Notre existence a t-elle un sens? 8 partie 1) le murmure du big bang…La deuxième fissure dans les théories classiques.


 

Notre existence a t-elle un sens? 8 partie 1) le murmure du big bang…La deuxième fissure dans les théories classiques. 

Entendez-vous le murmure du big bang le soir au fond des radiotélescopes?

wikipedia.org -radiotélescope

Cette série d’articles dans la catégorie « notre existence a t-elle un sens »? est  l’expression de  ce que j’ai écrit dans la présentation de mon blog: « Les merveilles de la nature me fascinent. Mes réflexions: le sens de l’Univers et de l’existence. En moi, il y a deux mondes: le monde extérieur du « faire »et le monde de l’intérieur, non conscient, mais tout autant réel. Ma devise: l’essentiel, c’est l’amour, amour du sacré. Mes modèlesJésus (l’amour),Pythagore (la mathématique), Einstein (la physique) ».

Je voudrais faire partager la lecture du livre de Jean Staunenotre existence a-t-elle en sens,  avec mes réflexions et les liens qu’elle m’a permis découvrir à travers internet. Ma quête est de retrouver (avec Jean Staune), le réanchantement du monde au cours des articles.


Mes articles déjà parus dans cette rubrique:

Notre existence a-telle un sens? 1) à propos de la préface du livre par Trinh Xuan Thuan

Notre existence a-t-elle un sens? 2) Le désenchantement du monde (et de l’homme!)

Notre existence a-t-elle un sens? 3) Comment ébaucher un « traité de la condition humaine »?

Notre existence a-t-elle un sens? 4) vers de nouvelles lumières.

Notre existence a-t-elle un sens? 5) première partie: Au-delà de cette limite, notre vision du monde n’est plus valable (naissance de la mécanique quantique).

Notre existence a-t-elle un sens? 5) deuxième partie : Au-delà de cette limite, notre vision du monde n’est plus valable (la non-localité).

Notre existence a-t-elle un sens? 6) première partie) Vers un réalisme non physique…

Notre existence a -t-elle un sens? -6) Vers un réalisme non physique…deuxième partie

Notre existence a t-elle une sens? 7-1) vous qui entrez ici perdez toute espérance …(partie 1)

Notre existence a t-elle un sens 7 partie 2) vous qui entrez ici perdez toute espérance…

Je consulte souvent aussi: astrosurf.com -UNE INTRODUCTION A LA PHILOSOPHIE DES SCIENCES

 

Exergue: « au commencement était le verbeet le verbe était auprès de Dieu,et le verbe était Dieu […]. En lui était la vie et la vie était la lumière des hommes;et la lumière brille dan les ténèbres et les ténèbres ne l’ont pas arrêtée »           Prologue de l’évangile de Saint Jean

aprocure.com -Evangile selon saint Jean texte intégral commenté et illustré

 

1) La deuxième fissure.

La relativité restreinte 1/3

La relativité restreinte 2/3

La relativité restreinte 3/3

Pour avancer dans la connaissance du sens de l’Univers et de l’existence, nous avons jusqu’à maintenant voyagé dans l’infiniment petit et ses mystères. Nous allons maintenant nous envoler à partir de… l’origine vers l’infiniment grand. Mais auparavant, un petit rappel: mon article 5-1) au-delà de cette limite, notre vision du monde n’est plus valable —-> Dans la connaissance de l’infiniment petit, dans le cadre conceptuel auquel a abouti l’évolution des connaissances Jusqu’aux années 1900, le déroulement de la science était plutôt serein au point qu’en 1900Lord Kelvin annonçait que la fin de la physique était proche: « Rien de nouveau ne sera désormais découvert en physique. Les seuls progrès consisteront en des mesures de plus en plus précises. » Pourtant, il était préoccupé par deux petits « nuages sombres », deux problèmes encore inexpliqués: l’expérience de Michelson et Morley et celle du rayonnement du corps noir. Or ces deux petits nuages vont créer une fissure qui deviendront deux tornades qui balayeront les conceptions de la physique de Newton: la relativité et la physique quantique.

