100 ans de théorie de la relativité générale: pensée et action

100 ans de théorie de la relativité générale: pensée et action

Il y a exactement 100 ans, le 25 novembre 1915, le physicien Albert Einstein, âgé de 36 ans, lut la quatrième et dernière conférence à l'Académie des sciences de Prusse sur sa nouvelle théorie générale de la relativité. L'idée non seulement a changé le concept de gravité, mais a également permis de repenser la perspective de l'humanité. Voici un aperçu de la théorie en pensée et en action.

Expérience avec ascenseur

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Einstein était connu pour ses expériences de pensée, qu’il faisait souvent défiler au cours des années. L'une des expériences les plus célèbres a commencé en 1907, quand Einstein réfléchit: si une personne se trouve à l'intérieur d'un ascenseur, peut-il dire s'il se trouve dans une chute libre gravitationnelle ou s'il est constamment accéléré? Einstein a décidé que les lois de la physique devraient être les mêmes dans les deux cas. L'équation mathématique, qu'il a tirée un peu plus tard, permet d'expliquer ce principe dit d'équivalence, qui assimile les effets de la gravité à une accélération de l'apesanteur. Cela devint la base de la théorie générale de la relativité.

Expérience avec éclipse

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L’éclipse solaire totale du 29 mai 1919 a donné aux astronomes l’occasion de tester la théorie de la relativité générale d’Einstein, prouvant que la gravité solaire plie sur un fond de lumière stellaire. L'effet a été observé lorsque la lumière du soleil était suffisamment faible pour que les étoiles deviennent visibles. L'astronome britannique Arthur Eddington a dirigé une expédition sur l'île de Principe, sur la côte ouest de l'Afrique, pour photographier une éclipse qui a duré près de sept minutes. L’image des étoiles dans la région autour du Soleil prouve que l’interprétation de la gravité donnée par Einstein surpasse le modèle newtonien vieux de 200 ans, qui interprète la gravité comme une force entre deux corps. Einstein voyait la gravité comme base et courbe dans l'espace et dans le temps.

Expansion de l'univers

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En 1917, Einstein a modifié sa théorie générale de la relativité en introduisant ce qu’il a appelé la «constante cosmologique» - une méthode mathématique permettant de résister à la gravité à l’échelle cosmologique et d’empêcher l’effondrement de l’Univers. À cette époque, les astronomes croyaient que la Voie Lactée était entourée d'un vide infini et statique. En 1923, Edwin Hubble et d’autres astronomes ont découvert les premières étoiles en dehors de la galaxie. En 1929, Hubble a soutenu que l’espace était en expansion. Einstein réalisa que la constante cosmologique était une erreur. Ou peut-être pas. En 1998, les scientifiques ont fait une découverte étonnante: l’extension de l’Univers est accélérée par la force anti-gravitationnelle, appelée «matière noire», qui agit comme la constante cosmologique d’Einstein.

La vue extrêmement profonde de Hubble illustrée ici montre environ 5 500 galaxies.

Trous noirs

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L’une des premières conséquences de la théorie générale de la relativité a été la prise de conscience que si un objet se rétrécissait assez fortement, il créerait un trou dans le tissu de l’espace-temps qui aurait trop de gravité, même pour les photons de lumière. Ainsi, l'idée de trous noirs était née. Bien que jusqu'à présent les astronomes n'aient pas été en mesure d'observer directement les trous noirs, nous pouvons les détecter en raison de la manière dont ils affectent les étoiles et les gaz à proximité. L’image ci-dessus montre la vue de l’artiste sur un trou noir appelé «Swan X-1», qui aspire la matière d’une étoile proche.

Ondes gravitationnelles

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Les scientifiques pensent que la gravité, telle qu’une ondulation dans un étang, est transmise par les vagues, déformant l’espace et le temps dans l’univers. Ceci est similaire au mouvement du rayonnement électromagnétique, qui se propage par les ondes. De plus, les ondes gravitationnelles déplacent le tissu de l'espace et du temps lui-même. Jusqu'à présent, les tentatives de recherche d'ondes gravitationnelles, provoquées par exemple par la collision de trous noirs, n'ont pas été couronnées de succès.

Ci-dessus, une représentation artistique de la fusion de galaxies qui provoquent des ondulations dans l’espace et dans le temps.

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