Histoire de la relativité générale

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Les premières idées pour intégrer la gravitation à la relativité datent de 1905, date où la relativité restreinte est née. Henri Poincaré, Albert Einstein et bien d'autres ont fait des propositions pour cela. En 1915, Einstein et David Hilbert publient chacun un article proposant l'actuelle théorie de la relativité générale.

L’âge d'or de la relativité générale (de l'anglais : Golden age of general relativity) ou la renaissance de la relativité générale[1] est une période s'étendant grossièrement de 1960 à 1980. À partir de 1955, la relativité générale a commencé à faire l'objet de très intenses recherches alors qu'elle avait jusque-là été occultée par le retentissement du développement de la mécanique quantique vers le milieu des années 1920[2]. Pendant cette période d'une vingtaine d'années sont apparus nombre de concepts et de termes qui continuent encore aujourd'hui d'inspirer l'imagination des chercheurs en gravitation et celle du grand public, dont les trous noirs et les singularités gravitationnelles. Au même moment, à l'occasion d'un développement étroitement lié, l'étude de la cosmologie physique s'est intégrée dans ce courant principal et le Big Bang a fait l'objet d'une reconnaissance généralisée.

Révolutions scientifiques[modifier | modifier le code]

Un grand nombre de révolutions scientifiques caractérisent l'âge d'or de la relativité générale. Tout d'abord, et le plus important, le Big Bang est devenu le modèle cosmologique de référence. D'autres révolutions scientifiques recouvraient un intérêt grandissant pour :

L'Âge d'Or vit l'apparition de la première théorie de la gravitation concurrente, la théorie de Brans et Dicke, et les premières expériences de précision des théories de la gravitation. Cette ère a vu également un grand nombre de découvertes étonnantes en astronomie observationnelle :

Historique[modifier | modifier le code]

1907 - 1915 : établissement de la théorie[modifier | modifier le code]

1915 - 1925[modifier | modifier le code]

Premières validations expérimentales[modifier | modifier le code]

En parallèle de la publication de sa théorie, Einstein s'est attaché à rechercher des phénomènes dont la relativité rendrait compte, mais pas la mécanique newtonienne. Il en dénombre trois :

  • un phénomène connu mais mal expliqué :
    • l'avance du périhélie de Mercure : Einstein trouve en 1915 par le calcul une valeur compatible avec les observations astronomiques[3];
  • deux phénomènes jusqu'alors inconnus :
    • la déviation des rayons lumineux passant près d'une étoile : une déviation de l'ordre de grandeur prédit est observée durant l'éclipse solaire de 1919 mais ces résultats sont accueillis avec circonspection[4];
    • un décalage vers le rouge des raies d'émission d'atomes identiques mais soumis à un champ de gravité différent : le phénomène est mis en évidence en 1925 en étudiant le spectre de la naine blanche Sirius B[5].

Ces trois tests constituent durant plusieurs décennies l'unique ancrage expérimental de la relativité générale.

Apport de Karl Schwarzschild[modifier | modifier le code]

Ayant lu l'article d'Einstein présentant l'équation de la relativité générale, Karl Schwarzschild entreprend de la résoudre dans le cas où toute la masse est concentrée dans une unique sphère, ce qui peut en première approximation s'appliquer au système solaire et donc permettre de calculer l'avance du périhélie de Mercure. La solution qu'il obtient semble présenter une singularité lorsque la sphère contenant la masse a un rayon plus petit qu'une longueur nommée depuis rayon de Schwarzschild[6]. Karl Schwarzschild meurt l'année suivante sur le front russe[6]. L'absence de singularité au niveau du rayon de Schwarzschild sera montrée bien plus tard, à la fin des années 50[7].

1925 - 1950 : traversée du désert[modifier | modifier le code]

L'engouement pour la relativité générale consécutif à l'éclipse de 1919 retombe durablement dès le début des années 1920 : alors qu'elle représente un peu plus de 2,5% des articles publiés dans le domaine de la physique en 1921, moins de 0,5% des articles publiés n'en traite dès 1929 et ce jusqu'en 1958[8].

Les années 1950[modifier | modifier le code]

Certains des principaux événements survenus pendant et autour de l'Âge d'Or sont :

Les années 1960-1964[modifier | modifier le code]

Les années 1965-1969[modifier | modifier le code]

Les années 1970[modifier | modifier le code]

La fin d'une ère[modifier | modifier le code]

Le terme de l'âge d'or de la relativité générale est situé à la fin des années 1970 avec la prédiction théorique de l'évaporation des trous noirs par Stephen Hawking (radiation d'Hawking). Cette découverte est parfois considérée comme ouvrant la perspective d'une « quantification » de la relativité générale, c'est-à-dire de son inclusion dans une théorie quantique plus large, bien que cela ne fasse pas consensus[2].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Clifford M. Will, La Renaissance de la relativité générale, dans Raymond A. Serway, Physique 3 Optique et physique moderne, De Boeck Université, 3e édition 1992, p. 362-375 books.google.com - Jean Eisenstaedt, Einstein et la relativité générale - Les chemins de l’espace-temps CNRS Éditions, 2002, 3 compte-rendu sur scienceshumaines.com.
  2. a et b (en) Julian B. Barbour, The End of Time: The Next Revolution in Physics, Oxford University Press US, , 384 p. (ISBN 9780195145922, lire en ligne), p. 165-166.
  3. Jean Eisenstaedt, Einstein et la relativité générale, France Paris, CNRS Éditions, , 345 p. (ISBN 9782271065353), chap. 7 (« La relativité vérifiée : l'anomalie de Mercure »). — Préface de Thibault Damour.
  4. Jean Eisenstaedt, Einstein et la relativité générale, (ISBN 9782271065353), chap. 8 (« La relativité vérifiée : la déviation des rayons lumineux »).
  5. Jean Eisenstaedt, Einstein et la relativité générale, , chap. 9 (« La relativité vérifiée : le déplacement des raies »).
  6. a et b Jean Eisenstaedt, Einstein et la relativité générale, (ISBN 9782271065353), chap. 12 (« Le refus des trous noirs »).
  7. Jean Eisenstaedt, Einstein et la relativité générale, (ISBN 9782271065353), chap. 13 (« Les chemins de l'espace-temps de Schwarzschild »).
  8. Jean Eisenstaedt, Einstein et la relativité générale, , 345 p. (ISBN 9782271065353), chap. 11 (« Une théorie mal aimée »).

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Dennis William Sciama, George Francis Rayner Ellis, Antonio Lanza et John Miller The renaissance of general relativity and cosmology: a survey to celebrate the 65th birthday of Dennis Sciama Cambridge University Press, 1993 extraits sur googlebooks
  • Jean Eisenstaedt, Einstein et la relativité générale, France Paris, CNRS Éditions, , 345 p. (ISBN 9782271065353). . — Préface de Thibault Damour.

Liens externes[modifier | modifier le code]