DE SITTER WILLEM (1872-1934)

Le Néerlandais Willem De Sitter est connu pour ses importants travaux en physique mathématique, et en particulier pour avoir le premier établi en 1917 la possibilité mathématique d’un Univers en expansion dans le cadre de la théorie de la relativité générale dont Albert Einstein venait de proposer le formalisme.

Issu d’une lignée de juristes, fils d’un juge, de Sitter est né le 6 mai 1872 à Sneek dans la province de la Frise au nord des Pays-Bas. Après des études secondaires à Arnhem, il opte pour des études supérieures en mathématiques à l’université de Groningue. Il y prend goût à la physique expérimentale et fréquente le laboratoire d’astronomie où le professeur Jacobus Kapteyn l’initie aux recherches menées en liaison avec les observations du ciel austral conduites par l’astronome David Gill à l’observatoire du Cap en Afrique du Sud. Invité à rejoindre l’équipe d’astronomes, il passe deux ans au Cap après avoir achevé sa licence en mathématiques. Nommé assistant au laboratoire d’astronomie de Groningue en 1899, il y obtient le grade de docteur deux ans plus tard avec une thèse titrée Discussion des observations héliométriques des satellites de Jupiter.

Nommé professeur d’astronomie à l’université de Leyde en 1908, il s’intéresse aux conséquences astronomiques de la théorie de la relativité. En 1916, il prédit la variation de l’axe de rotation d’un objet soumis au champ de gravitation d’un astre lui-même dépourvu de mouvement de rotation. Cette précession géodésique – appelée « effet Einstein-De Sitter » – a été observée en 2004-2005 avec une précision de 0,5 p. 100 par l’expérience Gravity Probe B, au cours de laquelle quatre gyroscopes ont été placés en orbite autour de la Terre.

Lorsque Einstein développe en 1917 un modèle cosmologique fondé sur les équations de la relativité générale, il fait l’hypothèse d’un Univers homogène, isotrope et statique, c’est-à-dire dont les propriétés à grande échelle ne varient pas. En novembre de la même année, dans un article titré « À propos de la théorie d’Einstein de la gravitation et de ses conséquences astronomiques », De Sitter adopte une position originale qui le mène à des conclusions drastiquement différentes. Il démontre d’abord l’existence d’un Univers courbe – de géométrie riemannienne ou elliptique – qui respecte les équations d’Einstein même en l’absence de matière. Si l’on introduit des particules dans un tel Univers fini, elles se repoussent et induisent une croissance de la taille de l’Univers. De Sitter invente ainsi le concept d’ expansion de l’Univers que de nombreuses observations astronomiques viendront conforter. Il en déduit une estimation de la taille de l’Univers actuel et du nombre de galaxies qu’il contient. Les progrès subséquents de l’observation lointaine montreront que ces estimations sont assez grossièrement erronées.

Einstein élève d’abord des objections sur le modèle cosmologique de De Sitter, affirmant en 1918 qu’« un argument de poids [lui] semble s’opposer à la recevabilité de cette solution ». Les théories cosmologiques proposées en 1922 par Alexandre Friedmann et en 1927 par Georges Lemaître compléteront le tableau des modèles d’Univers en expansion. Einstein et De Sitter écriront ensemble en 1932 un court article, « Sur la relation entre l’expansion et la densité moyenne de l’Univers » ; dans ce travail, ils discutent l’hypothétique existence d’une importante quantité de matière sombre non détectée. Cette « matière noire », dont les effets gravitationnels semblent maintenant prouvés, est devenue un domaine majeur de recherche. De Sitter meurt le 20 novembre 1934 à Leyde (Pays-Bas).

— Bernard PIRE