La relativité

Le monde d’Albert Einstein

 

 


La relativité générale

La relativité générale est une théorie relativiste de la gravitation, c’est-à-dire qu’elle décrit l’influence sur le mouvement des astres de la présence de matière et, plus généralement d’énergie, en tenant compte des principes de la relativité restreinte. La relativité générale englobe et supplante la théorie de la gravitation universelle d’Isaac Newton qui en représente la limite aux petites vitesses (comparées à la vitesse de la lumière) et aux champs gravitationnels faibles.
Elle est principalement l’œuvre d’Albert Einstein, dont elle est considérée comme la réalisation majeure, qu’il a élaboré entre 1907 et 1915. Le 25 novembre 1915, il soumet son manuscrit de la théorie de la relativité générale à la section de mathématique et de physique de l’Académie royale des sciences de Prusse, qui la publie le 2 décembre.

Les noms de Marcel Grossman et de David Hilbert lui sont également associés, le premier ayant aidé Einstein à se familiariser avec les outils mathématiques nécessaires à la compréhension de la théorie (la géométrie différencielle), le second ayant franchi conjointement avec Einstein les dernières étapes menant à la finalisation de la théorie après que ce dernier lui en eut présenté les idées générales dans le courant de l’année 1915.

La relativité générale est fondée sur des concepts radicalement différents de ceux de la gravitation newtonienne. Elle énonce notamment que la gravitation n’est pas une force, mais la manifestation de la courbure de l’espace (en fait de l’espace-temps), courbure elle-même produite par la distribution de l’énergie sous forme de masse ou d’énergie cinétique, qui diffère suivant le référentiel de l’observateur. Cette théorie relativiste de la gravitation prédit des effets absents de la théorie newtonienne mais vérifiés, comme l’expansion de l’univers, les ondes gravitationnelles et les trous noirs. Elle ne permet pas de déterminer certaines constantes ou certains aspects de l’univers (notamment son évolution, s’il est fini ou non, etc.) : des observations sont nécessaires pour préciser des paramètres ou faire des choix entre plusieurs possibilités laissées par la théorie.

Aucun des nombreux tests expérimentaux effectués n’a pu la mettre en défaut. Toutefois, des questions restent sans réponse : principalement sur le plan théorique, comment la relativité générale et la physique quantique peuvent être unies pour produire une théorie complète et cohérente de gravité quantique; et sur le plan des observations astronomiques ou cosmologiques, comment concilier certaines mesures avec les prévisions de la théorie (matière noire, énergie sombre).

Les postulats de la théorie de la relativité restreinte

  • Le principe de la relativité : Toutes les lois de la physique ont la même forme dans tous les référentiels d’inertie.
  • Le principe de la constance de la vitesse de la lumière : La vitesse de la lumière dans le vide est la même dans tous les référentiels d’inertie. Elle ne dépend pas du mouvement de la source ou de l’observateur.

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