Karl Schwarzschild

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Karl Siegmund Schwarzschild, né à Francfort-sur-le-Main (Hesse-Nassau, Prusse, Allemagne) le , mort à Potsdam (Brandebourg, Prusse, Allemagne) le , est un astrophysicien allemand.

Biographie[modifier | modifier le code]

Karl Siegmund[1] Schwarzschild naît le [1],[2],[3] à Francfort-sur-le-Main[1],[2],[3]. Il est issu d'une illustre famille de confession juive de Francfort. Il est l'aîné de Moses Martin Schwarzschild (-)[4] et de son épouse, Henriette Francisca Sabel-Bechhold (-)[1]. Il a cinq frères — Alfred, Paul, Otto, Hermann et Robert[1] — et une sœur — Clara[1] — qui épousera son ami et confrère, l'astrophysicien suisse Robert Emden (-). Son fils Martin Schwarzschild fut un astrophysicien germano-américain émérite.

Sa curiosité pour les étoiles se manifesta dès ses premières années scolaires, lorsqu'il construisit un petit télescope. Témoin de cet intérêt, son père le présenta à un ami mathématicien qui avait un observatoire privé. Schwarszchild apprit à utiliser un télescope et étudia des mathématiques plus avancées qu'à l'école. Il devint célèbre dès l'âge de 16 ans pour sa théorie des orbites.

Le , Schwarzschild obtient son Abitur[5]. Le , il s'inscrit comme étudiant en astronomie à l'université Empereur-Guillaume de Strasbourg[6]. Ses travaux portent sur l'observation des étoiles variables et de Nova Aurigae[5]. Il prend également part à l'observation de l'éclipse lunaire totale du [5].

En , Schwarzschild se rend à Munich pour son service militaire[5]. Il sert un an dans l'artillerie de campagne[5]. En , il reste à Munich et reprend ses études d'astronomie à l'université Louis-et-Maximilien[5],[7]. Il publie deux articles sur les orbites des comètes[5]. Inspiré par l'interféromètre de Michelson, il construit un instrument qu'il utilise pour effectuer des mesures interférométriques d'étoiles doubles[5]. Le , il obtient son doctorat pour des travaux sur les théories de Henri Poincaré[5],[7]. En de la même année, il est engagé en tant qu'assistant à l'observatoire Kuffner d'Ottakring à Vienne[8]. Il se consacra principalement à la photométrie : il accomplit un travail de pionnier pour améliorer les plaques photographiques et implanter leur utilisation en astronomie, ainsi que dans l'étude spectrale des étoiles. Il développa en particulier une formule modélisant l'évolution de la sensibilité d'un matériau photosensible en fonction du temps d'exposition et de l'éclairement :

p est l'exposant de Schwarzschild, et vaut entre 0,6 et 0,7, ce qui représente le fait que plus une pellicule est exposée, moins elle est sensible.

De 1901 à 1909, il officia comme professeur au prestigieux institut de Göttingen, où il eut l'occasion de travailler avec des personnalités telles que David Hilbert et Hermann Minkowski. En , il est nommé directeur de l'Observatoire astrophysique de Potsdam[9].

Il énonça par ailleurs les lois du transport et de l'équilibre radiatif, du mouvement ellipsoïdal des étoiles et découvrit la pression de radiation. On lui doit également des travaux sur la structure atomique et les rayonnements associés dont il identifia la nature quantique.

Au début de la Première Guerre mondiale, Schwarzschild se porte volontaire pour s'enrôler dans l'armée[10]. Il est envoyé avec trois volontaires à Namur afin y installer une station météorologique[10]. Il reste à Namur jusqu'à fin [10]. Muté, à sa demande, dans l'artillerie, il est promu lieutenant d'artillerie[10]. Il est affecté d'abord en Argonne puis en Russie[10].

Il est le premier à avoir trouvé une solution aux équations gravitationnelles d'Einstein en 1916[11]. Avec la métrique de Schwarzschild, il démontra que dans les équations décrivant la gravitation d'une quantité de matière concentrée en un point, il apparaît une singularité à la distance du rayon de Schwarzschild du centre[11], qui n'est en fait qu'apparente, comme le montre la métrique de Kruskal-Szekeres[12].

Il est aussi le premier à avoir défini les lois d'interaction entre les champs magnétiques et la lumière, et à avoir décrit les phénomènes de courbure des rayons lumineux au voisinage de points gravitationnels, contribuant ainsi à fonder la théorie du trou noir (cf. Rayon de Schwarzschild) qui sera développée 50 ans après sa mort[11].