Dans les articles précédents, nous avons examiné la fissure qui a suivi le premier nuage (le rayonnement du corps noir), celle qui a donné naissance à la physique quantique. L’autre fissure va, elle aussi, avoir des conséquences qui vont transformer le faille en gouffre, ce qui va achever de jeter à bas la belle muraille que formait la science classique. Il s’agit de l’expérience faite par Albert Michelson en 1881 puis refaite de façon plus précise par Edward Morley en 1887.

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semsci.u-strasbg.fr expérience morley-michelson

Il faut dire que les conceptions de Newton avaient remporté des succès ininterrompus durant près de deux siècles. Elles avaient été érigées en principes absolus et admises d’autant plus facilement qu’elles correspondaient au sens commun (à l’exception de la gravitation, force invisible qui exerce une attraction instantanée). Cette force mystérieuse avait perturbé les contemporains de Newton, mais il était postulé qu’elle était transmise par un « éther » qui avait permis de faire accepter ce concept. Les mouvements des corps se déroulaient dans l’espace, qui servait de référentiel absolu. Un observateur (dans le vide stellaire) y est un observateur « absolu » s’il est à l’arrêt, il peut connaître la « vraie » vitesse de tous les mouvements. De même le temps est « absolu ». Quelle que soit notre position et notre vitesse, un évènement aura le même durée. Mais pour les corps en mouvement, celui-ci est relatif. Si je suis dans un train, la vitesse (apparente pour moi), des voitures qui roulent dans le même sens que le train est très inférieure à celles qui roulent en sens opposé  (formule de composition des vitesses). Ainsi, la Terre tourne autour du soleil et il devrait être possible de mettre en évidence cette rotation par des mesures. Albert Michelson eut l’idée de mesurer la vitesse de la lumière dans deux directions orthogonales, exactement comme le ferait un observateur qui mesurerait depuis le train la vitesse des voitures qui roulent parallèlement au train, et celle qui s’en éloignent sur une route orientée perpendiculairement à le voie. Mais, contrairement à ce qu’on observe dans la vie courante où les vitesses s’ajoutent vectoriellement, toutes les mesures donnaient le même résultat, quelle que fût la direction: vitesse de la lumière +/- vitesse de la Terre = vitesse de la lumière. Ce résultat ne sera compris qu’en juin 1905, lorsqu’un « expert technique de troisième classe » de l’office fédéral des brevets de Berne publiera dans les Annales de la physique un article au titre anodin (« sur l’électrodynamique des corps en mouvement » par Albert Einsteinmais au contenu révolutionnaire ». C’était la naissance de la théorie de la relativité restreinte. Einstein y affirmait les deux principes suivants: 

     -« Toutes les lois de la physique traitent les différents mouvements de la même façon. C’est le « principe de relativité« . Le temps, l’espace, le mouvement sont ainsi relatifs. ils dépendent du référentiel dans lequel se trouve l’observateur. »

     -« La vitesse de la lumière (300 000 km/s) est une constante universelle. » Cette constance de la vitesse de la lumière explique en premier lieu l’échec de l’expérience de Michelson et Morley et elle permet surtout de comprendre que l’espace et le temps « conspirent » pour que cette vitesse soit toujours la même.

Et cela implique 

     -qu’il n’y a pas d’espace absolu: on ne peut mesurer le mouvement d’un corps par rapport à un espace absolu, il n’y a donc pas d’.éther, tout mouvement est relatif.

