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Le bébé d'Einstein: comment la relativité s'est-elle maintenue au fil du temps?

Le bébé d'Einstein: comment la relativité s'est-elle maintenue au fil du temps?

Albert Einstein (1879 - 1955) est ce que vous pourriez appeler un "nom familier", et pour une bonne raison. Grâce aux immenses contributions qu'il a apportées à de multiples domaines scientifiques au cours de sa vie, le nom même d'Einstein est devenu synonyme de génie.

L'image du scientifique aux cheveux blancs à l'attitude décalée, c'est aussi à cause de lui. Même ceux qui ne connaissent pas bien la physique, la cosmologie ou la mécanique quantique sont susceptibles de reconnaître le terme de relativité (ou l'équation élégante E = mc²).

CONNEXES: LA THÉORIE D'EINSTEIN DE LA RELATIVITÉ GÉNÉRALE SE TERMINE POUR MAINTENANT

Cette théorie, qui a révolutionné notre compréhension de l'Univers, est sans doute la contribution la plus profonde et la plus durable d'Einstein. Et même si la relativité a été proposée il y a plus d'un siècle, elle est encore testée et vérifiée à ce jour. Mais d'abord, un peu de contexte ...

Ce qui est peut-être moins connu est le fait qu'Einstein n'a pas inventé le terme de relativité. Le mérite en revient à Galileo Galilee (1564-1642) qui a proposé le concept (aka. Invariance galiléenne) comme moyen de défendre le modèle héliocentrique de l'univers.

Navire de Galilée

Dans le cadre de sa promotion du modèle héliocentrique, Galileo a fait valoir que les lois du mouvement sont les mêmes dans tous les cadres inertiels. Ceci est devenu connu sous le nom de relativité galiléenne (ou invariance), qui se résume comme suit:

«[Tous] deux observateurs se déplaçant à vitesse et direction constantes l'un par rapport à l'autre obtiendront les mêmes résultats pour toutes les expériences mécaniques.»

Il a d'abord décrit ce principe dans son traité de 1632 Dialogue concernant les deux principaux systèmes mondiaux, qui était sa défense du modèle héliocentrique de Copernic. Pour illustrer, il a utilisé un exemple de navire voyageant à une vitesse constante sur une eau douce.

Pour un observateur sous le pont, pensa Galileo, il ne serait pas clair si le navire était en mouvement ou à l'arrêt. De plus, si la personne sur le pont lâchait une balle sur son pied, elle semblerait tomber tout droit (alors qu'en fait, elle se déplacerait vers l'avant avec le navire lorsqu'il est tombé).

Cet argument était un moyen de montrer comment la Terre pouvait se déplacer dans l'espace (c'est-à-dire en orbite autour du Soleil), mais les observateurs se tenant à sa surface n'en seraient pas immédiatement conscients.

De même, Galileo aurait également mené des expériences avec des corps qui tombaient où il lâchait des balles de masse différente de la tour penchée de Pise.

Bien que cette histoire soit considérée comme apocryphe, Galilée a observé que des objets de masses différentes tomberaient vers le sol à la même vitesse lorsqu'ils étaient libérés d'un point élevé.

Cela était contraire à la pensée conventionnelle (aristotélicienne) selon laquelle la vitesse à laquelle un objet tombait dépendait de sa masse. Galileo a également ajouté que les objets conserveraient leur vitesse à moins qu'une force externe ne l'empêche.

Ces observations continueraient à inspirer le polymathe britannique Isaac Newton, qui résumerait magnifiquement ces observations dans un système unique qui resterait une convention acceptée pendant des siècles (connue par la suite sous le nom de physique newtonienne).

Pomme de Newton

À la fin du XVIIe siècle, Sir Isaac Newton (1642 - 1726/27) utilisera ce principe et les observations de Galilée sur la gravité pour développer ses trois lois du mouvement et sa loi de la gravitation universelle. Les trois lois stipulent que:

  1. Un corps au repos restera au repos et un corps en mouvement restera en mouvement, à moins qu'il ne soit agi par une force externe déséquilibrée. C'est ce que l'on appelle autrement la loi d'inertie.
  2. La force est égale à la masse multipliée par l'accélération, exprimée mathématiquement par f (t) = m ⋅ a (t) - où f est la force, t est le temps, m est la masse et a est l'accélération.
  3. Pour chaque action dans la nature, il existe une réaction égale et opposée - par ex. si l'objet A exerce une force sur l'objet B, alors l'objet B exerce également une force égale sur l'objet A.

