Sujet :

La relativité générale confirmée

Xuan

Posté le 10-07-2018 à 00:03:07

Atlantico publie un article confirmant la théorie de la relativité générale
http://www.atlantico.fr/decryptage/einstein-avait-raison-theorie-relativite-est-confirmee-decouvertes-scientifiques-distant-systeme-solaire-3-etoiles-olivier-3445457.html. Je rappelle deux aspects essentiels de la relativité générale :

> courbure de l'espace-temps au voisinage d'une masse, influence de la gravité sur l'écoulement du temps et sur le déplacement de la lumière (ce qui revient au même compte tenu de la vitesse finie et invariante de la lumière). Voir les § La matière ralentit le temps et la matière dévie la lumière http://www.astronomes.com/la-fin-des-etoiles-massives/gravite-acceleration/

> Principe d'équivalence entre la masse inerte et la masse grave (ou entre inertie et gravité ) :
Le principe d’équivalence
Le point de départ de la théorie est illustré par l’expérience suivante. Imaginez deux personnes qui se trouvent enfermées dans deux cabines identiques. L’une se trouve à la surface de la Terre, l’autre est accrochée à une fusée en accélération dans l’espace. Ces deux observateurs se livrent alors à une petite expérience : ils lâchent une pomme.
Le premier voit simplement sa pomme tomber, donc accélérer, sous l’effet de la gravité. La deuxième cabine n’est pas soumise à la gravité, mais elle est accélérée vers le haut par la fusée. La pomme, qui vient d’être lâchée, ne suit pas le mouvement de la cabine. Relativement à cette dernière, elle semble donc accélérer vers le bas et tomber. Si la puissance de la fusée est bien choisie, la pomme va tomber exactement comme elle le ferait sur Terre. Les deux observateurs sont alors dans l’incapacité de dire dans quelle cabine ils se trouvent.
Les deux expériences précédentes se déroulent de manière totalement identique. Les lois de la mécanique sont donc les mêmes dans un système soumis à la gravité et dans un système accéléré. Einstein généralisa cette idée à toutes les lois de la physique et lui donna le nom de principe d’équivalence. Ceci fut le point de départ de sa nouvelle théorie qui allait révolutionner la physique et tout particulièrement l’astrophysique.

Ci-dessous l'article :

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Einstein avait raison ! Sa théorie de la relativité est confirmée par les découvertes de scientifiques sur un distant système solaire à 3 étoiles

Une équipe de chercheurs internationaux vient de démontrer que la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein s'applique dans toutes les conditions, même les plus extrêmes.

Chapeau !Publié le 9 Juillet 2018
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Einstein avait raison ! Sa théorie de la relativité est confirmée par les découvertes de scientifiques sur un distant système solaire à 3 étoiles Crédit ACME / AFP
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Atlantico : Dans une étude publiée cette semaine dans la revue scientifique Nature, une équipe de chercheurs internationaux a révélé que la théorie de la relativité d'Albert Einstein s'appliquait également dans des conditions extrêmes. Pourquoi certains chercheurs doutaient-ils encore de l'applicabilité de la théorie ? Quelles étaient leur théories alternatives ?

Olivier Sanguy : Il ne s'agit pas forcément d'un doute au sens qu'ils pensent que la théorie est fausse. La démarche scientifique implique qu'on cherche toujours à vérifier les modèles et théories pour les confronter à la réalité observationnelle. C'est de cette façon qu'on progresse. En science, il n'y a pas de dogmes ! Maintenant, il y a aussi des chercheurs qui travaillent sur d'autres approches qui par certains aspects peuvent contredire la théorie de la relativité d'Einstein ou en donner une interprétation qui diffère du modèle le plus courant.
Ce type de "concurrence" entre les approches scientifiques est très sain. Sans cela, notre connaissance de l'univers aurait stagné ! Il y a par exemple la théorie dite MOND (MOdified Newtonian Dynamics) qui propose une mécanique newtonienne modifiée. Ensuite, il y a des chercheurs qui ne doutent pas forcément de la théorie de la relativité d'Einstein, mais qui pensent qu'elle est incomplète.