     –Qu’il n’y a pas de temps absolu: le temps s’écoule différemment pour des observateurs qui ne voyagent pas à la même vitesse.


liens: techno-science.net –Principe de relativité

hal.archives-ouvertes.fr -Einstein et la pensée de Newton MICHEL PATY

halshs.archives-ouvertes.fr -D’Alembert, la science newtonienne et l’héritage cartésien par Michel PATY

wikipedia.org -Mécanique newtonienne

s2.e-monsite.com -MÉCANIQUE NEWTONIENNE

emm.univ-lille1.fr -Cours de Mécanique céleste classique Luc Duriez

soaziglebihan.org -l’espace absolu de newton

ac-nancy-metz.fr -le mouvement relatif et le mouvement absolu (Pierre duhem)

astrosurf.com -L’EXPÉRIENCE DE MICHELSON ET MORLEY AVEC LA PHYSIQUE CLASSIQUE

wikipedia.org -Relativité restreinte     astronomes.com -La relativité restreinte

phys.ens.fr -cours/notes de cours: la relativité restreinte   sciences.ch -la relativité restreinte (j’aime bien)

spoirier.lautre.net -La relativité restreinte rendue intuitive

charles-michel.marle.pagesperso-orange.fr -La Relativité restreinte expliquée aux enfants (de 7 à 107 ans)

centre-dalembert.u-psud.fr -Les constantes universelles de la physique Gilles Cohen-Tannoudji

wikipedia.org -les autres constantes de la physique

images.math.cnrs.fr -Henri Poincaré, Le mouvement relatif et le mouvement absolu (voir ses livres)

ebooksgratuits.com -Henri Poincaré LA SCIENCE ET L’HYPOTHÈSE

ac-nancy-metz.fr -henri poincaré: la VALEUR DE LA SCIENCE

ac-nancy-metz.fr -henri poincaré: SCIENCE ET METHODE

eveilphilosophie.canalblog.com -Le mystère du temps avec Brian Greene

eveilphilosophie.canalblog.com -quid de l’äme: Aristote définit le temps comme le nombre du mouvement selon l’avant et l’après

www.asmp.fr -Relativité et mesure du temps par Gérard Petit

 

2) Le paradoxe des jumeaux.

      2-1) L’histoire du voyageur de Langevin a immortalisé ce paradoxe de la relativité restreinte qui heurte toujours le bons sens. Description et analyse dans techno-science.net:

« Le paradoxe des jumeaux est une expérience de pensée en relativité restreinte imaginée par Paul Langevin en 1911. Langevin n’imagina pas cette expérience pour mettre en défaut la relativité restreinte mais plutôt pour en expliquer certains aspects. Il n’y voyait aucun paradoxe et cette appellation est apocryphe. Cette vision paradoxale n’est apparue que plus tardivement à travers les discussions et interprétations parfois erronées de la relativité restreinte […] Ce paradoxe a fait couler beaucoup d’encre et reste sans doute un des sujets favoris des amateurs de relativité, bien qu’il ne pose plus aucun problème de contradiction logique, juste un aspect des choses surprenant. On continue cependant, par habitude, à le nommer « paradoxe » encore de nos jours.

     a) Le point de vue de Langevin

Voyons tout d’abord la situation expérimentale qui est envisagée.

Considérons deux frères jumeaux, appelons les Alain et Bernard. Alain reste sur Terre tandis que son frère entame un voyage dans l’espace avec une très grande vitesse, proche de celle de la lumière. Lorsque Bernard revient sur Terre, Alain est maintenant un homme âgé alors que Bernard est resté jeune[…] la dilatation du temps était mentionnée par la relativité restreinte depuis déjà 1905. Bernard se déplaçant à grande vitesse, Alain constate que l’horloge de Bernard fonctionne plus lentement que la sienne et donc Bernard vieillit moins vite.

