{"id":3007,"date":"2017-11-10T16:22:33","date_gmt":"2017-11-10T15:22:33","guid":{"rendered":"http:\/\/imaginedemain.fr\/?p=3007"},"modified":"2017-11-10T16:22:33","modified_gmt":"2017-11-10T15:22:33","slug":"de-galilee-a-einstein-theorie-de-relativite","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/imaginedemain.fr\/index.php\/2017\/11\/10\/de-galilee-a-einstein-theorie-de-relativite\/","title":{"rendered":"De Galil\u00e9e \u00e0 Einstein, la th\u00e9orie de la relativit\u00e9"},"content":{"rendered":"
La relativit\u00e9, c\u2019est simple quand on y r\u00e9fl\u00e9chit<\/em><\/strong><\/h6>\n

La relativit\u00e9\u00a0! Le mot est l\u00e2ch\u00e9, il impressionne ou il d\u00e9courage, il s\u00e9duit ou il intrigue. On en a tous entendu parler, mais on n\u2019y comprend positivement rien. Qu\u2019est-ce qui est relatif?<\/p>\n

Galil\u00e9e, Newton, Poincar\u00e9, Einstein, pour ne citer que les plus embl\u00e9matiques, une gageure de s\u2019y retrouver dans ce panth\u00e9on de g\u00e9nies qui ont \u00e9labor\u00e9 les th\u00e9ories de la relativit\u00e9.<\/p>\n

Mais on a de bonnes raisons de s\u2019y int\u00e9resser, car ces th\u00e9ories de la relativit\u00e9 ne font rien moins que de d\u00e9crire et d\u2019expliquer la plus grande part de notre environnement, l\u2019espace et le temps dans lequel nous baignons, mais aussi les mouvements, les forces qui nous animent et nous entourent, l\u00e0, juste autour de nous et jusqu\u2019aux confins de l\u2019univers primordial, loin derri\u00e8re la vitre du ciel et du temps qui passe .<\/p>\n

Comprendre la relativit\u00e9 c\u2019est un voyage, \u00e7a se pr\u00e9pare, \u00e7a se savoure, \u00e7a demande du temps \u2026<\/p>\n

Je ne dirai pas que les choses sont simples, d\u2019ailleurs je suis bien loin de tout comprendre. Mais j\u2019en ai saisi quelques \u00e9l\u00e9ments, sans avoir recours aux \u00e9quations. On partage\u00a0?<\/p>\n

Dans l\u2019espace il n\u2019existe pas de rep\u00e8re absolu<\/em><\/h6>\n

Commen\u00e7ons par constater que tout est en mouvement! M\u00eame si nous nous tenons dans un fauteuil, ou calfeutr\u00e9s au fond de notre lit, en ayant la sensation d\u2019\u00eatre immobiles, nous sommes en r\u00e9alit\u00e9 emport\u00e9s dans un mouvement \u00e0 tr\u00e8s grande vitesse. La terre qui nous porte tourne sur elle-m\u00eame comme une toupie, et, en plus, elle \u00a0se d\u00e9place autour du soleil. Le soleil lui-m\u00eame tourne autour du centre de notre galaxie, la Voie Lact\u00e9e. Et notre galaxie se d\u00e9place \u00e0 son tour par rapport aux autres galaxies. Enfin l\u2019univers ne cesse de s\u2019\u00e9tendre.<\/p>\n

Donc nous bougeons, \u00e0 tr\u00e8s grande vitesse, et pas du tout en ligne droite! Avec nous tout bouge! Il n\u2019y aucun objet de l\u2019univers qui ne soit pas en mouvement. Dans ces conditions il n\u2019est pas facile de d\u00e9crire les mouvements, puisque tout bouge en m\u00eame temps, le grand bazar quoi! Pour le dire d\u2019une fa\u00e7on plus \u00e9l\u00e9gante, il n\u2019existe aucun rep\u00e8re immobile, absolu, incontestable, auquel on puisse rapporter tous les mouvements. Rien n\u2019est au centre, il n\u2019y a pas de centre du monde, pas m\u00eame nous-m\u00eames!<\/p>\n

