INTERACTIONS (physique) Interaction gravitationnelle
Les tests expérimentaux
La théorie d'Einstein prédit des modifications aux orbites des planètes autour du Soleil par rapport à la théorie de Newton, modifications relativement importantes dans le cas de Mercure. Au xixe siècle, des astronomes avaient observé que le périhélie, c'est-à-dire le point le plus proche du Soleil sur l'ellipse formée par la trajectoire de Mercure, effectuait une précession lente (environ 574 secondes d'arc par siècle). Dans le cadre de la théorie de Newton et en considérant les perturbations gravitationnelles dues aux autres planètes connues, on ne pouvait rendre compte que de 531 secondes sur 574. Il restait donc une très petite avance (43 secondes d'arc par siècle) qui semblait ne pas pouvoir être expliquée. Ce fait fut noté par l'astronome Urbain Le Verrier en 1859 ; de très nombreuses hypothèses furent alors émises, diverses théories furent proposées sans qu'aucune soit vraiment convaincante. En 1915, Einstein arriva à expliquer l'avance du périhélie de Mercure grâce à sa théorie. Toutefois, dans les années 1960 des doutes sont venus du côté des astronomes : Einstein avait effectué le calcul de l'avance du périhélie de Mercure dans l'hypothèse où le Soleil était parfaitement sphérique, ce qui était tout à fait raisonnable ; or des astronomes semblaient observer que le Soleil n'était pas parfaitement sphérique. Le calcul fut donc refait en tenant compte de ces données observationnelles, mais l'on obtenait un résultat un peu supérieur aux 43 secondes d'arc par siècle. Aujourd'hui, la question reste ouverte et des projets sont menés pour déterminer précisément la forme du Soleil.
Une autre conséquence de la relativité générale, découverte par Einstein elle aussi, est que la lumière (ou plus généralement une onde électromagnétique) ne se propage plus toujours en ligne droite : la matière (étoiles, galaxies, etc.) courbe l'espace-temps en son voisinage et les rayons de lumière qui passent à proximité se trouvent donc déviés. Ainsi, la lumière d'une étoile lointaine, qui passe près du Soleil, est très légèrement déviée : 1,75 seconde d'arc. Cet effet a été observé en 1919 par une équipe dirigée par Arthur Eddington à l'île de Principe, à l'ouest de l'Afrique, et par une autre équipe, conduite par Andrew Crommelin à Sobral au Brésil. Les observations furent effectuées lors d'une éclipse pendant laquelle la Lune interceptait la lumière solaire. Il est possible de photographier ainsi le champ stellaire au voisinage du Soleil et de comparer ces photographies avec celles qui ont été prises du même champ d'étoiles lorsque le Soleil est « absent ». On en déduit la valeur de la déviation des rayons lumineux due au Soleil. La relativité générale a pu ainsi être vérifiée avec une précision de 20 p. 100 et, immédiatement à la suite de ces observations, Einstein est devenu une célébrité mondiale. Depuis cette époque, les progrès dans la technologie des ondes radio ont permis d'accroître la précision des mesures de cet effet.
Einstein a imaginé l'effet du décalage gravitationnel au tout début des recherches qui l'ont conduit à la formulation de la relativité générale. Celui-ci consiste en une variation de longueur d'onde de la lumière (ou plus généralement d'une onde électromagnétique) émise par des sources placées dans un champ gravitationnel : déplacement vers le rouge, c'est-à-dire vers les grandes longueurs d'onde, pour des ondes s'éloignant de l'objet massif, vers le bleu pour celles qui s'en rapprochent. Ce test de la relativité générale n'a été réalisé pour la première fois de façon convaincante qu'en 1960 par Robert Pound et Glen Rebka.
Notons enfin que la théorie de la relativité générale,[...]
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Écrit par
- Alain KARASIEWICZ : chercheur au Laboratoire de gravitation et cosmologie relativistes, université de Paris-VI
- Marie-Antoinette TONNELAT : professeur à la faculté des sciences de l'université de Paris-VI-Pierre-et-Marie-Curie
Classification
Médias
Gravitation entre le Soleil et une planète
Encyclopædia Universalis France
Courbure de l'espace selon Einstein
Encyclopædia Universalis France
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