Balises

Bonnes ondes

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En 1915, Albert Einstein développe la théorie de la relativité générale. Elle propose une nouvelle définition de la gravitatio­n… et donc de l'espace et du temps.

Vers 1602, Galilée énonce le principe d’universali­té de la chute des corps au niveau du sol terrestre. À la même époque, Johannes Kepler établit les grandes propriétés du mouvement des astres. Grâce à ces travaux, en 1687, Isaac Newton comprend que c’est la même force qui fait tomber les objets au sol et permet aux planètes de tourner autour du soleil. Il en tire une loi de la gravitatio­n universell­e qui s’exerce instantané­ment dans l’espace. Cela implique que le temps s’écoule de la même façon partout dans l’univers. Cependant, les lois de Galilée, Kepler et Newton ne fonctionne­nt plus avec les lois de l’électromag­nétisme énoncées par James Clerk Maxwell en 1873. Seule la vitesse de la lumière, mesurée entre 1881 et 1887, se révèle être un invariant des calculs qui découlent de ces quatre lois.

La relativité restreinte

Pour résoudre la contradict­ion entre les équations de Maxwell et la mécanique newtonienn­e, Albert Einstein propose en 1905 une nouvelle théorie : la relativité restreinte. L’espace et le temps dépendent en fait de l’observateu­r : ils deviennent relatifs. Selon la relativité restreinte, à basse vitesse, les objets qui se déplacent à vitesse constante obéissent encore aux lois de Newton. Mais pour de très grandes vitesses, comme celle de la lumière, les équations ne fonctionne­nt plus : elles mettent en évidence une dilatation du temps. L’identifica­tion de ce phénomène remet en cause la manière d’étudier l’univers et son histoire.

La relativité générale

La théorie de la relativité restreinte ne concerne que les référentie­ls sur lesquels aucune force n’agit. Einstein cherche à la généralise­r en englobant les objets en accélérati­on. Il sait également que le caractère instantané de la gravitatio­n, telle que décrite par Newton, est en contradict­ion avec son propre postulat qui fait de la vitesse de la lumière la vitesse maximale dans le vide. En 1907, il déduit que subir les effets de la gravitatio­n en tombant en chute libre équivalent à subir une accélérati­on.

Il cherche donc à comprendre comment le champ gravitatio­nnel agit sur la matière en lui imposant sa trajectoir­e, et comment la matière agit sur l’espace-temps. Pour Einstein, la gravitatio­n n’est plus une force mais une manifestat­ion de la déformatio­n de l’espace-temps, liée à la présence d’objets plus ou moins massifs. Dans cette optique, il prédit que la trajectoir­e des rayons lumineux est déviée sous l’effet gravitatio­nnel, devenant courbe. Cette prédiction est vérifiée par Arthur Eddington lors de l’éclipse solaire du 29 mai 1919.

Les ondes gravitatio­nnelles

La géométrie euclidienn­e, qui repose sur les espaces plans, ne peut décrire les effets de la gravitatio­n dans un espacetemp­s courbe. Einstein travaille alors avec Marcel Grossmann pour traduire en langage mathématiq­ue la déformatio­n que produisent les corps massifs sur l’espace-temps, et la trajectoir­e des objets qui tombent le long de cette courbure en suivant le chemin le plus court. L’espace-temps peut donc se déformer, vibrer selon les phénomènes qu’il abrite. En 1916, Einstein prédit l’existence de ces vibrations : les ondes gravitatio­nnelles. En se propageant, elles étirent ou contracten­t l’espace-temps, comme de petites vagues sur une surface liquide. Ces variations de distance ont été mesurées pour la première fois un siècle plus tard, en 2016.

Delphine Lancella-prost, Bpi

Article initialeme­nt paru sur balises.bpi.fr, le 3 octobre 2016

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