Le m\u00e9rite de Galil\u00e9e c\u2019est d\u2019avoir introduit un peu d\u2019ordre dans tous ces mouvements. Il constata qu\u2019une bille tombait exactement de la m\u00eame mani\u00e8re, qu\u2019elle soit l\u00e2ch\u00e9e sur le pont d\u2019un bateau qui avance, ou qu\u2019elle soit l\u00e2ch\u00e9e sur le quai immobile dont il est parti. Dans les deux cas la bille tombe \u00e0 la verticale. Autrement dit, pour celui qui l\u00e2che la bille dans le bateau, le mouvement du bateau ne compte pour rien! S\u2019il l\u00e2che (b\u00eatement) un poids de 10 kilogrammes, celui-ci lui tombe douloureusement sur les pieds.<\/p>\n

Le terme de \u00ab\u00a0relativit\u00e9<\/em>\u00a0\u00bb signifie simplement qu\u2019un mouvement ne peut se d\u00e9finir que\u00a0 relativement \u00e0 un rep\u00e8re arbitrairement choisi, donc le bateau, ou alors le quai, ou la place de l\u2019Etoile, ou le march\u00e9 de Tombouctou, etc. Sur le bateau la bille tombe \u00e0 la verticale relativement au bateau, sur le quai la bille tombe \u00e0 la verticale relativement au quai.<\/p>\n

Cette constatation peut para\u00eetre banale, mais si on avait pos\u00e9 la question avant d\u2019y r\u00e9pondre, beaucoup auraient pr\u00e9dit que la bille ne tomberait pas \u00e0 la verticale sur le pont du bateau qui avance, mais selon une courbe plus ou moins arrondie vers l\u2019avant du bateau. Et bien non! C\u2019est seulement pour l\u2019observateur qui serait rest\u00e9 sur le quai qui, dans ses jumelles, verra la bille d\u00e9crire une courbe.<\/p>\n

Donc si la chute de la bille est la m\u00eame quand elle est l\u00e2ch\u00e9e et vue sur le bateau \u00e0 allure constante, ou quand elle est l\u00e2ch\u00e9e et vue sur le quai immobile, c\u2019est donc que les lois de la m\u00e9canique s\u2019appliquent de la m\u00eame fa\u00e7on dans\u00a0 tous les syst\u00e8mes en mouvement uniforme les uns par rapport aux autres.<\/p>\n

Relativit\u00e9 ou invariance\u00a0?<\/em><\/h6>\n

C\u2019est ce principe qu\u2019on nomma bien apr\u00e8s Galil\u00e9e le \u00ab\u00a0principe de relativit\u00e9 galil\u00e9enne<\/em>\u00a0\u00bb. Le terme de \u00ab\u00a0relativit\u00e9<\/em>\u00a0\u00bb peut cependant embrouiller davantage qu\u2019il n\u2019\u00e9claire. Ce sont les mouvements qui sont relatifs aux rep\u00e8res d\u2019o\u00f9 on les observe. Mais a contrario il serait tout aussi\u00a0 justifi\u00e9 de d\u00e9signer ce principe par \u00ab\u00a0principe d\u2019invariance\u00a0galil\u00e9enne<\/em>\u00bb, pour souligner que les lois de la m\u00e9canique s\u2019appliquent de la m\u00eame fa\u00e7on dans tous les rep\u00e8res en mouvement uniforme. Mais l\u2019histoire des mots et des concepts est plus chaotique que logique, le pr\u00e9sent \u00e9clairant toujours le pass\u00e9 d\u2019une lumi\u00e8re nouvelle.<\/p>\n

Par ses r\u00e9flexions sur le mouvement, et l\u2019\u00e9laboration de son principe de relativit\u00e9, Galil\u00e9e nous avait fait franchir une fameuse \u00e9tape! Il donnait un cadre \u00e0 l\u2019\u00e9tude des mouvements, quel que soit l\u2019endroit d\u2019o\u00f9 on les observe.<\/p>\n

Pour m\u00e9moire Galil\u00e9e mit aussi au point la premi\u00e8re lunette d\u2019observation astronomique v\u00e9ritablement performante. Il mit alors en \u00e9vidence l\u2019existence de satellites tournant autour de Jupiter. Avec cette observation Galil\u00e9e d\u00e9montra la justesse de la th\u00e8se de Copernic selon laquelle la terre tournait autour du soleil, et non pas l\u2019inverse. Cette th\u00e8se \u00e9tait contraire aux th\u00e9ories anciennes, particuli\u00e8rement celle d\u2019Aristote, selon laquelle notre Terre \u00e9tait le centre de l\u2019Univers, le soleil et tous les objets c\u00e9lestes tournant selon lui autour d\u2019elle. Galil\u00e9e d\u00e9veloppa ses vues en 1632 dans un ouvrage\u00a0 devenu culte pour tous les scientifiques\u00a0: \u00ab\u00a0Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo\u201d.<\/em><\/strong><\/p>\n

