ÉCLIPSE SOLAIRE DU 29 MAI 1919

L’éclipse solaire totale du 29 mai 1919 est restée célèbre, en astronomie comme en physique, car elle a permis de montrer, par l’observation et pour la première fois, que les rayons lumineux sont déviés lorsqu’en se propageant dans l’Univers ils passent à proximité d’astres de masse importante – ici le Soleil. L’angle de déviation mesuré alors est en accord avec la valeur que prédisait la théorie de la relativité générale – encore appelée théorie relativiste de la gravitation – formulée par Albert Einstein (1879-1955) en 1915. Selon cette théorie, qui a renouvelé complètement la façon dont interagissent l’espace et le temps avec la matière-énergie, l’Univers est considéré comme un espace à quatre dimensions (dit espace-temps) dans lequel la gravitation – responsable de l’attraction de corps massifs entre eux – n’est pas une propriété de ces corps, mais de cet espace-temps qui se courbe du fait de l’existence de ces masses.

Genèse de la relativité générale

La relativité restreinte, publiée en 1905 par Albert Einstein, généralise le principe selon lequel tout mouvement uniforme et rectiligne n’est pas absolu, mais relatif au système depuis lequel il est observé (référentiel). Pour conserver cette relativité du mouvement, le prix à payer est la disparition d’un temps également absolu et la conception nécessaire d’un espace-temps à quatre dimensions – le temps étant la quatrième dimension et pouvant donc varier d’un point à un autre, d’où la disparition d’un temps absolu pour tout point – pour représenter l’Univers. Cette première étape, qui traite la matière et l’énergie comme capables de s’échanger selon l’expression bien connue E = mc² (E représentant l’énergie, m la masse et c la vitesse de la lumière dans le vide), ignore toutefois comment l’espace-temps peut être modifié par la présence de cette matière-énergie responsable des forces de gravitation dévoilées plus de deux siècles plus tôt par Isaac Newton (1642-1727).

Dès 1909, Einstein cherche comment inclure la présence de matière massive dans une relativité généralisée, où même les mouvements accélérés (non uniformes) deviennent relatifs. Il formule en 1911 le principe d’équivalence, qui énonce que l’effet d’un mouvement accéléré est localement impossible à distinguer de celui produit par une force de gravitation. Einstein mettra ensuite plusieurs années à développer un outil mathématique lui permettant de mettre en relation la géométrie ( courbure) de l’espace-temps avec la quantité de masse-énergie que celui-ci renferme. Il y parvient en 1915 et présente ses résultats en novembre, devant l’académie de Prusse, lors d’une série de séances mémorables. Une seule équation, l’équation d’Einstein – qui relie non de simples nombres, ni même des vecteurs comme le font les équations de Maxwell décrivant l’électromagnétisme, mais des tenseurs –, exprime cette relation fondamentale décrivant l’Univers. Elle ne fait intervenir que deux constantes fondamentales : la vitesse de la lumière c et la constante gravitationnelle G, introduite par Newton pour fixer la valeur des forces de gravitation. Une autre quantité apparaît également, la constante cosmologique, sous forme d’une hypothèse qui, en 1919, n’en fait qu’un paramètre ajustable de l’équation.