La théorie de la relativité d’Einstein : tout ce que vous devez savoir en un seul article

Les théories d’Einstein sur la relativité étaient révolutionnaires et très influentes. Un siècle plus tard, des expériences sont toujours menées pour les tester.

La théorie de la relativité d'Einstein
La théorie de la relativité d’Einstein

Albert Einstein (1879 – 1955) est ce que l’on pourrait appeler un “nom connu”, et ce pour une bonne raison. Grâce aux immenses contributions qu’il a apportées tout au long de sa vie dans plusieurs domaines scientifiques, le nom d’Einstein est devenu synonyme de génie.

C’est aussi grâce à lui que l’image du scientifique aux cheveux blancs et à l’attitude excentrique est née. Même ceux qui ne sont pas très versés dans la physique, la cosmologie ou la mécanique quantique devraient reconnaître le terme de relativité (ou l’élégante équation E=mc²).

Cette théorie, qui a révolutionné notre compréhension de l’univers, est sans doute la contribution la plus profonde et la plus durable d’Einstein. Et bien que la relativité ait été proposée il y a plus d’un siècle, elle est encore testée et vérifiée aujourd’hui. Mais d’abord, un peu de contexte…

Ce que l’on sait peut-être moins, c’est qu’Einstein n’a pas inventé le terme “relativité”. Le mérite en revient à Galileo Galilei (1564-1642), qui a proposé ce concept (également connu sous le nom d’invariance galiléenne) pour défendre le modèle héliocentrique de l’univers.

Le navire de Galilée

Dans le cadre de sa promotion du modèle héliocentrique, Galilée a soutenu que les lois du mouvement sont les mêmes dans tous les cadres inertiels. Cela est devenu connu sous le nom de relativité (ou invariance) galiléenne, qui se résume comme suit :

“[L]es deux observateurs se déplaçant à vitesse et direction constantes l’un par rapport à l’autre obtiendront les mêmes résultats dans toutes les expériences mécaniques.”

Il a décrit ce principe pour la première fois en 1632 dans son traité Dialogue sur les deux principaux systèmes du monde , qui était sa défense du modèle héliocentrique de Copernic. Pour illustrer cela, il a utilisé l’exemple d’un navire naviguant à une vitesse constante sur une eau lisse.

Selon Galilée, pour un observateur situé sous le pont, il serait difficile de savoir si le navire est en mouvement ou immobile. De plus, si la personne sur le pont laissait tomber une balle sur son pied, elle aurait l’impression de tomber directement vers le bas (alors qu’en fait, elle avancerait avec le navire en tombant).

Cet argument permettait de montrer que la Terre pouvait se déplacer dans l’espace (c’est-à-dire être en orbite autour du Soleil), mais que les observateurs se trouvant à sa surface n’en étaient pas immédiatement conscients.

De même, Galilée aurait mené des expériences sur la chute de corps, au cours desquelles il aurait lâché des balles de différentes masses depuis la tour penchée de Pise.

Bien que cette histoire soit considérée comme apocryphe, Galilée a observé que des objets de masses différentes tombent au sol à la même vitesse lorsqu’ils sont libérés d’un point élevé.

Ceci était contraire à la pensée conventionnelle (aristotélicienne) selon laquelle la vitesse de chute d’un objet dépendait de sa masse. Galilée a également ajouté que les objets conservaient leur vitesse à moins qu’une force extérieure ne vienne entraver cette vitesse.

Ces observations ont inspiré le polymathe britannique Isaac Newton, qui les a combinées en un seul système qui restera une convention acceptée pendant des siècles (connu par la suite sous le nom de physique newtonienne).

La pomme de Newton

À la fin du 17e siècle, Sir Isaac Newton (1642 – 1726/27) a utilisé ce principe et les observations de Galilée sur la gravité pour développer ses Trois lois du mouvement et sa Loi de la gravitation universelle. Les Trois Lois stipulent que :

Les trois lois de Newton ont effectivement étendu la gravité au-delà de la terre, en affirmant que la même force qui fait tomber une pomme d’un arbre fait également tourner la lune autour de la terre et les planètes autour du soleil.