Galil\u00e9e fut un g\u00e9nie absolu. Mais comme ses id\u00e9es d\u00e9plaisaient \u00e0 l\u2019\u00e9glise, qui avait assis son dogme cosmologique sur la th\u00e9orie d\u2019Aristote, Galil\u00e9e fut contraint d\u2019abjurer toutes ses th\u00e9ories pour \u00e9viter le b\u00fbcher\u2026 auquel le malheureux Giordano Bruno n\u2019avait pas \u00e9chapp\u00e9 en 1600 pour avoir d\u00e9velopp\u00e9 les m\u00eames id\u00e9es.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Isaac Newton s\u2019engouffra dans la physique de Galil\u00e9e, et la prolongea d\u2019une fa\u00e7on spectaculaire en proposant la loi d\u2019attraction universelle, les relations entre forces et mouvements, etc. Newton fut pour une large part \u00e0 l\u2019origine de la r\u00e9volution industrielle, bas\u00e9e sur des \u00e9quipements et des machines con\u00e7ues \u00e0 partir de la m\u00e9canique newtonienne.<\/p>\n

La relativit\u00e9 restreinte remet en cause le temps absolu <\/em><\/h6>\n

Galil\u00e9e avait d\u00e9fait la belle id\u00e9e d\u2019un espace parfaitement ordonn\u00e9 autour d\u2019un rep\u00e8re unique et absolu. Avec sa relativit\u00e9 restreinte<\/em>, th\u00e9orie publi\u00e9e en 1905, Einstein d\u00e9fit \u00e0 son tour l’illusion d\u2019un temps universel, identique partout et pour tous!<\/p>\n

Cette th\u00e9orie fut qualifi\u00e9e de restreinte car elle ne traitait pas encore des effets de la gravitation sur le temps et l\u2019espace, ce qui serait fait avec la th\u00e9orie de la relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale, publi\u00e9e dix ans plus tard en 1915.<\/p>\n

La th\u00e9orie de la relativit\u00e9 restreinte<\/em> consacre le fait que le temps n\u2019est pas une donn\u00e9e absolue, unique pour tous. Bien au contraire le temps d\u00e9pend du point o\u00f9 on le mesure, en particulier de la vitesse relative des points o\u00f9 on le mesure. Ainsi le temps s\u2019\u00e9coule plus lentement pour le passager d\u2019un avion en mouvement, que pour la personne qui l\u2019attend au sol. Plus on va vite, et plus le temps ralentit!<\/p>\n

Ce constat surprend, tant nous sommes englu\u00e9s dans l\u2019id\u00e9e d\u2019un temps universel absolu, tel que le per\u00e7oivent nos sens limit\u00e9s. Mais cet \u00e9cart de temps est totalement v\u00e9rifi\u00e9 d\u00e8s lors qu\u2019on munit le passager de l\u2019avion et la personne au sol de montres ultra-pr\u00e9cises, plus pr\u00e9cis\u00e9ment d\u2019horloges atomiques. Si ces horloges marquent bien la m\u00eame heure au d\u00e9collage, elles diff\u00e8rent \u00e0 l\u2019atterrissage. La diff\u00e9rence est absolument ind\u00e9tectable pour nos montres ordinaires, et c\u2019est pourquoi nous ne ratons pas nos rendez-vous, mais cette diff\u00e9rence existe.<\/p>\n

L\u2019\u00e9cart des temps devient sensible si la vitesse devient tr\u00e8s importante, comme par exemple pour les satellites du r\u00e9seau GPS qui se d\u00e9placent en orbite autour de la terre \u00e0 pr\u00e8s de 14000km\/h. En 24 heures le temps \u00e9coul\u00e9 dans le satellite et le temps \u00e9coul\u00e9 sur la terre s\u2019\u00e9cartent d\u00e9j\u00e0 de 6 microsecondes, ce qui conduirait \u00e0 une erreur de positionnement de 2000 m\u00e8tres si l\u2019on ignorait cet \u00e9cart! Il faut donc tenir compte du d\u00e9calage des temps mesur\u00e9s dans le satellite et au sol pour d\u00e9terminer une position GPS suffisamment pr\u00e9cise. Sans la th\u00e9orie de la relativit\u00e9 restreinte, le positionnement pr\u00e9cis par GPS serait impossible.<\/p>\n