Les Trois Lois de Newton ont effectivement étendu la force de gravité au-delà de la Terre et ont fait valoir que la même force qui fait qu'une pomme tombe d'un arbre provoque également l'orbite de la Lune en orbite autour de la Terre et les planètes en orbite autour du Soleil.

La gravitation universelle, quant à elle, nous dit que chaque corps de l'Univers attire d'autres corps avec une force qui est directement proportionnelle au produit de leurs masses et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare.

Mathématiquement, cela est exprimé par F = G m1m2/ r², F est la force gravitationnelle entre deux objets, m1 et m2 sont les masses des objets, r est la distance qui les sépare, et g est la constante gravitationnelle.

Ces théories contenaient invariablement deux conclusions sur la nature de l'espace et du temps. Premièrement, un référentiel inertiel est un point de référence vers un «espace absolu». Deuxièmement, tous les cadres inertiels partagent un temps universel. En d'autres termes, le temps et l'espace sont absolus et séparés.

Ce n'est qu'à la fin du 19e / début du 20e siècle que la physique newtonienne se heurtera à de sérieux problèmes. Grâce à de nombreuses découvertes faites dans le domaine de la physique atomique et subatomique, la nature même de la matière et de l'énergie et du temps et de l'espace a été remise en question.

En fin de compte, c'est un physicien théoricien vivant en Suisse (et travaillant dans un bureau des brevets) qui proposera une théorie qui se révélera révolutionnaire. Ce n'était nul autre qu'Albert Einstein, dont la théorie de la relativité se divisait en deux parties.

Le premier, sa théorie de la relativité spéciale, portait sur l'électromagnétisme et le comportement de la lumière (par rapport à l'espace et au temps). Le second, la Relativité Générale, concernait les champs gravitationnels (par rapport à l'espace et au temps).

Relativité particulière

En 1905, Einstein a vécu ce qu'il a appelé son annus mirabilis ("année miracle") au cours de laquelle il a publié plusieurs articles révolutionnaires alors qu'il travaillait au bureau des brevets de Berne, en Suisse.

Avant cela, les scientifiques avaient été aux prises avec les incohérences qui existaient entre la physique newtonienne et les lois régissant l'électromagnétisme (une partie du domaine émergent de la mécanique quantique).

Celles-ci ont été caractérisées par les travaux des physiciens 19e / 20e James Clerk Maxwell (1831-1879) et Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928) - en particulier, les équations de Maxwell et la loi de la force de Lorentz.

Les équations de Maxwell sont un ensemble d'équations différentielles qui fournissent un modèle mathématique du comportement de l'électricité, du magnétisme et des phénomènes associés. Essentiellement, ils expriment comment les champs électriques et magnétiques fluctuants se propagent à une vitesse constante (c) dans le vide.

La force de Lorentz, quant à elle, décrit la force électromagnétique sur une particule chargée lorsqu'elle se déplace à travers un champ électrique et magnétique. Si ces domaines de recherche décrivaient avec précision le comportement des ondes électriques et magnétiques, ils n'étaient pas cohérents avec la physique newtonienne - qui était encore prédominante à l'époque.

Ces incohérences étaient particulièrement apparentes lorsqu'il s'agissait de la façon dont la lumière voyageait d'un point ou d'un autre. Au 19e siècle, les scientifiques avaient réussi à calculer la vitesse de la lumière sur la base d'expériences utilisant des ondes électromagnétiques.

Cela a conduit à la réalisation que la lumière était, en fait, une onde électromagnétique et se comportait de la même manière. Malheureusement, cela posait un certain nombre de problèmes théoriques. Comme tout autre type d'onde (ex. Son), les phénomènes auraient besoin d'un médium pour se propager.

À l'ouverture du 20e siècle, le consensus scientifique était que la lumière voyageait à travers un milieu en mouvement dans l'espace et était donc entraînée par ce milieu. Afin d'expliquer cela, les scientifiques ont postulé que l'espace était rempli d'un mystérieux "éther luminifère".

En bref, cela signifiait que la vitesse de la lumière - 299 792 458 m / s (300 000 km / s; 186 000 mps) - était la somme de sa vitesse à travers l'éther plus la vitesse de cet éther. En d'autres termes, la vitesse de la lumière (telle que mesurée) n'était pas absolue et dépendait du milieu qu'elle utilisait pour se propager.