La gravitation universelle stipule que tout corps dans l’univers attire les autres corps avec une force directement proportionnelle au produit de leurs masses et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare.

Mathématiquement, cela s’exprime par F = G m1m2/r², où F est la force gravitationnelle entre deux objets, m1 et m2 sont les masses des objets, r est la distance entre eux et G est la constante gravitationnelle.

Ces théories contenaient invariablement deux conclusions sur la nature de l’espace et du temps. Premièrement, qu’un cadre inertiel est un point de référence à un “espace absolu”. Deuxièmement, que tous les cadres inertiels partagent un temps universel. En d’autres termes, le temps et l’espace sont absolus et séparés.

Ce n’est qu’à la fin du XIXe siècle et au début du XXe siècle que la physique newtonienne a connu de sérieux problèmes. Grâce aux nombreuses découvertes dans le domaine de la physique atomique et subatomique, la nature de la matière et de l’énergie, du temps et de l’espace a été remise en question.

Finalement, c’est un physicien théoricien vivant en Suisse (et travaillant dans un bureau de brevets) qui allait proposer une théorie qui allait s’avérer révolutionnaire. Ce n’est autre qu’Albert Einstein, dont la théorie de la relativité se compose de deux parties.

La première, sa théorie de la relativité restreinte, traite de l’électromagnétisme et du comportement de la lumière (en termes d’espace et de temps). La seconde, la relativité générale, traitait des champs gravitationnels (en relation avec l’espace et le temps).

Théorie de la relativité restreinte

En 1905, Einstein a vécu ce qu’il a appelé son annus mirabilis (“année miracle”), au cours de laquelle il a publié plusieurs articles révolutionnaires alors qu’il travaillait au bureau des brevets de Berne, en Suisse.

Auparavant, les scientifiques se heurtaient aux incohérences entre la physique newtonienne et les lois de l’électromagnétisme (qui font partie de la nouvelle mécanique quantique).

Elles ont été façonnées par les travaux des physiciens James Clerk Maxwell (1831-1879) et Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928) – plus précisément, par les équations de Maxwell et la loi de puissance de Lorentz.

Les équations de Maxwell sont un ensemble d’équations différentielles qui fournissent un modèle mathématique pour le comportement de l’électricité, du magnétisme et des phénomènes connexes. Essentiellement, ils expriment la façon dont les champs électriques et magnétiques fluctuants se propagent avec une vitesse constante (c) dans le vide.

La force de Lorentz, quant à elle, décrit la force électromagnétique qui s’exerce sur une particule chargée lorsqu’elle se déplace dans un champ électrique et magnétique. Si ces domaines de recherche décrivaient avec précision le comportement des ondes électriques et magnétiques, ils n’étaient pas compatibles avec la physique newtonienne, qui était encore dominante à l’époque.

Ces incohérences sont devenues particulièrement claires lorsqu’il s’est agi de déterminer comment la lumière se déplace d’un point à un autre. Au XIXe siècle, les scientifiques avaient réussi à calculer la vitesse de la lumière en se basant sur des expériences avec des ondes électromagnétiques.

Cela a permis de réaliser que la lumière est bien une onde électromagnétique et qu’elle se comporte de la même manière. Malheureusement, cela posait un certain nombre de problèmes théoriques. Comme tout autre type d’onde (par exemple, le son), le phénomène nécessite un milieu pour se propager.

Au début du 20e siècle, le consensus scientifique était que la lumière voyage à travers un milieu mobile dans l’espace et est donc entraînée par ce milieu. Pour expliquer cela, les scientifiques ont postulé que l’espace était rempli d’un mystérieux “éther lumineux”.

En bref, cela signifie que la vitesse de la lumière – 299 792 458 m/s (300 000 km/s ; 186 000 mps) – est la somme de sa vitesse dans l’éther et de la vitesse de cet éther. En d’autres termes, la vitesse (mesurée) de la lumière n’était pas absolue et dépendait du milieu dans lequel elle se propageait.