De la m\u00eame fa\u00e7on que le temps est relatif \u00e0 la vitesse de l\u2019horloge qui le mesure, la relativit\u00e9 restreinte montre que les distances dans l\u2019espace sont aussi une affaire de point de vue, relatives \u00e0 la vitesse des objets et des observateurs en mouvement. Ainsi le temps et l\u2019espace que nos sens et notre intuition nous font penser stables et absolus, vus de fa\u00e7on identique par tout le monde, d\u00e9pendent en r\u00e9alit\u00e9 du point, n\u00e9cessairement en mouvement, o\u00f9 l\u2019on est plac\u00e9.<\/p>\n

A contrario, une chose reste absolument constante dans notre environnement, c\u2019est la vitesse de la lumi\u00e8re. Que l\u2019on s\u2019\u00e9loigne ou que l\u2019on se rapproche d\u2019une source lumineuse, m\u00eame \u00e0 bord d\u2019un avion supersonique, sa lumi\u00e8re arrive sur nous toujours \u00e0 la m\u00eame vitesse de 300000 kilom\u00e8tres par seconde. Notre propre vitesse ne s\u2019ajoute ni ne se retranche jamais de la vitesse de la lumi\u00e8re. La vitesse de la lumi\u00e8re est une constante universelle.<\/p>\n

Ces constats ont conduit physiciens et math\u00e9maticiens \u00e0 reconsid\u00e9rer la g\u00e9om\u00e9trie. Avant la relativit\u00e9 restreinte on pensait que l\u2019on pouvait compl\u00e8tement d\u00e9crire les ph\u00e9nom\u00e8nes physiques au sein de l\u2019espace \u00e0 trois dimensions (par exemple le sol de notre lieu, plus la verticale de ce lieu) et du temps universel mesur\u00e9 par une horloge. Dans cette repr\u00e9sentation la distance entre deux points, assimilable \u00e0 une longueur \u00e9tait constante, comme la dur\u00e9e entre deux \u00e9v\u00e9nements, d\u2019o\u00f9 que l\u2019on mesure cette distance ou\u00a0 ce temps.<\/p>\n

Mais la variabilit\u00e9 du temps et des distances, l\u2019invariance de la vitesse de la lumi\u00e8re, ont impos\u00e9 une nouvelle g\u00e9om\u00e9trie, la chrono-g\u00e9om\u00e9trie, qui d\u00e9crit les ph\u00e9nom\u00e8nes physiques au sein d\u2019un espace-temps \u00e0 quatre dimensions, trois d\u2019espace et une de temps. Les points de cet espace-temps, notre univers, sont des \u00e9v\u00e9nements d\u00e9finis par une cordonn\u00e9e de temps et trois coordonn\u00e9es d\u2019espace. La distance entre deux \u00e9v\u00e9nements y est une combinaison d\u2019espace et de temps.<\/p>\n

Dans cette g\u00e9om\u00e9trie de l\u2019espace-temps \u00e0 quatre dimensions, on y d\u00e9finit des figures d’allure po\u00e9tique. Par exemple la \u00ab\u00a0ligne d\u2019univers<\/em>\u00a0\u00bb d\u00e9signe la trajectoire parcourue par un objet en mouvement. Chacun d\u2019entre nous parcourt ainsi \u00e0 chaque instant un petit bout de sa propre ligne d\u2019univers. Les photons qui constituent la lumi\u00e8re ont aussi leurs lignes d\u2019univers, qui mises ensemble forment des \u00ab\u00a0c\u00f4nes de lumi\u00e8re<\/em>\u00a0\u00bb, \u00e0 l\u2019int\u00e9rieur desquels nous \u00e9voluons. La distance de notre espace usuel y devient naturellement la \u00ab\u00a0chrono-distance<\/em>\u00a0\u00bb, etc.<\/p>\n