Une conséquence de ceci était que soit l'éther lui-même serait traîné par la matière en mouvement, soit transporté avec elle. Malheureusement, cela n'était pas cohérent avec les résultats expérimentaux et présentait de nombreux problèmes théoriques.

Par exemple, l'expérience Fizeau Water Tube (1851) a mesuré la vitesse de la lumière lorsqu'elle se déplaçait dans l'eau. Si la théorie actuelle de la propagation de la lumière était correcte, l'expérience aurait montré une réduction notable de la vitesse.

Et tandis que les résultats ont montré que la lumière traversant un milieu était sujette à la traînée, l'effet n'était pas aussi important que prévu. D'autres expériences produites ont eu des résultats similaires, tels que l'hypothèse de la traînée éthérée partielle de Fresnel et les expériences de Sir George Stokes.

Cela a laissé les scientifiques se gratter la tête. En 1905, Einstein a abordé ces incohérences de ceci avec son article fondateur, "Sur l'électrodynamique des corps en mouvement " ("Zur Elektrodynamik bewegter Körper").

Dans ce document, Einstein a fait valoir que la vitesse de la lumière (c) dans le vide est constant, quel que soit le référentiel inertiel de la source ou de l'observateur. Ceci est venu pour être connu comme la théorie d'Einstein de la relativité spéciale, qui est souvent résumée par l'équation simple E = mc² (où E c'est de l'énergie, m est la masse, et c est la vitesse de la lumière).

Cette théorie renverserait des siècles d'orthodoxie scientifique et serait révolutionnaire en raison de sa simplicité et de la façon dont elle résoudrait les incohérences entre l'électromagnétisme et la mécanique classique.

D'une part, il a réconcilié les équations de Maxwell pour l'électricité et le magnétisme avec les lois de la mécanique newtonienne. Cela a également simplifié les calculs en supprimant les explications superflues et en rendant inutile l'existence d'un éther.

La théorie d'Einstein a également introduit l'idée qu'à mesure qu'un objet s'approchait de la vitesse de la lumière, des changements majeurs se produisaient en ce qui concerne l'espace-temps. Cela inclut la dilatation du temps, où la perception du temps pour l'observateur ralentit à mesure qu'il se rapproche c.

Tout cela servirait à renverser la mécanique classique. Alors que la pensée conventionnelle soutenait que la matière et l'énergie sont séparées, la théorie d'Einstein suggérait essentiellement que les deux étaient toutes deux des expressions de la même réalité.

En d'autres termes, on ne peut pas se déplacer dans l'espace sans se déplacer également dans le temps.

Relativité générale

Entre 1907 et 1915, Einstein a commencé à réfléchir à la manière dont sa théorie de la relativité spéciale pourrait être appliquée aux champs de gravité. C'était une autre pierre d'achoppement pour les scientifiques modernes, qui commençaient à remarquer que la loi de Newton sur la gravitation universelle avait des limites.

Ici aussi, des incohérences ont été constatées grâce aux percées dans le domaine de l'électromagnétisme. Par exemple, en 1865, James Clerk Maxwell a publié son ouvrage majeur, "Une théorie dynamique du champ électromagnétique ".

À la fin de cet article, il a fait les commentaires suivants sur la gravitation:

«Après avoir tracé à l'action du milieu environnant les attractions et répulsions magnétiques et électriques, et les avoir trouvées dépendant du carré inverse de la distance, nous sommes naturellement amenés à rechercher si l'attraction de la gravitation, qui suit la même loi de la distance, n'est pas également traçable à l'action d'un milieu environnant. "

Cependant, Maxwell a reconnu que cela soulevait un paradoxe. Fondamentalement, l'attraction de corps similaires signifierait que l'énergie du milieu environnant diminuerait en présence de ces milieux. Sans trouver une cause de gravitation, Maxwell a admis qu'il était incapable de résoudre cela.

En 1900 et 1905, Lorentz et le mathématicien Henri Poincaré ont théorisé que la gravitation pouvait être liée à la propagation de la lumière, ce qui faisait écho à ce qu'Einstein soutiendrait éventuellement avec sa théorie de la relativité générale.