Langevin, dans son article, parle de l’évolution des concepts de l’espace et du temps en physique et présente les principaux aspects de la relativité restreinte. Il présente en particulier la dilatation du temps. Celle-ci s’applique de manière réciproque à deux observateurs en mouvement relatif uniforme (vitesse relative constante). Toutefois ce raisonnement peut aussi s’appliquer si un des observateurs est accéléré. Pendant un intervalle de temps infinitésimal, la vitesse peut être considérée comme constante et la dilatation du temps peut être utilisée. À l’aide de ce raisonnement il montre que le temps propre est toujours plus court pour un objet accéléré que pour un objet inertiel. Langevin utilise l’expérience avec les jumeaux pour illustrer ce phénomène. Un des jumeaux étant accéléré, son temps propre sera plus court que celui de son frère resté sur Terre. L’analyse de Langevin peut laisser croire que l’absence de vieillissement est due à l’accélération proprement dite. Mais ce n’est pas le cas. Il raisonne, pour appliquer la dilatation du temps, sur des intervalles infinitésimaux et l’accélération est seulement responsable de la trajectoire « fermée » du jumeau voyageur, lui permettant de revenir auprès de son frère. L’accélération est donc seulement une cause de dissymétrie. Elle implique que les deux jumeaux sont dans une situation différente. Langevin explique la différence entre le mouvement uniforme, qui est relatif, et le mouvement accéléré, qui a un caractère absolu comme le montre l’existence d’effets physiques (par exemple, les charges électriques accélérées émettent un rayonnement électromagnétique). […]

     b) Le « paradoxe moderne » […] La relativité restreinte affirme qu’il n’y a pas de repère absolu. Deux repères en mouvement relatif à vitesse constante sont totalement équivalents. Qu’est-ce qui nous autorise à affirmer que c’est Bernard qui s’éloigne d’Alain et pas l’inverse?[…] Du point de vue de Bernard, la situation est différente. C’est Alain qui se déplace à grande vitesse et qui parcourt un long chemin avant de le retrouver. La dilatation du temps est parfaitement réciproque en relativité restreinte. Ainsi Bernard doit lui aussi constater que l’horloge d’Alain fonctionne plus lentement. Et lors de leurs retrouvailles, c’est donc, de son point de vue, Alain qui devrait être resté jeune. Pourtant, une fois qu’ils sont à nouveau ensemble ils doivent être d’accord dans la comparaison de leur âge. La comparaison de deux horloges situées au même point est même une des clefs de la synchronisation en relativité restreinte. Ce n’est que lorsque deux évènements se produisent au même point et au même moment qu’on peut être certain sans équivoque de leur simultanéité. Or Alain ne peut être à la fois plus jeune et plus vieux que Bernard.

Nous avons là un paradoxe. Lorsque Einstein a posé le principe de relativité, il a eu une des intuitions certainement parmi les plus remarquables de la physique moderne. Et la symétrie invoquée ci-dessus en est une des conséquences. Aurait-il commis une erreur ?[…] Le point de vue de Langevin que nous avons évoqué plus haut apporte déjà des éléments de réponse. Mais il reste que l’on a du mal à voir comment une accélération se produisant pendant un temps aussi bref pourrait avoir une telle influence[…] d’où vient ce caractère absolu des accélérations ? Einstein évoque cette question dans son article de 1918 où il admet que la relativité restreinte évite ce problème en postulant sans autre explication l’existence de ces repères inertiels. Il pensait que seule la relativité générale apportait une réponse satisfaisante au paradoxe; puis a abandonné cette idée.

Il n’est nullement besoin de faire intervenir la relativité générale pour résoudre le paradoxe de Langevin[…]. 

     c) Contexte Le paradoxe utilise la dilatation du temps prévue par la relativité restreinte pour un système en mouvement. Celle-ci s’est toujours vérifiée expérimentalement :