La th\u00e9orie de la relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale<\/em><\/h6>\n

La th\u00e9orie de la relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale<\/em> d\u2019Einstein est aussi mal nomm\u00e9e, puisque ce n\u2019est pas tant la relativit\u00e9 qui est g\u00e9n\u00e9rale, mais la th\u00e9orie! Il faut comprendre qu\u2019en 1916 Einstein publia cette th\u00e9orie g\u00e9n\u00e9rale de la relativit\u00e9<\/em> car elle int\u00e9grait l\u2019effet de la gravitation, en pratique l\u2019effet de la masse et de l\u2019\u00e9nergie, sur l\u2019espace et le temps.<\/p>\n

Jusque l\u00e0, Galil\u00e9e, puis Einstein, avaient constat\u00e9 la relativit\u00e9 de l\u2019espace et du temps, mais sans fournir d\u2019explications sur les causes de cette relativit\u00e9. De la m\u00eame fa\u00e7on personne n\u2019avait encore expliqu\u00e9 pourquoi les plan\u00e8tes tournent ind\u00e9finiment autour du soleil, alors qu\u2019aucune corde ne les relie\u00a0\u00e0 celui-ci! Avec la th\u00e9orie g\u00e9n\u00e9rale de la relativit\u00e9<\/em>, Einstein d\u00e9veloppe un mod\u00e8le dans lequel la masse et l\u2019\u00e9nergie, et plus g\u00e9n\u00e9ralement la distribution de la mati\u00e8re dans l\u2019univers, sont \u00e0 l\u2019origine de l\u2019espace et du temps. Cette fois-ci la masse, donc la mati\u00e8re, l\u2019\u00e9nergie, l\u2019espace et le temps sont intimement imbriqu\u00e9s. Cons\u00e9quence, sans mati\u00e8re, il n\u2019y a ni espace, ni \u00a0temps! On ne peut pas parler de ce qu\u2019il y avait avant la mati\u00e8re, puisqu\u2019il n\u2019y avait pas de temps, donc pas d\u2019avant\u2026<\/p>\n

Nous voil\u00e0 entrain\u00e9s bien loin\u00a0! La th\u00e9orie g\u00e9n\u00e9rale de la relativit\u00e9 reste aujourd\u2019hui la seule th\u00e9orie, d\u00e9montr\u00e9e par de nombreuses preuves exp\u00e9rimentales, qui permette de mod\u00e9liser l\u2019histoire de l\u2019univers depuis ses origines. Cette discipline s\u2019appelle la cosmologie.<\/p>\n

Mais revenons \u00e0 la relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale elle-m\u00eame, et ses fondements. Einstein d\u00e8s son adolescence se posait des questions bizarres du genre \u00ab\u00a0que verrions-nous si nous chevauchions un rayon de lumi\u00e8re?<\/em>\u00a0\u00bb, autrement dit dans un bateau qui avance beaucoup plus vite que celui de Galil\u00e9e, \u00e0 300000 kilom\u00e8tres par seconde.<\/p>\n

Avec son esprit extraordinairement libre, d\u00e9barrass\u00e9 de toute croyance a priori, Einstein raisonnait au moyen \u00ab\u00a0d\u2019exp\u00e9riences de pens\u00e9e<\/em>\u00a0\u00bb. Par ce proc\u00e9d\u00e9 il s\u2019interrogea sur les sensations \u00e9prouv\u00e9es par le passager d\u2019un ascenseur. Quand l\u2019ascenseur commence \u00e0 s\u2019\u00e9lever, et alors qu\u2019il acc\u00e9l\u00e8re vers le haut, le passager a l\u2019impression que son propre poids augmente sous la pouss\u00e9e du plancher de l\u2019ascenseur. Puis, quand l\u2019ascenseur s\u2019\u00e9l\u00e8ve \u00e0 une vitesse stabilis\u00e9e, le passager ne ressent plus rien de particulier. S\u2019il n\u2019y avait pas les vibrations ou les bruits parasites, il ne se rendrait m\u00eame plus compte que l\u2019ascenseur est en mouvement! Enfin quand l\u2019ascenseur d\u00e9c\u00e9l\u00e8re pour s\u2019arr\u00eater \u00e0 l\u2019\u00e9tage, le passager se sent comme all\u00e9g\u00e9. Tous ceux qui ont eu l\u2019occasion de prendre des ascenseurs un peu rapides, comme par exemple dans les immeubles de la D\u00e9fense, ou dans un puits de mines, ont \u00e9prouv\u00e9 ces sensations.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Mais Einstein, lui, en d\u00e9duisit un principe d\u00e9coiffant\u00a0: le poids, la gravit\u00e9, ou la gravitation, tout cela c\u2019est la m\u00eame chose que l\u2019acc\u00e9l\u00e9ration. Pour m\u00e9moire, la loi de la gravitation exprime que tout se passe comme si les masses s\u2019attiraient entre elles, et explique ainsi que la terre tourne autour du soleil. Einstein pose alors le principe d\u2019\u00e9quivalence entre gravitation et acc\u00e9l\u00e9ration<\/em>. La force de gravitation agit exactement comme une acc\u00e9l\u00e9ration. Mon poids sur la terre est \u00e9quivalent \u00e0 la pouss\u00e9e que je recevrais dans un ascenseur tr\u00e8s \u00e9loign\u00e9 de la terre.<\/p>\n