En 1907, Einstein a publié le premier d'une série d'articles visant à résoudre ces problèmes. Intitulé "Sur le principe de relativité et les conclusions qui en découlent", Einstein a expliqué comment la règle de la relativité restreinte pourrait également s'appliquer à l'accélération.

C'est dans cet article qu'Einstein a proposé le principe d'équivalence, qui stipule que la masse gravitationnelle est identique à la masse inertielle. Pour illustrer, il a expliqué que l'accélération des corps vers le centre de la Terre à un taux de 1 g (g = 9,81 m / s2) équivaut à l'accélération d'un corps en mouvement inertiel qui serait observée sur une fusée en espace libre en cours d'accélération à une vitesse de 1g. Ainsi, la chute libre est en fait une inertie et l'observateur ne subit aucun champ gravitationnel en conséquence.

À cet égard, Einstein a fait valoir que l'espace et le temps - que la physique classique soutenait également séparés - étaient deux expressions de la même chose.

En 1911, Einstein développa son article de 1907 avec un nouveau papier intitulé «Sur l'influence de la gravitation sur la propagation de la lumière ". En cela, il a prédit qu'un objet qui accélérait loin d'une source de gravitation connaîtrait le temps plus rapidement que celui qui était assis immobile dans un champ gravitationnel immuable.

Ce phénomène est connu sous le nom de dilatation gravitationnelle du temps, où la perception du temps diffère en fonction de la distance de l'observateur par rapport à une masse gravitationnelle ou à une position dans un champ gravitationnel.

Dans le même article, il a prédit la flexion de la lumière dans un champ gravitationnel et le redshift gravitationnel (aka. Doppler shift). Le premier est une conséquence du principe d'équivalence, où le passage de la lumière est affecté par la courbure de l'espace-temps et sa déviation dépend de la masse du corps impliqué.

Ce dernier concerne la lumière quittant un corps massif (comme une étoile ou une galaxie lointaine) qui est ensuite décalée vers l'extrémité rouge du spectre en raison d'une perte d'énergie afin d'échapper aux champs gravitationnels (plus à ce sujet ci-dessous).

Ces arguments étaient particulièrement influents parce que (contrairement à ce qu'avançait Einstein en 1907) ils pouvaient être vérifiés par des observations astronomiques. Einstein continuerait à écrire plusieurs autres articles dans les années à venir, développant ses théories de la gravitation, et en 1915, ils ont commencé à être acceptés.

Depuis ce temps, la Relativité Générale a été confirmée par de multiples expériences et est devenue un élément central de l'astrophysique moderne. Il jouerait un rôle dans le développement des théories des trous noirs, de l'expansion cosmique, de l'énergie sombre et d'autres aspects de la cosmologie moderne.

Comment la relativité a-t-elle été testée (et confirmée)?

Réponse courte: Neuf façons de dimanche!

Longue réponse: Continuer à lire...

La Relativité Spéciale (SR) et la Relativité Générale (GR) ont été testées à plusieurs reprises au cours du siècle dernier et ont été confirmées encore et encore.

En fait, avant même qu'Einstein ne propose sa théorie de la RS, il y avait une base expérimentale pour cela (ce qui l'a finalement conduit à développer sa théorie). De plus, il n'a pas fallu longtemps aux scientifiques pour adopter ses théories pour faire d'autres percées.

Mais ce n'est vraiment que dans les décennies qui ont suivi la proposition de la relativité que les théories d'Einstein ont été si minutieusement vérifiées et testées. En fait, une grande partie de ce que les astronomes ont appris sur notre Univers depuis qu'Einstein a proposé SR et GR ont renforcé ses théories.

Précession du périhélie de Mercure

Pour commencer, GR a résolu un problème que les astronomes tentaient de résoudre depuis 1859, à savoir la nature curieuse de l'orbite de Mercure. Pendant des siècles, les astronomes se sont appuyés sur la mécanique newtonienne pour calculer l'orbite de Mercure autour du Soleil.

Bien que ces mécanismes puissent expliquer l'excentricité de l'orbite de la planète, ils ne pouvaient pas expliquer pourquoi le point où Mercure a atteint le périhélie (le point le plus éloigné de son orbite) se déplaçait autour du Soleil au fil du temps.

Ce problème était connu sous le nom de «précession du périhélie» de Mercure, ce qui n'avait pas de sens selon la physique classique puisque, selon Newton, le point de périhélie dans tout système à deux corps était fixé.