L’une des conséquences de ce phénomène est que l’éther lui-même est soit emporté par la matière en mouvement, soit transporté avec elle. Malheureusement, cela ne correspondait pas aux résultats expérimentaux et posait de nombreux problèmes théoriques.

Par exemple, l’expérience du tube d’eau de Fizeau (1851) a permis de mesurer la vitesse de la lumière lorsqu’elle traverse l’eau. Si la théorie actuelle de la propagation de la lumière était correcte, l’expérience aurait montré une réduction significative de la vitesse.

Et si les résultats ont montré que la lumière voyageant dans un milieu est soumise à une résistance, l’effet n’était pas aussi important que prévu. D’autres expériences ont donné des résultats similaires, comme l’hypothèse de l’éther partiel de Fresnel et les expériences de Sir George Stokes.

Cela a laissé les scientifiques perplexes. En 1905, Einstein s’est attaqué à ces incohérences dans son article fondamental ” Sur l’électrodynamique des corps en mouvement“.

Einstein y affirme que la vitesse de la lumière (c) est constante dans le vide, quel que soit le cadre inertiel de la source ou de l’observateur. Cette théorie est devenue la théorie de la relativité restreinte d’Einstein, souvent résumée par la simple équation E=mc² (où E représente l’énergie, m la masse et c la vitesse de la lumière).

Cette théorie allait bouleverser des siècles d’orthodoxie scientifique et être révolutionnaire par sa simplicité et la manière dont elle résolvait les contradictions entre l’électromagnétisme et la mécanique classique.

Elle a notamment réconcilié les équations de Maxwell pour l’électricité et le magnétisme avec les lois de la mécanique newtonienne. Elle a également simplifié les mathématiques en se passant des explications superflues et en rendant inutile l’existence d’un éther.

La théorie d’Einstein a également introduit l’idée que lorsqu’un objet s’approche de la vitesse de la lumière, des changements majeurs se produisent par rapport à l’espace-temps. Cela inclut la dilatation du temps, où la perception du temps ralentit pour l’observateur à mesure qu’il se rapproche de c.

Tout ceci aurait pour effet de bouleverser la mécanique classique. Alors que la pensée conventionnelle supposait que la matière et l’énergie étaient distinctes, la théorie d’Einstein proposait essentiellement que les deux étaient des expressions de la même réalité.

En d’autres termes, vous ne pouvez pas vous déplacer dans l’espace sans vous déplacer dans le temps.

Théorie générale de la relativité

Entre 1907 et 1915, Einstein a commencé à réfléchir à la manière dont sa théorie de la relativité restreinte pourrait être appliquée aux champs gravitationnels. C’était une autre pierre d’achoppement pour les scientifiques modernes, qui ont commencé à remarquer que la loi de la gravitation universelle de Newton avait des limites.

Là encore, grâce à des percées dans le domaine de l’électromagnétisme, des incohérences ont été découvertes. Par exemple, en 1865, James Clerk Maxwell a publié son œuvre majeure ” Une théorie dynamique du champ électromagnétique“.

À la fin de cet article, il a fait les commentaires suivants sur la gravitation :

Cependant, Maxwell s’est rendu compte que cela soulevait un paradoxe. Fondamentalement, l’attraction de corps similaires signifierait que l’énergie du milieu environnant diminuerait en présence de ces milieux. Sans trouver une cause à la gravité, Maxwell a admis qu’il était incapable de résoudre ce problème.

En 1900 et 1905, Lorentz et le mathématicien Henri Poincaré ont théorisé que la gravité pouvait être liée à la propagation de la lumière, ce qui correspondait à ce qu’Einstein allait finalement soutenir avec sa théorie générale de la relativité.

En 1907, Einstein publie le premier d’une série d’articles qui tenteront de clarifier ces questions. Intitulé ” Sur le principe de la relativité et les conclusions qui en découlent “, Einstein explique comment la règle de la relativité restreinte peut également s’appliquer à l’accélération.

