En observant les appels de baleines près du Massachusetts, l’océanographe John Spiesberger remarqua que le logiciel qu’il utilisait enregistrait des vitesses pour les appels de baleine supérieures à la vitesse du son qui se propage dans l’eau de mer. Spiesberger, de l’Université de Pennsylvanie, pensa d’abord qu’il y avait quelque chose qui clochait dans son programme. Après tout, si le logiciel n’était pas en cause, cela voudrait dire que ces appels de baleine « brisaient » la physique.
Il s’avéra qu’il n’y avait rien de mauvais dans son codage, ni aucune violation des lois de la physique: ce qu’il observait allait même au-delà de cela. Les vitesses exceptionnelles semblaient provenir d’un effet physique dû à l’hydrophone qui recevait non seulement l’onde directe mais aussi son écho, réfléchi par la surface de l’océan. Pris ensemble, ces signaux donnent l’impression que les appels de baleine deviennent supersoniques; en réalité, le phénomène observé est un effet d’interférence des ondes, une découverte inattendue prédite par la théorie de la relativité restreinte d’Einstein.
« La plupart d’entre nous n’entendent pas un appel de baleine et ne pensent pas : “Wow, regardez la théorie spéciale de la relativité en action” », a déclaré Spiesberger, qui a récemment publié ses résultats avec son coauteur Eugene Terray, de l’institution Woods Hole Oceanographic, dans Physical Review E. Dans une présentation universitaire sur la recherche, Spiesberger a ajouté qu’il « n’aurait jamais deviné qu’un lien existait ».
Plus étrange que la fiction
La plupart des physiciens conviennent que la relativité générale et la relativité restreinte reflètent certains des plus importants et des plus influents apports d’Einstein. La relativité restreinte explique la relation entre l’espace, le temps, la masse et l’énergie (c’est aussi là que naît l’emblématique équation E=mc2). Dans le vide, la vitesse de la lumière est la même pour tout observateur. Mais cela dépend du cadre de référence de l’observateur. Par exemple, une baleine et un humain qui nagent sont soumis aux mêmes lois physiques, mais comme ils se déplacent à des vitesses différentes, leurs deux « cadres » éprouvent l’espace et le temps de manières légèrement différentes.
Pour donner un exemple plus concret, les dispositifs GPS dépendent d’un réseau de satellites équipés d’horloges atomiques pour suivre précisément les positions. Mais ces satellites filent autour de l’orbite terrestre à des vitesses vertigineuses, ce qui signifie qu’ils — par rapport au temps que nous expérimentons — « ticken » environ 7 microsecondes de plus chaque jour. Les horloges atomiques des satellites doivent donc soustraire 7 microsecondes quotidiennement pour rester en cohérence avec le temps que nous vivons à la surface.
Retour vers les baleines
Selon Spiesberger, les océanographes dépendent des hydrophones pour traquer les baleines. Ces appareils permettent aux scientifiques de repérer des baleines à partir de 62 miles (100 kilomètres) sous l’eau. Lorsque l’hydrophone capte des appels qui voyagent loin, les chercheurs peuvent alors « les employer pour déterminer où se trouve l’animal en comparant le moment où son son atteint des récepteurs disséminés sur le fond marin », a expliqué Spiesberger.
Mais les sons se brouillent lorsque la baleine se situe physiquement plus près de la surface. En premier lieu, un appel de baleine n’est pas une vague unique et nette qui rebondit sur le récepteur de l’hydrophone. Cela signifie que le microphone capte une partie du son, tandis que d’autres parties de l’onde sonore peuvent emprunter d’autres trajets et atteindre l’appareil avec un léger retard.
Quand cela se produit inévitablement, les deux ondes peuvent s’interférer et « faire avancer le temps d’arrivée du signal combiné au lieu d’en modifier simplement l’amplitude », selon la colonne Synopsis du papier. En d’autres termes, pour l’observateur, il paraît que les appels de baleine sont devenus supersoniques.
Aux yeux de l’observateur
Mais là encore, cela n’est valable que par rapport à l’observateur. Aucune loi physique n’a été violée, et comme l’explique Spiesberger, ce qui « semble » s’accélérer n’est pas le signal lui-même, mais la « position du pic le plus fort » enregistré par l’instrument. Cela dit, les auteurs notent dans l’article qu’il demeure nécessaire de vérifier expérimentalement que ce qu’ils ont observé représente une nouvelle manifestation de la relativité restreinte dans l’acoustique sous-marine.
À ce titre, les deux chercheurs concluent en décrivant des expériences potentielles. Spiesberger a exprimé son intention de reproduire la version « acoustique » de ses observations; si cela fonctionne, il pourrait même être possible de reproduire l’effet avec la lumière plutôt qu’avec le son.