Un certain nombre de solutions ont été proposées, mais elles ont tendance à introduire plus de problèmes qu'elles n'en résolvent. Cependant, la théorie d'Einstein de GR - où la gravitation est médiée par la courbure de l'espace-temps - était en accord avec la quantité observée de décalage du périhélie.

C'était l'une des premières, mais certainement pas la dernière, des prédictions faites par Einstein qui seraient confirmées. En voici quelques autres ...

Trous noirs et ondes gravitationnelles

L'une des prédictions de GR est qu'une masse suffisamment compacte pourrait déformer l'espace-temps au point qu'à l'intérieur de sa limite extérieure (alias l'horizon des événements) le temps cesserait et les lois de la physique deviendraient indiscernables les unes des autres.

Une conséquence de ceci est que la force gravitationnelle dépasserait en fait la vitesse de la lumière, faisant de cette masse compacte le "corps noir" idéal - ce qui signifie qu'aucun rayonnement électromagnétique (y compris la lumière) ne pourrait y échapper.

Alors que les scientifiques avaient théorisé sur de telles masses auparavant, le premier à proposer l'existence de «trous noirs» comme solution de GR fut Karl Schwarzschild. En 1916, il calcula le rayon qu'une masse aurait besoin d'atteindre pour devenir un trou noir (connu par la suite sous le nom de rayon de Schwarzchild).

Pendant des décennies, les trous noirs resteraient une curiosité scientifique. Mais dans les années 1960, souvent appelé «l'âge d'or de la relativité générale», la recherche sur les ressources génétiques et les phénomènes cosmologiques a commencé à démontrer l'influence des trous noirs.

Dans les années 1970, les astronomes ont découvert qu'une source radio au centre de la Voie lactée (Sagittaire A *) avait également un composant brillant et très compact. Combiné avec des observations ultérieures de l'environnement environnant, cela a conduit à la théorie que Sag A * était, en fait, un trou noir supermassif (SMBH).

Depuis lors, les astronomes ont observé que la plupart des galaxies massives ont des noyaux actifs de la même manière qui les font briller dans les longueurs d'onde radio, infrarouge, rayons X et gamma. Certains se sont même avérés avoir des jets de matériau surchauffé provenant de leurs noyaux qui s'étendent sur des millions d'années-lumière.

En 2016, des scientifiques de l'Observatoire des ondes gravitationnelles de l'interféromètre laser (LIGO) ont annoncé avoir effectué la toute première détection d'ondes gravitationnelles. Initialement prédit par GR, ce phénomène est essentiellement des ondulations dans l'espace-temps qui sont causées par des événements cataclysmiques.

Ceux-ci incluent des événements tels que des trous noirs binaires ou des fusions d'étoiles à neutrons, des trous noirs fusionnant avec des étoiles à neutrons ou des collisions entre d'autres objets compacts. Depuis 2016, plusieurs événements d'ondes gravitationnelles ont été détectés.

Le 10 avril 2019, le projet scientifique collaboratif The Event Horizon Telescope (EHT) a annoncé la toute première image directe de l'horizon des événements entourant un SMBH - situé au cœur de Messier 87.

Constante cosmologique et énergie noire

Une autre conséquence des équations de champ pour la relativité était que l'Univers devait être soit dans un état d'expansion, soit dans un état de contraction. Curieusement, cela ne convenait pas à Einstein, qui préférait croire que l'Univers était statique et stable.

Pour y remédier, Einstein a conçu une force qui "retiendrait la gravité", assurant ainsi que l'Univers ne s'effondre pas sur lui-même. Il a appelé cette force la «constante cosmologique», qui était représentée scientifiquement par le caractère Lamba (Λ).

Cependant, en 1929, l'astronome américain Edwin Hubble a résolu le problème grâce à sa découverte des galaxies voisines. Après avoir mesuré leur redshift, il a découvert que la majorité des galaxies de l'Univers s'éloignaient de la nôtre.

En bref, l'Univers était dans un état d'expansion, dont le taux fut connu sous le nom de constante de Hubble. Einstein a gracieusement accepté la découverte et a affirmé que la constante cosmologique avait été "la plus grande erreur" de sa carrière.

