais on part vite sur de des trucs compliqués, thermodynamique relativiste... Entropie des trous noirs... Si ça te branche tu peut chercher des trucs de vulgarisation sur stephen Hawking il a Bossé beaucoup la dessus. Il est arrivé notamment sur une relation qui décrit le rayonnement des trous noirs, qui explique comment ceux ci pourraient s'évaporer ! L'équation à l'élégance de reprendre toutes les constantes fondamentales de la physique : k la constante de Stephan Boltzmann de la thermodynamique, h la constante de Planck de la quantique, c la vitesse de la lumière, g la constante de la gravitation....

Si Tu trouves des éclairages sur ta question ça m'intéresse !

[Thaluin]

Après deux trois recherches, En fait la réponse est la sous mes yeux: en relativité générale, l'énergie et la masse sont équivalents (E=mc2, ....) , ils courbent l'espace temps tous les deux, il ya plus d'énergie dans un gaz chaud qu'un gaz froid. Donc quand il fait chaud, l'espace se courbe, le temps passe plus lentement que pour un observateur extérieur au four (après faut des millions de degrés pour que ça soit significatif, cf: une grosse étoile !)

 

 

[FBRG]

Ha oui !  génial ... donc la "température"(l'énergie) a le même effet sur l'espace temps que la masse ! Incroyable !

Notre soleil est très massif et très chaud .... son "temps" doit surement s'écouler très lentement par rapport à notre référentiel terrestre !!!

merci, 😉  cela ne me sert à rien, pourtant j'éprouve comme une certaine joie à apprendre ça.... mais là on est dans l'irrationnel.

[FBRG]

C’est vertigineux….  la lumière de notre soleil met paraît-il environ 7mn à nous parvenir avec notre référentiel temps.

Mais si on intègre le fait que notre soleil est très massif et très chaud, sa lumière (avec une vitesse finie et stable d’après Planck) met en réalité beaucoup plus de temps à venir jusqu’à nous.

Genre, elle s’accélère en apparence pour notre référentiel temps avec pourtant sa même vitesse propre !!! C’est dingue

[MKPanpan]

Bonjour,

 

J'ai potassé un peu le sujet aussi depuis septembre.

 

La Relativité Générale, comme dit plus haut, lie le tenseur de Ricci-Einstein et le tenseur énergie-impulsion. Le premier va représenter la courbure de l'espace-temps, le second le contenu de cet espace., donc l'énergie du milieu (dont l'énergie de masse E=mc².)

La température va faire parti de l'énergie totale du contenu de cet espace (par exemple la température d'un gaz représente l'agitation de ces particules,) mais n'est pas la seule contribution de cette énergie totale.

 

Si l'on considère un gaz avec une densité plutôt faible (comme le plasma d'une étoile,) même si la température est importante, l'énergie totale reste faible car diluée. Pour notre Soleil par exemple, sa température donne une énergie dont l'équivalent en masse est inférieure à celle d'un électron (environ 1 keV.) 

La contribution de la température à la courbure de l'espace-temps au niveau de notre Soleil est beaucoup (de plusieurs ordres de grandeur) plus faible que la contribution de sa masse. C'est donc négligeable.

 

Pour donner un autre exemple, on peut atteindre dans un accélérateur de particules des températures de l'ordre de 10¹² K, soit 100.000 fois plus élevées que dans le Soleil. Et pourtant, on n'y a pas encore créé de trou noir. C'est parce que la quantité de particules accélérées dans ce milieu est extrêmement faible.

 

A l'inverse, si l'on remonte aux premiers instants de l'Univers, où la densité de masse est énorme ainsi que la température, il est possible que la contribution de la température à la courbure de l'espace-temps soit significative. 

 

Il vaut mieux donc parler d'énergie et non pas de température, car on peut avoir la même température pour un milieu très peu dense et un autre milieu extrêmement dense si les particules de ces milieux se déplacent en moyenne à la même vitesse.