D\u00e9viation de la lumi\u00e8re dans le vide<\/em><\/h6>\n

Einstein r\u00e9alisa alors une autre exp\u00e9rience de pens\u00e9e, toujours avec un ascenseur, mais cette fois avec de la lumi\u00e8re. Imaginons, dans un endroit tr\u00e8s \u00e9loign\u00e9 de la terre, un ascenseur en acc\u00e9l\u00e9ration vers le haut.<\/p>\n

Fixons un projecteur sur la paroi gauche de l\u2019ascenseur qui \u00e9claire en direction de la paroi droite. La lumi\u00e8re \u00e9mise va traverser de gauche \u00e0 droite la cabine \u00e0 grande vitesse, puis venir frapper la paroi de l\u2019ascenseur, apr\u00e8s un temps infinit\u00e9simal mais non nul.<\/p>\n

Le point d\u2019impact de la lumi\u00e8re \u00e0 droite va-t-il se trouver exactement en face du projecteur\u00a0? Et bien oui et non!<\/p>\n

Pour le passager situ\u00e9 dans l\u2019ascenseur, oui, parce qu\u2019il se d\u00e9place lui-m\u00eame avec l\u2019ascenseur,\u00a0 la lumi\u00e8re se propage pour lui en ligne droite \u00e0 l\u2019int\u00e9rieur de l\u2019ascenseur. Pour l\u2019observateur situ\u00e9 \u00e0 l\u2019ext\u00e9rieur \u00e0 l\u2019ascenseur, non, parce que pendant le temps que la lumi\u00e8re met \u00e0 traverser la cabine, la vitesse de l\u2019ascenseur a augment\u00e9 en raison de l\u2019acc\u00e9l\u00e9ration, si bien que le point d\u2019impact se trouve, vu de l\u2019ext\u00e9rieur, au-dessus\u00a0 du niveau du projecteur. Ainsi, vue de l\u2019ext\u00e9rieur, la lumi\u00e8re se trouve d\u00e9vi\u00e9e par l\u2019acc\u00e9l\u00e9ration, cette d\u00e9viation se produisant dans le sens de l\u2019acc\u00e9l\u00e9ration.<\/p>\n

Donc si l\u2019acc\u00e9l\u00e9ration d\u00e9vie la lumi\u00e8re, alors, en raison de l\u2019\u00e9quivalence entre acc\u00e9l\u00e9ration et gravitation, la gravitation d\u00e9vie aussi la lumi\u00e8re. Donc la masse \u00e0 l\u2019origine de la gravitation d\u00e9vie la lumi\u00e8re.<\/p>\n

Cette id\u00e9e extraordinaire vint \u00e0 Einstein alors qu\u2019il \u00e9tait tranquillement assis \u00e0 son bureau des brevets \u00e0 Berne. Il la qualifiera d\u2019id\u00e9e la plus heureuse qu\u2019il ait eue de sa vie. Bravo Einstein\u00a0! La lumi\u00e8re ne va pas toujours en ligne droite dans le vide. Encore une illusion d\u00e9truite!<\/p>\n