Dans ces travaux, Einstein a proposé le principe d’équivalence, qui stipule que la masse gravitationnelle est identique à la masse inertielle. Pour illustrer son propos, il a déclaré que l’accélération des corps vers le centre de la terre à un taux de 1 g (g = 9,81 m/s2) est équivalente à l’accélération d’un corps en mouvement inertiel qui serait observé sur une fusée dans l’espace libre accélérant à un taux de 1g.  La chute libre est donc en réalité de l’inertie et l’observateur ne subit donc aucun champ gravitationnel.

À cet égard, Einstein a soutenu que l’espace et le temps – que la physique classique prétendait également séparés – étaient deux expressions de la même chose.

En 1911, Einstein développe son article de 1907 dans un nouveau document intitulé “De l’influence de la gravitation sur la propagation de la lumière”. Il y prédisait qu’un objet s’éloignant en accélérant d’une source gravitationnelle verrait le temps passer plus vite qu’un objet immobile dans un champ gravitationnel immuable.

Ce phénomène est connu sous le nom de dilatation gravitationnelle du temps, où la perception du temps diffère en fonction de la distance de l’observateur par rapport à une masse gravitationnelle ou de sa position dans un champ gravitationnel.

Dans le même article, il prédit la diffraction de la lumière dans un champ gravitationnel et le décalage vers le rouge gravitationnel (également connu sous le nom de décalage Doppler). La première est une conséquence du principe d’équivalence, selon lequel le passage de la lumière est affecté par la courbure de l’espace-temps et sa déviation dépend de la masse du corps concerné.

Cette dernière concerne la lumière qui quitte un corps massif (comme une étoile ou une galaxie lointaine) et qui est ensuite décalée vers l’extrémité rouge du spectre parce qu’elle perd de l’énergie pour échapper aux champs gravitationnels (voir ci-dessous).

Ces arguments ont été particulièrement influents car (contrairement à ce que soutenait Einstein en 1907) ils pouvaient être vérifiés par des observations astronomiques. Au cours des années suivantes, Einstein rédige plusieurs autres articles développant ses théories de la gravité, et en 1915, celles-ci commencent à être acceptées.

Depuis lors, la relativité générale a été confirmée par plusieurs expériences et est devenue un élément central de l’astrophysique moderne. Il jouerait un rôle dans le développement des théories sur les trous noirs, l’expansion cosmique, l’énergie sombre et d’autres aspects de la cosmologie moderne.

Comment la théorie de la relativité a-t-elle été testée (et confirmée) ?

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La relativité restreinte (RS) et la relativité générale (RG) ont toutes deux été testées et confirmées à plusieurs reprises au cours du siècle dernier.

En fait, même avant la théorie des RS d’Einstein, il existait une base expérimentale (qui l’a finalement conduit à élaborer sa théorie). En outre, les scientifiques n’ont pas tardé à adopter ses théories pour faire de nouvelles percées.

Mais ce n’est vraiment que dans les décennies qui ont suivi la proposition de la relativité que les théories d’Einstein ont été examinées et testées de manière aussi approfondie. En fait, une grande partie de ce que les astronomes ont appris sur notre univers depuis qu’Einstein a proposé la RS et la RG ont renforcé ses théories.

Périhélie de Mercure

Tout d’abord, GR a résolu un problème que les astronomes tentaient de résoudre depuis 1859, à savoir la nature étrange de l’orbite de Mercure. Pendant des siècles, les astronomes se sont appuyés sur la mécanique newtonienne pour calculer l’orbite de Mercure autour du Soleil.

Si cette mécanique pouvait expliquer l’excentricité de l’orbite de la planète, elle ne pouvait pas expliquer pourquoi le point où Mercure atteint le périhélie (le point le plus éloigné de son orbite) se déplaçait autour du Soleil au fil du temps.

Ce problème était appelé “précession du périhélie” de Mercure, ce qui n’avait aucun sens selon la physique classique, puisque selon Newton, le point du périhélie était fixe dans tout système à deux corps.

Un certain nombre de solutions ont été proposées, mais elles avaient tendance à introduire plus de problèmes qu’elles n’en résolvaient. Cependant, la théorie GR d’Einstein – dans laquelle la gravité est médiée par la courbure de l’espace-temps – était en accord avec l’étendue observée de la rotation du périhélie.