Dans les années 1990, cependant, les astronomes ont pu effectuer des observations qui regardaient de plus en plus loin dans le cosmos (et par conséquent plus loin dans le temps). Ces observations semblaient révéler que le taux d'expansion de l'Univers augmentait en fait.

Selon la théorie actuelle, de la première période observable de l'Univers (environ un milliard d'années après le Big Bang) à environ dix milliards d'années après le Big Bang, l'Univers a été dominé par la gravité et s'est développé plus lentement.

Mais il y a quatre milliards d'années, les structures à grande échelle de l'Univers étaient suffisamment éloignées les unes des autres pour que l'énergie noire devienne la force dominante et que tout commence à se séparer plus rapidement. La force mystérieuse d'Einstein qui "retenait la gravité" avait été trouvée!

Preuve expérimentale de la relativité

Depuis 1905, des centaines d'expériences d'une portée et d'une diversité incroyables ont été menées et ont confirmé la RS. Cela comprenait plusieurs expériences qui ont confirmé que la lumière était isotrope (c'est-à-dire qu'elle a les mêmes propriétés lorsqu'elle est mesurée dans toutes les directions).

Il s'agit notamment de l'expérience de Michelson-Morley (MMX) en 1887, qui visait à mesurer la vitesse de la lumière dans des directions perpendiculaires à l'aide d'un interféromètre - un dispositif où deux sources de lumière sont fusionnées pour créer un motif d'interférence.

Le but était de détecter le mouvement relatif de la matière (dans ce cas, la Terre) à travers «l'éther luminifère». L'expérience a été un échec car elle a montré qu'il n'y avait pas de différence significative entre la vitesse de la lumière dans la direction de l'orbite terrestre et la vitesse de la lumière à angle droit.

Des expériences similaires ont été menées tout au long du début du 20e siècle en utilisant différents appareils et instruments de sensibilité croissante, mais toutes ont produit le même résultat (nul).

Dans la seconde moitié du 20e siècle, des expériences ont été menées à l'aide de lasers pour mesurer l'isotropie de la lumière. Ces expériences impliquaient de mesurer la vitesse aller simple et aller-retour de la lumière et d'utiliser à la fois des objets fixes et mobiles.

Encore une fois, ces expériences ont obtenu des résultats nuls, ce qui est cohérent avec SR. Comparée aux expériences qui n'ont pas pu confirmer la présence ou l'influence d'un «éther», la solution d'Einstein reste la plus élégante et la plus complète à ce jour.

En termes de Relativité Générale (GR), de vastes campagnes d'observation ont été menées pour montrer ses effets prédits au travail. Par exemple, en 2017, une équipe d'astronomes européens a démontré comment vingt ans d'observation du Sagittaire A * - le trou noir supermassif (SMBH) au centre de notre galaxie - confirmaient les prédictions faites par Einstein et GR.

En utilisant les données du Very Large Telescope (VLT) de l'Observatoire européen austral au Chili et d'autres télescopes, ils ont surveillé trois étoiles qui gravitent autour du Sagittaire A * et ont noté son effet sur leur excentricité.

Ce qu'ils ont découvert, c'est que l'une des étoiles (S2) suit une orbite particulièrement elliptique autour du SMBH qu'il faut 15,6 ans pour terminer. À son plus proche, il atteint 120 fois la distance entre le Soleil et la Terre (120 UA). Ces écarts d'orbite étaient conformes à GR.

Lentilles gravitationnelles et redshift

Peu de temps après qu'Einstein ait proposé sa théorie sur le comportement de l'espace-temps en présence d'un champ gravitationnel, une opportunité s'est présentée de le tester. En 1919, les astronomes savaient qu'une éclipse solaire totale se produirait le 29 mai, ce qui représentait une opportunité.

Einstein et l'astronome allemand Erwin Finlay-Freundlich ont exhorté les scientifiques du monde entier à tester la GR en mesurant la déviation de la lumière pendant cet événement.

Sir Arthur Eddington, un astronome et communicateur scientifique britannique qui savait expliquer des concepts tels que la relativité, a relevé le défi et a monté une expédition sur l'île de Principe (au large des côtes de la Guinée équatoriale, en Afrique).

Pendant l'éclipse, les rayons du Soleil ont été obscurcis par la présence de la Lune, rendant visibles les étoiles qui l'entourent. Eddington a pris des photos de ces étoiles et a confirmé que le chemin de leur lumière avait été déplacé en raison de l'influence gravitationnelle du Soleil.