Si vous prenez par exemple la gravité selon Newton : cette théorie marche très bien jusqu'à ce que vous atteigniez des vitesses ou les effets de la relativité d'Einstein deviennent mesurables. Et ce ne sont pas forcément d'ailleurs des vitesses très proches de celle de la lumière. Ainsi, les horloges à bord des satellites GPS subissent les effets de la relativité et il faut en tenir compte. Sans Einstein, pas de GPS comme nous le connaissons pour simplifier ! L'idée est donc que dans des situations extrêmes comme les trous noirs ou des étoiles denses, on puisse faire des mesures qui montrent les limites de la relativité. Pour le moment, ça n'a jamais été le cas.

Il a fallut six ans à l'équipe d'astronaumes pour vérifier la théorie d'Albert Einstein. Comment s'est déroulée leur expérience ? Pourquoi avoir choisir d'étudier le système PSR JO30337 + 1715 ?

Il s'agit d'un système composé de 3 étoiles : 2 naines blanches et une étoile à neutron. Ce sont des astres extrêmement denses. Une naine blanche par exemple a environ la taille de la Terre mais la masse de notre Soleil ! En bref, ce sont d'extraordinaires "cadeaux" scientifiques de l'Univers où se déroulent des conditions qu'on ne peut même pas rêver de faire en laboratoire. Dans le cas d'astres aussi denses avec des champs gravitationnels aussi forts, certains effets de la relativité sont plus évidents à observer. Enfin, quand je dis évident, je devrais modérer mes mots car tout le problème est justement de disposer d'instruments de pointe permettant les mesures ! La difficulté technologique de réaliser les mesures sur un système situé à 4200 années-lumière explique en partie pourquoi il a fallu 6 ans.
L'autre facteur est qu'il faut accumuler les données sur plusieurs années pour vérifier que tout se passe comme prévu par Einstein... ou non. Ici, c'est le principe d'équivalence qui a été mis à l'épreuve, une des pierres angulaires de la théorie. Or, les observations ont montré que 2 astres de masses différentes étaient attirés par le troisième de la même façon. Le principe d'équivalence a été confirmé, y compris dans des conditions extrêmes qui normalement auraient montré une déviation si l'édifice d'Einstein présentait une faille.

Pourquoi les scientifiques ont-ils attendu 2018 pour tester l'applicabilité de la relativité générale dans des conditions extrêmes ? Les moyens techniques ne permettaient-ils pas de la tester auparavant ?

En fait ils n'ont pas attendu. Cela fait 100 ans qu'on "torture" la théorie de la relativité. Et ça fait partie de la démarche scientifique. Après, comme je l'ai rapidement évoqué en répondant à la question précédente, il y a les limites techniques. Même si l'Univers nous offre par moment des sortes de laboratoires de l'extrême, être capables de les observer avec la précision requise s'avère souvent tout simplement hors de portée de notre technologie. Regardez le cas des ondes gravitationnelles prévues par la relativité. On a cherché à les détecter depuis un moment, mais ce n'est que très récemment que les détecteurs ont atteint la précision nécessaire pour y parvenir.

Si l'on sait que cette théorie s'applique à des conditions extrêmes, cela veut-il dire qu'elle s'applique à tout type de conditions ? Autrement dit, que le principe ne relativité ne peut plus être remis en question ?

Je ne suis pas certain que les scientifiques raisonneront de cette façon. Pour le moment, les limites à l'intérieur desquelles l'extraordinaire édifice théorique d'Albert Einstein s'applique ne cessent de s'étendre. Et pour le moment, on ne fait que le confirmer. Néanmoins, il subsiste cette incompatibilité entre la description de la gravité par la relativité et la mécanique quantique. Le problème est que ces 2 approches, l'une pour l'infiniment grand et l'autre pour l'infiniment petit ne cessent d'être confirmées chacune dans leur domaine. Concilier les 2 est donc un immense défi et pour le moment, on cherche toujours..