C’était l’une des premières prédictions d’Einstein, mais certainement pas la dernière, qui allait se réaliser. En voici quelques autres…

Trous noirs et ondes gravitationnelles

L’une des prédictions de la RG est qu’une masse suffisamment compacte pourrait déformer l’espace-temps au point que, dans sa limite extérieure (également appelée horizon des événements), le temps cesse et les lois de la physique deviennent indiscernables.

L’une des conséquences de ce phénomène est que la force gravitationnelle dépasserait en fait la vitesse de la lumière, faisant de cette masse compacte le “corps noir” idéal – ce qui signifie qu’aucun rayonnement électromagnétique (y compris la lumière) ne pourrait s’en échapper.

Si les scientifiques avaient déjà théorisé sur de telles masses, Karl Schwarzschild a été le premier à proposer l’existence de “trous noirs” comme solution à la RG. En 1916, il a calculé le rayon qu’une masse devrait atteindre pour devenir un trou noir (connu par la suite sous le nom de rayon de Schwarzschild).

Pendant des décennies, les trous noirs sont restés une curiosité scientifique. Mais dans les années 1960, souvent qualifiées d'”âge d’or de la relativité générale”, les recherches sur la relativité générale et les phénomènes cosmologiques ont commencé à démontrer l’influence des trous noirs.

Dans les années 1970, les astronomes ont découvert qu’une source radio située au centre de la Voie lactée (Sagittarius A*) possédait également une composante brillante et très compacte. Avec les observations ultérieures de la région environnante, cela a conduit à la théorie selon laquelle Sag A* est en fait un trou noir supermassif (SMBH).

Depuis lors, les astronomes ont observé que la plupart des galaxies massives ont un noyau actif similaire qui les fait briller dans les régions radio, infrarouge, rayons X et rayons gamma. On a même découvert que des jets de matière surchauffée sortaient de leur cœur et s’étendaient sur des millions d’années-lumière.

En 2016, les scientifiques de l’observatoire Laser Interferometer Gravitational wave Observatory (LIGO) ont annoncé qu’ils avaient détecté des ondes gravitationnelles pour la première fois. Prévu à l’origine par la théorie de la gravité, ce phénomène consiste essentiellement en des ondulations de l’espace-temps causées par des événements cataclysmiques.

Il s’agit notamment d’événements tels que la fusion de trous noirs binaires ou d’étoiles à neutrons, la fusion de trous noirs avec des étoiles à neutrons ou les collisions entre d’autres objets compacts. Depuis 2016, plusieurs événements liés aux ondes gravitationnelles ont été détectés.

Le 10 avril 2019, le projet scientifique collaboratif connu sous le nom de The Event Horizon Telescope (EHT) a annoncé la toute première image directe de l’horizon des événements entourant un SMBH – au cœur de Messier 87.

Constante cosmologique et énergie sombre

Une autre conséquence des équations de champ de la relativité était que l’univers devait être soit en état d’expansion, soit en état de contraction. Curieusement, cela ne convenait pas à Einstein, qui préférait croire que l’univers était statique et stable.

Pour contrer ce phénomène, Einstein a imaginé une force qui “retiendrait” la gravité, afin que l’univers ne s’effondre pas sur lui-même. Il a appelé cette force la “constante cosmologique”, qui était scientifiquement représentée par le chiffre Lamba (Λ).

Mais en 1929, l’astronome américain Edwin Hubble a résolu le problème grâce à sa découverte de galaxies voisines. Après avoir mesuré leur décalage vers le rouge, il a découvert que la majorité des galaxies de l’univers s’éloignaient de la nôtre.

En bref, l’univers était en état d’expansion, dont la vitesse est connue sous le nom de constante de Hubble. Einstein accepte gracieusement la découverte, affirmant que la constante cosmologique est “la plus grande erreur” de sa carrière.