*De nos jours, les particules instables se désintègrent plus lentement du point de vue de l’observateur lorsqu’elles se meuvent à grande vitesse par rapport à celui-ci, notamment dans les accélérateurs de particules.
*Cet effet est également observé pour les muons atmosphériques produits par la collision des rayons cosmiques (particules très énergétiques émises en particulier par le soleil) et les molécules de l’atmosphère. Ces muons, animés de grandes vitesses, atteignent le sol où ils sont observés et ce malgré leur courte durée de vie, la dilatation du temps leur donnant le temps nécessaire pour atteindre les détecteurs.
*Un autre cas observé de dilatation temporelle est le décalage entre horloges atomiques au sol et en vol ; mais il se complique dans ce dernier cas de considérations gravitationnelles, et nous sortons alors du cadre de la relativité restreinte. Il est remarquable que l’expérience réelle des horloges atomiques embarquées en avion (ou en train, ou en voiture…) ou qui restent fixées au sol est une version réalisable, et souvent réalisée de l’expérience des jumeaux […] 
*Signalons également que l’on observe aussi cette dilatation du temps sur la durée des courbes de luminosités des supernovae lointaines. Cette dilatation du temps correspondant à la vitesse de récession également observée grâce à l’effet Doppler.

     d) Résolution Il existe plusieurs manières d’expliquer le paradoxe des jumeaux. Ces explications ne sont pas toujours mutuellement exclusives et ne correspondent pas nécessairement à différentes théories. Ce sont simplement des manières différentes d’expliquer le même phénomène et elles apportent plusieurs éclairages sur divers aspects important de la relativité restreinte. Pour bien appréhender ce qui se passe, il est donc utile de voir le problème sous différentes facettes. Et en tout premier lieu de voir ce qui est erroné dans le raisonnement ci-dessus entraînant le paradoxe.

-Dilatation du temps et erreur de raisonnement. […] la dilatation du temps ou les transformations de Lorentz (dont la dilatation du temps est une conséquence) sont établies en supposant que la vitesse relative des repères est uniforme. C’est-à-dire constante en grandeur et en direction ou encore en l’absence d’accélération relative. Or dans la situation concernée, Bernard est amené à un moment ou un autre à faire demi-tour. Lors de ce demi-tour il doit subir une accélération[…]. La relativité restreinte est construite sur le principe de relativité restreint qui affirme l’équivalence de tous les repères inertiels (ou galiléens). Deux repères inertiels ne différant que par leur vitesse relative uniforme (et éventuellement par l’orientation des axes des repères). Alors que le principe de relativité généralisé, l’équivalence de tous les repères, sans exception, y compris accéléré, nécessite de généraliser la relativité et en particulier les transformations de Lorentz ne sont plus, dans ce cas, valables que localement (dans un voisinage d’espace-temps infinitésimal des événements). Notons que cela n’implique pas que la relativité restreinte ne puisse pas être appliquée ici. Il convient juste d’être prudent. La restriction porte sur le mouvement relatif de deux repères. Rien n’interdit d’étudier le mouvement d’un corps accéléré (Bernard) dans un repère inertiel (considéré comme étant celui d’Alain). On ne peut donc considérer les transformations de Lorentz entre les deux repères d’Alain et Bernard ni considérer la dilatation du temps du point de vue du repère non inertiel de Bernard. Nous avons trouvé l’erreur de raisonnement qui induit le paradoxe.

La solution en relativité restreinte Pour résoudre le problème, il suffit donc de se placer dans le repère inertiel d’Alain (celui qui est resté sur terre) et d’appliquer ce que l’on sait de la relativité restreinte. On peut par exemple tracer les trajectoires : L’axe vertical représente le temps et l’axe horizontal, spatial, représente la distance parcourue par Bernard dans le repère d’Alain. Pour connaître le temps écoulé pour chacun des protagonistes, c’est-à-dire leur âge, il suffit de considérer leur temps propre. Pour Alain, c’est très facile car il est immobile dans son repère. Sa trajectoire est donc une droite verticale (en rouge) dans le diagramme et le temps écoulé pour lui est égal à T. Pour Bernard, qui effectue un voyage lointain, sa trajectoire est une ligne brisée (en bleu). Quel est son temps propre ? Ce n’est évidemment pas T comme pourrait le laisser croire le diagramme. N’oublions pas que l’espace-temps en relativité restreinte n’est pas euclidien (comme la feuille de papier sur laquelle serait tracé ce diagramme) mais de Minkowski. On voit que sa trajectoire est proche de celle des rayons lumineux (en jaune) et l’on sait que sur des trajectoires de type lumière, le temps propre y est nul. Bernard mesure son temps propre avec son horloge embarquée et il doit être calculé en utilisant les relations de la relativité restreinte. Ici c’est simple car sa vitesse est constante (en grandeur) et on peut donc appliquer sans crainte la dilatation du temps dans le repère inertiel d’Alain. Le temps écoulé pour Bernard est donc donné par la relation bien connue : :T'=\frac{T}{\gamma} où γ est le facteur relativiste dépendant de la vitesse de Bernard. Dans le cas où la trajectoire de Bernard serait quelconque, le calcul se généralise facilement en intégrant le temps propre. T'=\int_{0}^{T} \sqrt{1-\frac{V\left(t\right)^2}{c^2}}dt Où V\left(t\right) est la vitesse de Bernard en fonction du temps. Cette façon de procéder est cohérente avec l’affirmation plus haut que les transformations de Lorentz ne peuvent être considérées comme correctes en présence d’accélérations que pendant une durée infinitésimale et une intégration sur des durées finies est donc inévitable.T'=\frac{T}{\gamma}  