A ce stade d\u2019exp\u00e9rience de pens\u00e9e, l\u2019esprit d\u2019Einstein entra en \u00e9bullition. La gravitation est \u00e9quivalente \u00e0 l\u2019acc\u00e9l\u00e9ration, et la lumi\u00e8re ne va pas\u00a0 droit en pr\u00e9sence d\u2019une acc\u00e9l\u00e9ration, qu\u2019y-a-t-il derri\u00e8re tout cela? Einstein n\u2019\u00e9tait pas un physicien classique, qui pouvait se contenter de constater et de mettre en \u00e9quation, et seulement de dire comment les choses marchent. Einstein voulait \u00e9lucider le pourquoi du comment.<\/p>\n

Ce pourquoi il le trouva gr\u00e2ce \u00e0 ses amis dans les math\u00e9matiques. En physique Einstein \u00e9tait g\u00e9nial. En math\u00e9matiques Einstein \u00e9tait seulement excellent, mais il avait des amis g\u00e9niaux. Par exemple son ex-professeur de math\u00e9matiques, Minkowski, qui lui avait pourtant inflig\u00e9 de mauvaises notes, devint son meilleur guide quand il eut besoin de th\u00e9oriser l\u2019espace-temps \u00e0 quatre dimensions.<\/p>\n

Les math\u00e9matiques apport\u00e8rent \u00e0 Einstein une tr\u00e8s belle boite \u00e0 outils permettant d\u2019analyser et de d\u00e9crire les espaces courbes. La surface d\u2019un ballon constitue par exemple un espace courbe \u00e0 deux dimensions. On saisit bien que c\u2019est \u00ab\u00a0courbe\u00a0\u00bb et non pas \u00ab\u00a0plat\u00a0\u00bb, et il suffit de deux coordonn\u00e9es seulement pour y placer un point.<\/p>\n

La surface de la terre est un exemple d\u2019espace courbe \u00e0 deux dimensions, avec les deux coordonn\u00e9es que sont la latitude et la longitude, on sait o\u00f9 l\u2019on se trouve. A noter que tout d\u00e9placement \u00e0 la surface de la terre est courbe, puisque la surface de la terre est courbe. Le plat n\u2019y est aussi qu\u2019une illusion, plus exactement un manque de pr\u00e9cision de nos sens!<\/p>\n

Or les math\u00e9matiques n\u2019ont pas de limites et con\u00e7oivent des espaces \u00e0 autant de dimensions que l\u2019on veut bien.<\/p>\n

C\u2019est dans ces math\u00e9matiques qu\u2019Einstein piocha les espaces courbes \u00e0 quatre dimensions \u2026 La relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale propose que notre univers soit un espace courbe \u00e0 quatre dimensions, trois d\u2019espace et une de temps. Dans cet espace courbe tout objet en mouvement uniforme suit une courbe, puisque l\u2019espace est courbe! Une courbe de l\u2019espace-temps que l’on appelle une g\u00e9od\u00e9sique. La relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale propose aussi que la courbure de l\u2019espace temps soit locale et d\u00e9pende en chaque point de la masse et de l\u2019\u00e9nergie qui l\u2019environnent. Comme \u00e0 l\u2019\u00e9chelle locale de l\u2019univers la masse est r\u00e9partie de fa\u00e7on irr\u00e9guli\u00e8re, la courbure de l\u2019espace temps est aussi irr\u00e9guli\u00e8re. Plut\u00f4t que de se pr\u00e9senter comme un ensemble bien lisse, notre espace-temps est litt\u00e9ralement chiffonn\u00e9, avec des plis, des creux et des bosses.<\/p>\n

Preuves exp\u00e9rimentales de la relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale<\/em><\/h6>\n

Depuis un si\u00e8cle, toutes ces propositions sont confirm\u00e9es par les exp\u00e9riences et observations\u00a0!<\/p>\n

Pour la plus simple\u00a0: la terre tourne autour du soleil. La relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale explique que, comme le soleil est une masse tr\u00e8s importante, il courbe l\u2019espace autour de lui. La terre se d\u00e9place avec un mouvement anim\u00e9 d\u2019une vitesse uniforme, car aucune force ext\u00e9rieure ne s\u2019applique \u00e0 elle, mais dans l\u2019espace qui est courb\u00e9 par le soleil. Dans cet espace courb\u00e9 autour du soleil, la terre finit par en faire le tour en un an, en suivant ce qui se nomme une g\u00e9od\u00e9sique de l\u2019espace-temps.<\/p>\n