Dans les années 1990, cependant, les astronomes ont été en mesure de faire des observations qui ont permis de regarder de plus en plus loin dans le cosmos (et par conséquent de remonter plus loin dans le passé). Ces observations semblaient montrer que le taux d’expansion de l’univers était en fait en augmentation.

Selon la théorie actuelle, depuis la toute première période observable de l’univers (environ un milliard d’années après le Big Bang) jusqu’à environ dix milliards d’années après le Big Bang, l’univers était dominé par la gravité et s’étendait plus lentement.

Mais il y a quatre milliards d’années, les structures à grande échelle de l’univers étaient suffisamment éloignées les unes des autres pour que l’énergie sombre devienne la force dominante et que tout commence à s’éloigner plus rapidement. La force mystérieuse d’Einstein qui “retenait la gravité” avait été découverte !

Preuves expérimentales de la théorie de la relativité

Depuis 1905, des centaines d’expériences d’une ampleur et d’une variété incroyables ont été menées et ont confirmé la RS. Parmi celles-ci, plusieurs expériences ont confirmé que la lumière est isotrope (c’est-à-dire qu’elle a les mêmes propriétés lorsqu’elle est mesurée dans n’importe quelle direction).

Parmi celles-ci, citons l’expérience de Michelson-Morley (MMX) de 1887, qui visait à mesurer la vitesse de la lumière dans des directions perpendiculaires à l’aide d’un interféromètre – un dispositif qui combine deux sources lumineuses pour former un motif d’interférence.

Il s’agissait de prouver le mouvement relatif de la matière (en l’occurrence la Terre) à travers “l’éther lumineux”. L’expérience a été un échec, car elle a montré qu’il n’y avait pas de différence significative entre la vitesse de la lumière dans la direction de l’orbite de la Terre et la vitesse de la lumière à angle droit.

Des expériences similaires ont été menées tout au long du début du XXe siècle avec divers appareils et instruments de plus en plus sensibles, mais toutes ont donné le même résultat (nul).

Dans la seconde moitié du XXe siècle, des expériences ont été menées avec des lasers pour mesurer l’isotropie de la lumière. Ces expériences consistaient à mesurer la vitesse unidirectionnelle et orbitale de la lumière et utilisaient des objets fixes et mobiles.

Ces expériences ont également donné des résultats nuls, ce qui est cohérent avec la RS. Par rapport aux expériences qui n’ont pas réussi à confirmer la présence ou l’influence d’un “éther”, la solution d’Einstein reste à ce jour la plus élégante et la plus complète.

En ce qui concerne la relativité générale (RG), de vastes campagnes d’observation ont été menées pour montrer ses effets prédits à l’œuvre. Par exemple, en 2017, une équipe d’astronomes européens a montré comment vingt années d’observations de Sagittarius A* – le trou noir supermassif (SMBH) au centre de notre galaxie – ont confirmé les prédictions d’Einstein et de la GR.

En utilisant les données du Very Large Telescope (VLT) de l’Observatoire européen austral au Chili et d’autres télescopes, ils ont observé trois étoiles en orbite autour de Sagittarius A* et noté son influence sur leur excentricité.

Ils ont découvert que l’une des étoiles (S2) a une orbite particulièrement elliptique autour du SMBH, qui lui prend 15,6 ans pour se terminer. À son point le plus proche, elle se trouve à 120 fois la distance entre le Soleil et la Terre (120 UA). Ces déviations orbitales étaient cohérentes avec la GR.

Effet de lentille gravitationnelle et redshift

Peu après qu’Einstein ait proposé sa théorie sur le comportement de l’espace-temps en présence d’un champ gravitationnel, l’occasion s’est présentée de la tester. En 1919, les astronomes savaient qu’une éclipse totale de soleil se produirait le 29 mai, ce qui constituait une opportunité.

Einstein et l’astronome allemand Erwin Finlay-Freundlich ont invité des scientifiques du monde entier à tester la RG en mesurant la déviation de la lumière pendant cet événement.

Sir Arthur Eddington, astronome britannique et communicateur scientifique qui savait expliquer des concepts tels que la relativité, a relevé le défi et a entrepris une expédition sur l’île de Principe (au large de la Guinée équatoriale, en Afrique).