-Les autre manières de voir le paradoxes sont très techniques et sont explicitées dans l’article cité au début:  techno-science.net (il est question de –L’explication Doppler –Simultanéité et synchronisation, –Le choix du repère inertiel, –Explication de la relativité générale, –Autres situations –Restriction la plus fréquente du paradoxe).

     e) Apport épistémologique: Les contresens eux-mêmes sont instructifs quand on les aborde dans le cadre de l’épistémologie ou des sciences cognitives. Ceux relatifs au paradoxe de Langevin nous apprennent ainsi à éviter plusieurs erreurs :

utiliser des résultats théoriques (dilatation du temps, transformations de Lorentz) dans des situations où ils sont invalides (repères accélérés).
-attribuer à la relativité de simples effets apparents (comme dans le cas de l’effet Doppler), qui auraient aussi bien lieu en utilisant d’autres signaux comme des signaux sonores, oubliant ainsi le caractère symétrique des effets relativistes. En effet, la synchronisation d’horloges distantes par envoi de signaux sonores ne permet pas, à elle seule, de mimer la symétrie des effets relativistes. Pour que l’analogie formelle onde sonore/onde lumineuse respecte la symétrie des effets relativistes, il faudrait considérer des « objets » formés d’ondes sonores stationnaires subissant la contraction de Lorentz (quand ces ondes sont stationnaires dans un référentiel en mouvement à vitesse constante par rapport au milieu où ces ondes sonores se propagent).
-attribuer à la synchronisation relativiste, le caractère de procédure arbitraire pour synchroniser la position initiale des aiguilles d’horloges distantes, alors que ce choix exprime au contraire le caractère objectivement privilégié des systèmes de coordonnées inertiels (les systèmes de coordonnées orthonormés vis à vis de la métrique de Minkowski), seuls systèmes de coordonnées permettant une expression covariante des lois de la physique lors d’un changement de référentiel inertiel (exprimant ainsi naturellement l’invariance des lois de la physique vis à vis des actions du groupe de Poincaré).
-croire que la relativité générale est absolument indispensable en présence d’accélérations de particules ponctuelles et en l’absence de gravitation.
-attribuer aux accélérations un effet physique direct sur l’écoulement du temps alors qu’elles ne sont responsables que d’une rupture de symétrie, l’effet réel résultant plus de considérations géométriques (la relativité du mouvement contenue dans l’invariance des lois de la physique vis à vis des actions du groupe de Poincaré, se limite aux mouvements de translation à vitesse constante) et du choix du repère inertiel.
-qualifier de paradoxal un effet qui n’est que surprenant.

 

     2-2) Conclusion.

