Les 100 ans de la théorie de la relativité d’Einstein !

Fin 1915, Einstein présente à la communauté scientifique sa théorie de la relativité générale. Une révolution scientifique qui a profondément modifié le concept d’espace-temps et étendu la relativité à la gravitation universelle de Newton. À l’occasion du centenaire de cette théorie, le palais de la Découverte, à Paris, lui consacre une exposition didactique et accessible à tous pour en comprendre le fonctionnement et les applications. Pas inutile de le rappeler au cours de cette semaine de la fête de la science

Cette exposition est une plongée dans les idées souvent simples mais toujours géniales qui ont permis l’émergence de cette théorie de la gravitation qu’est la relativité générale.

C’est en 1905 qu’Albert Einstein opère une première rupture avec la physique classique issue des idées de Galilée, en développant la théorie de la relativité restreinte. Celle-ci donne naissance, entre autres, à l’important concept d’espace-temps. Espace et temps ne sont plus des grandeurs absolues mais dépendent l’une de l’autre. Idée déconcertante qui implique qu’un observateur voit une horloge en mouvement tourner moins vite qu’une horloge fixe.

Dix ans plus tard, Albert Einstein étend la relativité restreinte pour en faire une théorie de la gravitation. Le monde réalise alors que les masses courbent l’espace-temps.

Selon la relativité restreinte, dans un système Galiléen (un système qui se déplace par rapport à un repère fixe à vitesse constante), la description d’un phénomène est indépendante du système de référence utilisé. Pour mieux comprendre cette théorie, on utilise souvent l’exemple d’un train qui se déplace à vitesse constante sur une ligne droite, par rapport à la station de gare (repère fixe) ou par rapport à un autre train (repère mobile). Dans les deux cas, les lois de la physique restent les mêmes et il est donc impossible de savoir lequel des deux repères est vraiment en mouvement et lequel est immobile.

La relativité restreinte postule également que la vitesse de la lumière est constante dans n’importe quel repère Galiléen. Elle n’est plus soumise à la loi d’addition des vitesses. Exemple : si vous vous déplacez dans le sens du déplacement du train à une vitesse de quatre km/heure dans un train qui roule à 200 km/h, votre vitesse par rapport au référentiel « Rail » sera de 204 km/h. Mais si vous actionnez une lampe-torche dans le sens de déplacement du même train, la vitesse de la lumière émise par cette lampe ne sera pas de 300200 km/s, par rapport au référentiel « rail » mais restera invariable à 300 000 km/seconde !

Einstein montre donc que les mesures de temps et de distance dépendent des mouvements relatifs de l’observateur et l’objet observé. Il montre également que la vitesse da la lumière « C » (célérité) reste, elle, invariante. Il montre enfin que la mesure d’un intervalle de temps est une mesure qui est toujours relative au système de référence dans lequel elle est effectuée.

Au quotidien, l’application la plus claire est le système GPS. À cause de la différence d’intensité du champ de gravitation entre le sol terrestre et l’altitude des satellites, la relativité générale nous enseigne que le temps ne doit pas s’écouler à la même vitesse. Si l’on néglige cet effet, le positionnement par GPS ne fonctionne pas en effet §

Dans un récent et passionnant numéro de « Science&Avenir », consacré à la relativité, l’ensemble des scientifiques interrogés sont   unanimes, non seulement pour reconnaître leur immense dette à l’égard d’Einstein mais également pour souligner que la relativité générale reste, un siècle après sa formulation, le cadre scientifique et conceptuel de référence incontournable pour comprendre notre Univers et sa genèse.

Einstein avait évidemment raison de s’émerveiller devant la beauté et la cohérence du monde et de dire que « Ce qui est incompréhensible, c’est que l’Univers nous soit compréhensible ». En ces temps où l’ignorance, l’obscurantisme, la haine du savoir et la négation de la raison sont malheureusement à l’œuvre , il est plus que jamais nécessaire de rappeler quelle dette immense l’Humanité toute entière doit à des hommes de l’envergure d’Albert Einstein qui nous ont rappelé, sans jamais renoncer à leur vision profondément humaniste de la nature, à quel point la raison et la science peuvent élever et émanciper l’esprit humain et ont su élargir à l’infini les horizons de la connaissance, nous révélant, pour notre plus grande joie, la splendide harmonie du réel.