Pendant l’éclipse, les rayons du soleil ont été obscurcis par la présence de la lune, révélant les étoiles qui l’entourent. Eddington a pris des photos de ces étoiles et a confirmé que la trajectoire de leur lumière était décalée par l’influence gravitationnelle du soleil.

Le 7 novembre 1919, le Times publie les résultats de sa campagne sous le titre : ” Révolution dans la science – Nouvelle théorie de l’univers – Idées newtoniennes renversées“.

Cet effet, qui affecte le passage de la lumière à travers un objet de grande taille, a conduit à la méthode connue sous le nom de “lentille gravitationnelle”. Cela permet de profiter de la présence d’un grand objet céleste (étoiles, galaxies, amas de galaxies, trous noirs, etc.) pour observer des objets situés au-delà.

En fait, les astronomes ont découvert que lorsqu’il y a un alignement presque parfait entre une source de lumière, une lentille gravitationnelle et un observateur, la lumière est déformée en un anneau – ce qu’on appelle maintenant un “anneau d’Einstein”.

Double anneau d'Einstein
Double anneau d’Einstein

Cet effet a été observé régulièrement par les astronomes, notamment grâce à l’utilisation de télescopes spatiaux comme Hubble. Un bon exemple de cela a eu lieu en 2018 lorsqu’une équipe de scientifiques internationaux a utilisé un amas de galaxies pour examiner l’étoile unique la plus lointaine jamais observée (nommée Icarus, située à 9 milliards d’années-lumière).

Un autre élément qui confirme la relativité générale est la façon dont le rayonnement électromagnétique est étiré par la présence d’un champ gravitationnel.  Il s’agit du phénomène susmentionné appelé “redshift”, où l’influence d’un champ gravitationnel entraîne un allongement de la longueur d’onde de la lumière.

En d’autres termes, la lumière émanant d’un objet céleste lointain (une étoile, une galaxie ou un amas de galaxies) est décalée vers l’extrémité rouge du spectre. L’ampleur du décalage vers le rouge est ensuite utilisée pour calculer la masse du champ gravitationnel qui agit sur elle.

Le décalage vers le rouge est également utilisé pour mesurer le taux d’expansion de l’univers, car la lumière provenant de galaxies lointaines est étirée par l’espace qui sépare la source de lumière de l’observateur.

Cependant, elle a également été utilisée comme méthode pour tester les RG, notamment en observant le comportement de la lumière en présence d’un trou noir. Les observations d’une étoile en orbite autour de Sagittarius A* en sont un bon exemple.

L’équipe responsable était composée de membres de la collaboration GRAVITY qui ont utilisé le VLT pour observer S2 lors de son passage devant le trou noir – ce qui s’est produit en mai 2018. Au point le plus proche de son orbite, l’étoile se trouvait à 20 milliards de kilomètres du SMBH, se déplaçant à près de trois pour cent de la vitesse de la lumière.

En accord avec la théorie de la gravité, l’équipe a observé un décalage vers le rouge gravitationnel qui augmentait à mesure que S2 se rapprochait de Sagittarius A*. Le champ gravitationnel très puissant du trou noir a étiré la longueur d’onde de la lumière des étoiles et l’a fait glisser vers l’extrémité rouge du spectre.

Lorsqu’Einstein a commencé sa carrière de physicien théoricien, il est entré dans un monde au bord de la révolution. Les anciennes conventions étaient remises en question en raison de désaccords avec de nouvelles découvertes qui posaient toutes sortes de problèmes.

À sa mort, Einstein a laissé un héritage difficile à égaler dans l’histoire de la science. Il a proposé une synthèse des anciennes et nouvelles théories et a créé une nouvelle compréhension de l’interaction entre l’espace-temps, la matière et l’énergie.

En outre, il a été à l’origine de percées qui allaient conduire à de nombreuses autres révolutions scientifiques. Aujourd’hui, plus de cent ans plus tard, ses théories sont toujours valables et contribuent à notre compréhension de l’univers.