Les conséquences de l’expérience de Michelson et Morley ont ainsi abouti à la théorie de la « relativité restreinte« , ainsi appelée car elle n’intègre pas la gravitation. Le « paradoxe des jumeaux » reste un des aspects qui pose moins de problèmes de nos jours, mais qui heurte encore le sens commun. L’article de techno-science.net apporte des éléments de réponse, mais je reste sur ma faim, car je pense qu’on ne sait pas vraiment ce qui se passerait pour deux jumeaux réels qui vivraient cette expérience, la technologie ne le permettant pas encore à cette échelle. On observe des particules vues dans le référentiel d’un laboratoire, mais pas vues d’elles-mêmes, dans leur temps propre. Jean Charon, dans « l’esprit et la relativité complexe« , affirme que les deux jumeaux auraient exactement le même âge… Alors, je relirai les réponses à l’article, je n’en n’ai pas encore vraiment intégré le substance!

On ne parle plus maintenant que « d’espace-temps » à la suite d’Herman Minkowski, qui fut avec Einstein et Poincaré un des pionniers dans ce domaine: « désormais, l’espace en tant que tel et le temps en tant que tel sont voués à disparaître comme des ombres, et seule une certaine union des deux conservera une certaine réalité« . Après avoir énoncé les bases de cette théorie en 1905, Einstein consacra les dix années suivantes à cette intégration, parvenant à élaborer la théorie de la « relativité générale« , certainement le sommet de son oeuvre. 

liens: techno-science.net -le paradoxe des jumeaux de langevin
hachel.chez-alice.fr -Le voyageur de Langevin        wikipedia.org -Paradoxe des jumeaux
astrosurf.com -Le rayonnement synchrotron           cosmosaf.iap.fr -Paradoxe de Langevin

eveilphilosophie.canalblog.com -Le mystère du temps

wikipedia.org -Temps proprereaderv4.numilog.com -l’esprit et la relativité complexe numérisé

numilog.com -L’esprit et la relativité complexe

 

3) Un monde dans lequel les masses ont la propriété de déformer le vide.

membres.multimania.fr -courbure de l’espace-temps

a) La relativité générale est encore bien plus étrange: elle postule que les masses déforment l’espace et le temps. l’image qui est souvent prise est celle d’un drap que deux personnes tiennent de façon qu’il soit tendu. Si on pose dessus une boule de billard, elle va s’enfoncer dans le drap. L’espace à deux dimensions qu’est le drap va se « courber ». Si on jette ensuite une bille sur le drap, elle va tomber dans l’entonnoir creusé par la boule de billard et tourner autour d’elle, en s’enfonçant aussi,  mais beaucoup moins car elle est plus légère. 

Pour les corps célestes, c’est la même chose. Pour Newton, la lune tourne autour de la Terre parce que la Terre l’attire grâce une mystérieuse force gravitationnelle, ce qui avait beaucoup perturbé les contemporains de Newton car elle s’exerçait de manière instantanée à distance, ce qui paraissait irrationnel. Mais les sceptiques s’étaient inclinés devant les remarquables prévisions permises par la théorie. 

PouEinstein La Lune tourne autour de la Terre car elle est en quelque sorte « piégée par le trou que la Terre a creusé dans l’espace-temps. Elle avance en ligne droite mais comme l’espace autour d’elle est courbé par la présence de la Terre, elle ne peut que tourner autour de cette dernière le long dune ellipse sur les parois du puits (En termes plus scientifiques, 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’observateurnote 1.)  

Dans l’image que nous avons prise, il est facile d’imaginer un drap courbé par la poids des objets dans un espace à deux dimensions, mais il nous est presque impossible d’imaginer un espace courbe à trois dimensions. C’est un peu de la même façon que, si nous étions des êtres à deux dimensions vivant à l’intérieur d’un drap, nous ne pouvions imaginer qu’il soit courbé, ni le sentir quand ça se produirait.