Le 7 novembre 1919, Les temps a publié les résultats de sa campagne sous le titre: «Révolution dans la science - Nouvelle théorie de l'univers - Idées newtoniennes renversées».

Cet effet, où le passage de la lumière est influencé par un gros objet, a donné lieu à la méthode connue sous le nom de "lentille gravitationnelle". Cela implique de s'appuyer sur la présence d'un grand objet céleste (étoiles, galaxies, amas de galaxies, trous noirs, etc.) pour observer les objets au-delà d'eux.

En fait, les astronomes ont découvert que lorsqu'il y a un alignement presque parfait entre une source de lumière, une lentille gravitationnelle et un observateur, la lumière se déforme en un anneau - qui est maintenant appelé «anneau d'Einstein».

Cet effet a été régulièrement observé par les astronomes, notamment avec le déploiement de télescopes spatiaux comme Hubble. Un bon exemple de cela a eu lieu en 2018, où une équipe de scientifiques internationaux a utilisé un amas de galaxies pour voir l'étoile individuelle la plus éloignée jamais observée (nommée Icare, située à 9 milliards d'années-lumière).

Une autre ligne de preuve qui confirme la Relativité Générale est la façon dont le rayonnement électromagnétique est étiré par la présence d'un champ gravitationnel. Il s'agit du phénomène mentionné ci-dessus connu sous le nom de «décalage vers le rouge», où l'influence d'un champ gravitationnel fait allonger la longueur d'onde de la lumière.

En d'autres termes, la lumière émanant d'un objet céleste éloigné (une étoile, une galaxie ou un amas de galaxies) est déplacée vers l'extrémité rouge du spectre. L'étendue du décalage vers le rouge est ensuite utilisée pour calculer l'ampleur du champ gravitationnel qui l'affecte.

Redshift est également largement utilisé pour mesurer la vitesse à laquelle l'Univers se dilate puisque la lumière des galaxies éloignées est étirée par l'espace intermédiaire entre la source lumineuse et l'observateur.

Cependant, il a également été utilisé comme méthode pour tester les ressources génétiques; en particulier, lors de l'observation du comportement de la lumière en présence d'un trou noir. Un bon exemple de ceci impliquait également des observations faites d'une étoile en orbite autour du Sagittaire A *.

L'équipe responsable était composée de membres de la collaboration GRAVITY, qui a utilisé le VLT pour surveiller S2 lors de son passage devant le trou noir - qui a eu lieu en mai 2018. Au point le plus proche de son orbite, l'étoile était à l'intérieur 20 milliards de km (12,4 milliards de mi) du SMBH et se déplaçant à près de trois pour cent de la vitesse de la lumière.

Conformément à GR, l'équipe a observé un décalage gravitationnel vers le rouge qui s'intensifiait au fur et à mesure que S2 se rapprochait du Sagittaire A *. Le champ gravitationnel très fort du trou noir a étiré la longueur d’onde de la lumière de l’étoile et l’a fait se déplacer vers l’extrémité rouge du spectre.

Quand Einstein a commencé sa carrière de physicien théoricien, il entrait dans un monde au bord de la révolution. Les anciennes conventions étaient remises en question en raison d'incohérences avec les nouvelles découvertes qui posaient toutes sortes de problèmes.

À sa mort, Einstein a laissé un héritage pratiquement sans précédent dans l'histoire de la science. Il a proposé une synthèse des théories anciennes et nouvelles et a créé une nouvelle compréhension de l'interaction entre l'espace-temps, la matière et l'énergie.

En plus de cela, il a été le pionnier des percées qui conduiraient à de nombreuses autres révolutions scientifiques. Aujourd'hui, plus de cent ans plus tard, ses théories tiennent toujours et continuent à informer notre compréhension de l'Univers.

  • Wikipédia - Relativité générale
  • NASA - Les lois du mouvement de Newton
  • NASA - 100 ans de relativité générale
  • Wikipédia - Tests de relativité générale
  • Université de St.Andrews - Relativité générale
  • New Scientists - Instant Expert: Relativité Générale
  • Physics Central - Relativité Galiléenne et Navire de Galilée
  • Observatoire de l'éducation - Base d'expérimentation de la relativité spéciale


Voir la vidéo: La relativité générale dAlbert Einstein Aurélien Barrau. (Septembre 2021).