vendredi 27 novembre 2015

Cent ans de relativité

MAJ de la page : Albert Einstein


Albert Einstein, portrait d'un rebelle

Il fut à la fois controversé et mythifié de son vivant. Soixante ans après sa mort, que sait-on réellement d'Albert Einstein, personnalité publique dont la vie privée recèle pourtant encore bien des zones d’ombre ?

Peu après la Première Guerre mondiale, la théorie de la relativité d’Albert Einstein connaît un extraordinaire retentissement. Ses découvertes révolutionnaires ouvrent une nouvelle ère dans l’histoire des sciences. Le chercheur accède au statut de célébrité et en joue : il se met en scène pour façonner son personnage de génie excentrique, individualiste et radical, puisant toute l’inspiration de sa vie dans son travail. Einstein ravit le monde entier par son humour, son charisme, ses traits d’esprit et son éthique humaniste. Pourtant, après sa mort, on découvre une autre image de cet homme, qui fut presque sanctifié de son vivant : carriériste opportuniste, coureur de jupons passablement misogyne, époux et père indigne… Comment comprendre les deux faces opposées de cette personnalité ? Où s’arrête le mythe, et où commence la réalité ?
Source : Arte

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Cent ans de relativité générale, et encore mille et un mystères
Par Denis Delbecq, le 27 novembre 2015 - Le Temps

Il y a cent ans, un physicien encore inconnu du grand public, Albert Einstein, présente ses équations devant l’Académie prussienne des sciences: une théorie révolutionnaire est née

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, et notamment les ondes gravitationnelles que personne n’a encore pu observer.

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 mathématiques de son travail.

Ce que dit la théorie générale d'Einstein



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.

Déformation de l'espace-temps

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!

N’est-ce pas vrai, mon cher Eddington, qu’il n’y a que trois personnes capables de comprendre la relativité?
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. N’est-ce pas vrai, mon cher Eddington, qu’il n’y a que trois personnes capables de comprendre la relativité?


Pourtant, rarement une théorie comme la relativité générale ne fut aussi difficile à admettre, tant elle est complexe. Dans un ouvrage 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 (1): «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…»


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Aurélien Hees, La théorie de la relativité générale : 100 ans de tests (ENS, 2015)

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La théorie de la relativité générale a 100 ans 
le 25 novembre 2015 - France Culture

Il y a un siècle, le physicien Albert Einstein publiait sa fameuse théorie de la relativité générale, qui a révolutionné la conception de la physique moderne. Difficile, néanmoins, d’expliquer simplement de quoi il retourne. Succincte explication, à travers les émissions de France Culture.

Posez votre main sur un poêle pendant une minute, cela va vous sembler durer une heure. Restez assis une heure à côté d’une jolie fille, cela va vous sembler durer une minute. La relativité, c’est ça  !

C'est ainsi qu'Albert Einstein synthétisait sa propre théorie de la relativite générale. Pour le physicien, comme il le racontait lui-même en 1941, la langue scientifique est une langue commune à tous, ce qui explique sans doute sa volonté de vulgariser ses propres travaux :






Mais si l’explication est amusante, le concept n'en reste pas moins flou pour les profanes. La théorie de la relativité formulée par Einstein vise à réconcilier deux théories a priori incompatibles : les équations de l'électromagnétisme de Maxwell (qui décrivent les phénomènes électriques et magnétiques) et les lois de la mécanique de Galilée et de Newton.

En 1906, Albert Einstein, dans un article intitulé “Sur l’électrodynamique des corps en mouvement” (Zur Elektrodynamik bewegter Körper), présente tout d'abord la théorie de la relativité restreinte, qui ne s’applique qu’aux référentiels galiléens. Il y formule pour la première fois la notion d’espace-temps : selon Einstein, ces deux notions ne sont plus dissociées, mais s’influencent l’une l’autre ; elles forment une seule et même entité. Le physicien détermine également que la vitesse de la lumière dans le vide est invariable, quelle que soit la vitesse de l’observateur.

En février dernier, Etienne Klein, directeur de recherche au CEA, spécialiste de la question du temps en physique, et producteur de l'émission La Conversation scientifique, avait donné une conférence lors du forum Sciences de France Culture où il avait discuté lumière et théorie de la relativité :



En 1915, Einstein a achevé de développer sa théorie de la relativité générale, qui étend la précédente : il y explique que l’espace temps se courbe d’autant plus que la masse à proximité est grande.

Les équations d’Albert Einsten remettent en cause les forces de gravitation telles qu’elles étaient expliquées par Newton : la gravitation n’est plus une force qui s’exerce depuis un objet vers un autre, c’est une déformation de la structure même de l’espace temps. La matière, l’énergie, disent à l’espace-temps comment il doit se déformer sous leur effet. A l’inverse, la déformation de la structure de l’espace temps détermine le mouvement du contenu de l’espace temps, c’est-à-dire la matière ou l’énergie. La déformation de l’espace-temps dit à la matière comment se déplacer.

En somme,l'attraction gravitationnelle entre les masses est provoquée par une déformation de l'espace et du temps par ces mêmes masses. Une représentation compréhensible - et forcément simplifiée - montre la façon dont la planète Terre, par exemple, courbe l’espace-temps :

Illustration de la courbure de l'espace-temps par une masse

Dans une vidéo explicative sur le site du Monde.fr, Etienne Klein explique l’influence des masses sur l’espace-temps de la sorte : “Dans le cadre de la relativité générale il n’y a plus de gravitation, le soleil déforme l’espace-temps autour de lui, la Terre ne subit aucune force, elle a donc un mouvement inertiel. Autrement dit elle va en ligne droite, mais l’espace-temps étant déformé, les lignes droites sont des lignes courbes, et la trajectoire de la Terre devient une courbe autour du Soleil.“

Les théories de cet incontestable génie sont, encore de nos jours, mises à l'épreuve, et, à l'aune des mécaniques quantiques, elles pourraient même s'effondrer. Mais elles ont durablement bouleversé la perception des mécanismes de la physique.

Einstein, visionnaire ou bientôt dépassé ?
A l'été 2013, France Culture avait diffusé une Grande Traversée intitulée Mister Albert, Doktor Einstein intégralement consacrée au physicien, que nous vous proposons de réécouter ici :



Points de vue de scientifiques et de philosophes sur la relativité
Dans une de ces Grandes traversées, plusieurs personnalités commentaient le travail d'Einstein, dont Marlène Dietrich qui, en 1963, se souvenait ainsi avec nostalgie des mots de son célèbre ami, qui inversait les référentiels pour expliquer la théorie de la relativité :

Il a dit une chose si merveilleuse. Quelqu’un lui a dit “M. Einstein, je suis idiote, je suis bête, je ne comprends pas votre théorie de la relativité”. Alors, il a dit : “Je vais vous expliquer Madame. La théorie, c’est ça : quand est-ce que la ville de Zurich s’arrête à ce train”. Vous ne trouvez pas ça merveilleux ?



Genèse de la théorie d'Einstein
« Le bon Dieu n’a pas de montre ». On raconte que le jeune Einstein réveilla un jour son ami Michele Besso au petit matin pour lui faire part de cette grande révélation. Débat autour des origines des théories formulées par le physicien :



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