Des horloges laser en orbite testent Einstein express
Une pierre tombe dans un puits, et le plouf nous parvient avec un délai. Quelque chose d'analogue se produit avec la lumière lorsqu'elle s'éloigne de la Terre : ses oscillations se raréfient, le rayon semble « fatigué ». C'est le décalage vers le rouge gravitationnel — un phénomène dont Einstein parlait il y a un siècle. La masse de la planète ralentit le temps lui-même, et la lumière le ressent.
Aujourd'hui, cet effet a été mesuré avec une netteté inédite. Sur la station spatiale chinoise (CSS), la liaison laser CLT est opérationnelle. Elle envoie des impulsions ultra-courtes vers des horloges au sol et les capte au retour. Le délai et le décalage de fréquence permettent de calculer à quel point la gravité terrestre a déformé l'écoulement du temps. Le faisceau laser est ici plus pratique que les ondes radio : il ne se perd pas dans les couches supérieures de l'atmosphère et ne souffre pas de perturbations parasites. L'image est plus nette. Alors que les horloges optiques de la station sont encore en cours de réglage, les chercheurs ont pris les données réelles de l'orbite et ont simulé l'expérience. La précision de la vérification a atteint (1,8 ± 47) × 10⁻⁷ — environ dix fois mieux que ce qui avait été réalisé auparavant.
Les principales perturbations restent la troposphère agitée et le scintillement de l'air. Mais même avec cela, la méthode permet de détecter une différence de potentiel gravitationnel (une mesure de l'influence du champ de gravité sur le temps) de seulement 0,1 m²/s². En pratique, cela signifie que l'on peut mesurer la différence d'altitude entre l'Europe et l'Asie avec une précision centimétrique — simplement en suivant le tic-tac des horloges dans l'espace. Cette prouesse ne servira pas seulement aux physiciens, mais aussi aux géodésiens qui harmonisent les cartes d'altitude des différents continents.
Ainsi, un rayon cosmique envoyé depuis l'orbite se transforme en une sonde d'une finesse extrême pour vérifier les lois de l'univers. Et en même temps, en un pont entre les continents, construit non pas en acier, mais en lumière et en temps.
Le décalage vers le rouge gravitationnel a été mesuré pour la première fois en 1959 dans un laboratoire de Harvard, à l'aide d'une tour de 22 mètres de haut. La lumière « tombait » dans le champ de gravité terrestre, et sa fréquence changeait d'une fraction infime.
Dans le roman « Éternité » de Greg Bear, la liaison laser entre différentes époques permet de détecter les décalages temporels — presque comme dans cette expérience, mais à l'échelle de l'univers.