Engagé sur le front russe par l'armée allemande en tant qu'artilleur (il obtiendra le grade de lieutenant), il lut pour la première fois la formulation de la relativité générale d'Einstein dans l'édition de 25 novembre 1915 des Comptes rendus de l'Académie de Prusse. Aussitôt, il se mit à chercher les conséquences que pouvaient avoir ces lois sur la gravitation des étoiles. Comme il serait très compliqué mathématiquement d'analyser une étoile en rotation ou une étoile non-sphérique, Schwarzschild se limita aux étoiles sphériques qui ne tournent pas. Il s'intéressa d'abord à décrire mathématiquement l'extérieur de l'étoile, reléguant à plus tard leur étude interne. Quelques jours plus tard, il avait calculé, dans tous ses détails, à partir des équations d'Einstein, la courbure de l'espace-temps à l'extérieur de n'importe quelle étoile sphérique qui ne tourne pas. Le calcul était élégant, et la géométrie courbe qu'il prédisait, la géométrie de Schwarzschild, devait avoir un immense impact sur notre compréhension de l'Univers. Il envoya donc une lettre à Einstein lui décrivant ses calculs, qu'Einstein présenta au nom de celui-ci à l'Académie des sciences de Prusse le 13 janvier 1916[11]. Quelques semaines plus tard, Einstein présenta un second article de Schwarzschild : le calcul exact de la courbure à l'intérieur d'une étoile.

Schwarzschild meurt le [13],[14],[15] à l'hôpital[14] de Potsdam[15] des suites d'une maladie auto-immune[15]. Le , il est enterré au cimetière de Göttingen[15].

À peine quatre mois plus tard, le 19 juin, Einstein annonça la mort de Schwarzschild à l'Académie des sciences de Prusse, à la suite d'une maladie contractée sur le front russe[11].

Honneurs, distinctions et hommages[modifier | modifier le code]

En , Schwarzschild reçoit la médaille de la Société photographique de Vienne[16]. En , il participe à un concours sur le thème de la « détermination de la position astronomique d'un ballon » et reçoit, pour son « ballon-sextant », le prix du meilleur instrument[16] ; la même année, il devient associé de la Société royale d'astronomie de Londres[16]. En , il devient membre de l'Académie royale des sciences de Prusse à Berlin[16]. En , il devient membre honoraire de la Société philosophique de Cambridge[16] et docteur honoraire de l'université de Groningue[16].

Depuis , la Société astronomique allemande (en) (Astronomische Gesellschaft) décerne chaque année, la Médaille Karl Schwarzschild[17].

L'observatoire créé en 1960 à Tautenburg, près d'Iéna, en Thuringe, porte le nom d'observatoire Karl-Schwarzschild (Thüringer Landessternwarte (TLS) Karl-Schwarzschild-Observatorium).

L'astéroïde (837) Schwarzschilda, découvert par Max Wolf le , et un cratère lunaire ont été nommés en son honneur.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a b c d e et f Rapp 2017, chap. 1er, § 1, p. 3.
  2. a et b Linhard 2016, § 1.1.1, p. 3.
  3. a et b Reinsch et Wittmann 2017, préf., p. i.
  4. Rapp 2017, chap. 1er, § 1, p. 1.
  5. a b c d e f g h et i Voigt 1992, p. 4.
  6. Rapp 2017, chap. 1er, § 3, p. 7.
  7. a et b Rapp 2017, chap. 1er, § 3, p. 9.
  8. Rapp 2017, chap. 1er, § 5, p. 10.
  9. Rapp 2017, chap. 1er, § 8, p. 20.
  10. a b c d et e Rapp 2017, chap. 1er, § 9, p. 24.
  11. a b c d et e Jean Eisenstaedt, Einstein et la relativité générale, France Paris, CNRS Éditions, , 345 p. (ISBN 9782271065353), chap. 12 (« Le refus des trous noirs »). — Préface de Thibault Damour.
  12. Jean Eisenstaedt, Einstein et la relativité générale, (ISBN 9782271065353), chap. 13 (« Les chemins de l'espace-temps de Schwarzschild »).
  13. Herrmann 2017, chap. 3, § 6, p. 62.
  14. a et b Rapp 2017, chap. 1er, § 9, p. 25.
  15. a b c et d Wittmann 2017, chap. 2, § 8, p. 46.
  16. a b c d e et f Schwarzschild 1992a, p. 26.
  17. (en) Liste chronologique des récipiendaires de la médaille Karl-Schwarzschild sur le site officiel de la Société astronomique allemande (consulté le 8 juillet 2014)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Œuvres complètes[modifier | modifier le code]

Dictionnaires biographiques[modifier | modifier le code]

Nécrologies[modifier | modifier le code]

Autres[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

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