L\u2019image la plus fr\u00e9quemment utilis\u00e9e pour traduire ce mouvement de la terre est celle d\u2019une boule pos\u00e9e sur un drap tendu. La boule creuse le drap. Un lancer de la boule tangentiellement \u00e0 ce creux d\u00e9crira un cercle autour de la boule. C\u2019est ce que la terre fait autour du soleil.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

La relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale avait pr\u00e9dit la possibilit\u00e9 de lentilles gravitationnelles, r\u00e9sultant de la d\u00e9viation de la lumi\u00e8re par la masse. Une lentille optique en verre permet par sa forme bien \u00e9tudi\u00e9e de concentrer la lumi\u00e8re, car le verre d\u00e9vie les rayons lumineux. Une lentille gravitationnelle agit de la m\u00eame fa\u00e7on, mais c\u2019est la masse qui d\u00e9vie alors les rayons lumineux. Cette pr\u00e9diction fut confirm\u00e9e \u00e0 partir des ann\u00e9es 1970 quand la performance des t\u00e9lescopes permit de constater que les galaxies et les amas de galaxies, \u00e9normes concentrations de masse de milliers de milliards de soleils, d\u00e9viaient en effet la lumi\u00e8re qui nous arrive de galaxies encore plus lointaines situ\u00e9es derri\u00e8re ces amas, jusqu\u2019\u00e0 former des images grossies de ces galaxies.<\/p>\n

Plus r\u00e9cemment, en 2016, l\u2019existence d\u2019ondes gravitationnelles \u00e9galement pr\u00e9dites par la relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale, fut confirm\u00e9e par l\u2019observation. Les ondes gravitationnelles sont g\u00e9n\u00e9r\u00e9es par la d\u00e9formation de l\u2019espace-temps due \u00e0 la d\u00e9formation de la distribution de la masse. Des couples de trous noirs en rotation rapide sont par exemple \u00e0 l\u2019origine de telles d\u00e9formations. Concr\u00e8tement la distance entre deux points fixes sur la terre varie parce que notre espace-temps est d\u00e9form\u00e9 sous l\u2019influence de trous noirs en mouvement tr\u00e8s rapide au fin fond de l\u2019univers! Mais nous y sommes insensibles car ces variations sont \u00e0 une \u00e9chelle extr\u00eamement faible, de l\u2019ordre du milliardi\u00e8me de milliardi\u00e8me de milliardi\u00e8me de m\u00e8tre pour des objets \u00e9loign\u00e9s de quelques kilom\u00e8tres.<\/p>\n

Vers une th\u00e9orie de la relativit\u00e9 encore plus g\u00e9n\u00e9rale<\/em><\/h6>\n

M\u00eame si la th\u00e9orie g\u00e9n\u00e9rale de la relativit\u00e9 propos\u00e9e par Einstein reste aujourd\u2019hui encore la plus pertinente pour expliquer et pr\u00e9dire la physique de notre univers, y-compris de notre terre, il est certain qu\u2019elle sera un jour d\u00e9pass\u00e9e et englob\u00e9e par une th\u00e9orie encore plus g\u00e9n\u00e9rale permettant de rendre compte d\u2019observations encore inexpliqu\u00e9es. Dans cette physique de la relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale il est n\u00e9cessaire de pr\u00e9dire l\u2019existence de mati\u00e8re noire et d\u2019\u00e9nergie noire pour rendre compte de certaines observations comme la vitesse de rotation quasi uniforme des galaxies, or personne n\u2019a encore \u00ab\u00a0vu\u00a0\u00bb ces mati\u00e8re et \u00e9nergie noires! Voil\u00e0 le nouveau Graal des physiciens, qui conduira peut-\u00eatre \u00e0 une th\u00e9orie encore plus g\u00e9n\u00e9rale de la relativit\u00e9.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

La relativit\u00e9, c\u2019est simple quand on y r\u00e9fl\u00e9chit La relativit\u00e9\u00a0! Le mot est l\u00e2ch\u00e9, il impressionne ou il d\u00e9courage, il s\u00e9duit ou il intrigue. On en a tous entendu parler, mais on n\u2019y comprend positivement rien. Qu\u2019est-ce qui est relatif? 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