Une théorie à l’épreuve des années
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Denis Delbecq
Publié jeudi 11 février 2016 à 22:53.
Complexe, contre-intuitive et difficile à admettre : un siècle plus tard, la relativité générale confirme pourtant à quel point Einstein avait vu juste
Il y a cent ans, le 25 novembre 1915, un physicien encore inconnu du grand public, Albert Einstein, présente ses « Equations du champ de gravité » devant l’Académie prussienne des sciences. Une semaine plus tard, l’Académie publie un texte de seulement quatre pages, nourries d’équations : la théorie de la relativité générale est née, qui va révolutionner la physique, au point qu’on cherche encore à en vérifier certaines prédictions. Les ondes gravitationnelles, que l’on vient d’observer pour la première fois, en faisaient partie.
Célébrité mondiale
En 1905, Albert Einstein avait publié la théorie de la relativité restreinte, qui porte sur les corps se déplaçant à une vitesse constante. Elle expliquait, entre autres, que l’espace et le temps forment un tout, l’espace-temps. Deux ans plus tard, le physicien s’attelle à une tâche plus complexe encore : décrire ce qui se passe quand un corps est soumis à une force, une accélération. Il se rapproche pour cela de son ami Marcel Grossmann, rencontré quelques années plus tôt sur les bancs de l’Institut polytechnique de Zurich (aujourd’hui EPFZ), qui va l’épauler sur le volet mathématique de son travail. Albert Einstein énonce d’abord le principe d’équivalence : un astronaute qui observe la chute d’un objet dans sa fusée ne peut pas dire si celle-ci est posée sur Terre (et donc soumise, comme l’objet, à sa gravitation) ou si elle se déplace vers le haut avec une poussée, une accélération, équivalente à la force de gravitation. Puis Albert Einstein s’interroge sur la manière dont la gravitation s’exerce. Plutôt que de la voir comme une force à action instantanée – ce qui violerait le principe d’universalité de la vitesse de la lumière –, le physicien a l’idée géniale de décrire la gravité comme une propriété géométrique : toute présence d’un objet pesant déforme l’espace-temps, un peu comme une bille déforme un tissu tendu à l’horizontale. C’est cette déformation provoquée par un objet qui attire les autres objets vers lui (et réciproquement puisqu’on attire autant la Terre qu’elle nous attire !).
Cette déformation de l’espace-temps s’applique aussi à la lumière, puisque Einstein avait montré, dès 1905, la parfaite équivalence entre masse et énergie, résumée par le célèbre E = mc2. Autrement dit, la présence d’une masse, le Soleil par exemple, doit dévier le trajet de la lumière qui passe à proximité.
C’est cette propriété qui va permettre la première vérification de la relativité générale, par l’ingénieux astronome britannique Arthur Eddington. Le 29 mai 1919, celui-ci profite d’une éclipse totale pour observer un amas d’étoiles qui se trouve à cet instant précis dans une direction toute proche de celle du Soleil. Selon la relativité générale, la lumière de ces étoiles a dû être déviée. Puis Eddington compare cette observation avec une autre, faite de nuit quand la lumière de ces étoiles ne passe plus à proximité du Soleil. Bingo, Einstein avait raison ! Dès l’annonce de ces résultats, le 6 novembre 1919 devant la Royal Society britannique, Einstein acquiert une célébrité mondiale. L’ancien employé du Bureau fédéral de la propriété intellectuelle de Berne est désormais un héros que tous les médias s’arrachent.
Théorie complexe
Pourtant, rarement une théorie comme la relativité générale fut aussi difficile à admettre, tant elle est complexe. Dans un ouvrage (1) consacré à Einstein, l’historien Jean Eisenstaedt raconte que le physicien Ludwik Silberstein s’adresse à Arthur Eddington quelques instants après la présentation de ces résultats : « N’est-ce pas vrai, mon cher Eddington, qu’il n’y a que trois personnes capables de comprendre la relativité ? » Devant le silence de l’astronome, Silberstein, persuadé qu’il maîtrise lui-même cette théorie, insiste : « Professeur Eddington, vous devez être l’une des trois personnes qui comprennent la relativité générale ? » Mais ce dernier lui avoue, contre toute attente : « Bien au contraire, je réfléchissais pour trouver qui peut être la troisième… »
(1) J. Eisenstaedt, « Einstein et la relativité générale », CNRS Editions, 2002.
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