astrosurf.com -Théorie de la relativité

b) Les preuves de la  relativité généraleComment prétendre que les masses courbent l’espace? Pour cela il faut faire une prédiction différente de celle de la théorie de Newton. L’occasion en fut donnée lors de l’éclipse de soleil de 1919. On sait que dans un espace plat (euclidien),la lumière utilise toujours le chemin le plus court pour aller d’un point à un autre. Mais dans un espace courbé, c’est une ligne courbée qu’on appelle géodésique. Lors de l’éclipse, on compara la photo d’une partie du ciel au moment où l’éclipse se produisait, avec une photo de la même partie du ciel prise la nuit. Grâce à l’éclipse, on a pu voir des étoiles situées « derrière » le soleil, c’est à dire dont les rayons lumineux doivent, pour nous parvenir, passer à proximité du soleil. On constata alors que la position de ces étoiles par rapport aux autres étoiles avait varié, comparativement à la position qu’elles occupaient toutes les nuits avant l’éclipse. Il fallut se rendre à l’évidence, le soleil avait bel et bien déformé l’espace autour de lui, permettant ce saut de la position apparente de l’étoile lors de son passage à proximité du soleil. Einstein avait prédit la courbure de l’espace, ce qui, connaissant la masse du soleil déterminait le déplacement de l’image des étoiles, qui correspond à ce qui a été observé lors de l’éclipse. 
Un autre victoire de la relativité concerne l’explication d’un des rares phénomènes que n’expliquait pas la théorie de Newton: l’avance du périhélie de Mercure. Le périhélie est le point de l’orbite d’un corps céleste (planètecomète, etc.) qui est le plus rapproché du Soleil (grec : helios) autour duquel il tourne. Ce point se décale sur l’orbite de Mercure d’une façon que, contrairement aux autres planètes, les lois de Newton ne permettent pas d’expliquer.  Rappelons-nous la façon dont fut découverte Neptune : Dans les années 1820 on se rend compte que l’orbite d’Uranus présente des anomalies. Celles ci restent inexpliquées, même en prenant en compte les perturbation exercées par les autres planètes connues à l’époque, sur Uranus. Pour expliquer ces anomalies ,en 1845 et 1846 un anglais et le français Le Verrier, postulent l’existence d’une autre planète: le 23/05/1846 on découvre bel et bien cette nouvelle planète qui est baptisée Neptune. La même méthode, utilisée pour expliquer les anomalies de mercure, est restée vaine. La bonne explication est donnée par la relativité générale, dont c’est  ainsi une deuxième victoire: cette anomalie est due à la proximité du soleil, Mercure se trouvant très près du fond du puits creusé par le Soleil dans l’espace-temps. 

Depuis lors; les succès ont été en s’accélérant, le GPS étant une des réalisations rendues possibles par la relativité générale. Mais n’anticipons pas! nous allons assister dans le prochain article à une des conséquences qu’a engendrées la théorie d’Einstein: La genèse du big bang.


liens: wikipedia.org -Gravitation          wikipedia.org -Relativivité générale

cosmosaf.iap.fr -Présentation de la théorie de la Relativité Générale

hal.archives-ouvertes.fr -RELATIVITE GENERALE POUR DEBUTANTS Michel Le Bellac

canal-u.tv/video -la relativité générale
dimensions-math.org -vidéo étonnante sur les dimensions   sesamath.net/blog -vidéo sur les dimensions
dimensions-math.org -quatrième dimension
ac-nancy-metz.fr -l’espace et la géométrie par henri poincaré
futura-sciences.com/fr -Énergie noire et dimensions supplémentaires
mayiloubrialy.over-blog.com -comment se représenter la 4è dimension dans l’espace géométrique?

halshs.archives-ouvertes.fr -Les trois dimensions de l’espace et les quatre dimensions de l’espace-temps

wikipedia.org -espace: une variété est un espace topologique abstrait

math.jussieu.fr -Géométrie affine et euclidienne

gravityquantum.com -Géométrie Quantique de l’espace-temps (Modèle de Rel. Gén. Quantique)

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lacosmo.com -Précession de l’orbite de Mercure en relativité générale

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cosmosaf.iap.fr -géométrie du big bang

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