Cosmologie

Dans l'exemple que nous avons choisi , nous trouvons donc 3 repères : le premier lié à la terre , le second au tracteur et le troisième à la soucoupe . Ce sont des repères galiléens .

Le problème est de définir la vitesse de la soucoupe par rapport au tracteur . Nous allons trouver V si le tracteur est immobile , V-T si le tracteur évolue dans le même sens que la soucoupe et V+T s'il évolue en sens contraire .

Einstein va découvrir que cette loi est fausse , qu'elle ne constitue qu'une approximation de la réalité .

Mais pour cela , il va falloir qu'il constate un fait étonnant : si l'immobilité est jugée par rapport aux étoiles , le tracteur étant remplacé par la terre (vitesse v) et la soucoupe par un rayon lumineux (vitesse c) , la vitesse de la lumière par rapport à la terre n'est jamais c+v ou c-v. Elle est constante et égale à c.

Il faut d'abord savoir quelles étaient les préoccupations des savants en cette fin de 19^eme siècle .

Ils cherchaient à prouver la réalité de l'éther , cette substance étrange que les grecs avaient inventé pour en modeler leurs sphères célestes et que l'on ressortait des tiroirs chaque fois qu'il fallait combler un vide théorique , en général pour expliquer le mécanisme d'une influence à distance .

Avec le développement de la théorie des champs sous l'influence de Maxwell (champ gravitationnel , magnétique, électrique, ....) l'éther prospérait et l'on cherchait notamment à expliquer comment un phénomène vibratoire tel que la lumière pouvait se propager dans le vide et sur quoi s'appuyaient ces vibrations pour provoquer l'effet lumineux . On raisonnait un peu par analogie avec le son qui avait besoin d'un milieu matériel pour se transmettre, (en faisant vibrer les molécules), et était privé d'existence dés qu'il rencontrait le vide .

Aussi curieux que cela puisse paraître , on pensait que la lumière ne pouvait se propager dans le vide que parce qu'il était plein d'éther . Dans le vide , l'éther était d'une immobilité absolue et la lumière s'y propageait avec une rectitude sans faille .

Dans les milieux réfringents , comme l'atmosphère , l'eau ou le verre , il pouvait en aller autrement .

On pensait que le mouvement du milieu réfringent avait un effet d'entraînement sur l'éther qui l'occupait , un peu comme si ce dernier était visqueux et Fresnel avait même calculé qu'un milieu d'indice optique n se mouvant à une vitesse v donnait à l'éther une vitesse av , a variant selon la loi a= 1 - 1/n². On avait découvert deux faits troublants qui semblaient confirmer cette hypothèse : d'abord l'aberration annuelle qui faisait décrire à une étoile une petite ellipse autour de l'axe d'une lunette quand on l'observait pendant une année entière…..

… et ensuite l'expérience de Fizeau qui prouvait que la vitesse de la lumière dans un tuyau rempli d'eau variait selon qu'on faisait circuler l'eau dans un sens ou dans l'autre , mais pas selon la loi espérée .

Pour résumer , la situation , tout se passait comme si l'éther était constitué de conduits empruntés par la lumière Celle - ci se déplaçait à vitesse constante par rapport au conduit qui pouvait être dévié , ralenti ou accéléré comme par un vent, selon l'influence du mouvement du milieu réfringent .

Dans l'aberration , le vent d'éther était dû à la vitesse de la terre (entraînant son atmosphère réfringente) sur son orbite, qui provoquait le déplacement du "conduit" dans un sens ou dans l'autre selon l'orientation de la trajectoire de notre planète par rapport au rayon lumineux émis par l'étoile . L'écart d'un point de l'ellipse d'aberration , par rapport à son centre (qui est le point où le rayon lumineux devrait normalement aboutir) , rend compte des variations de vitesse de la terre sur son orbite, en module et en direction, au cours d'une année . La rotation de la terre sur elle même produit aussi une aberration , mais de moindre importance.

Dans l'expérience de Fizeau , la vitesse mesurée était moins grande que prévue parce que la lumière ne se déplaçait pas dans l'eau mais dans un flux d'éther auquel le courant aquatique communiquait une vitesse

L'éther , on le voit, imprégnait tous les milieux transparents sans en modifier la nature. Il était immatériel mais d'une part , c'était grâce à ses vibrations que la lumière pouvait se propager et d'autre part , un mouvement du milieu ambiant provoquait son propre déplacement dans des proportions moindres .

Pour contrôler ce dernier point , certains pensaient que le déplacement de la terre entourée de son atmosphère sur son orbite, à 30 km/s (108.000km/h), devait provoquer un vent d'éther supérieur en intensité à ce qu'on pouvait escompter d'une autre expérience . C'est l'influence de ce vent qu'on mesurait dans l'aberration , mais elle serait à coup sûr plus importante si le rayon lumineux se déplaçait dans le plan de l'orbite terrestre .

Michelson et Morey imaginèrent un moyen d'en mesurer les effets en faisant parcourir à deux rayons lumineux en phase à l'origine, issus de la même source, des trajets soit parallèles, soit perpendiculaires par morceaux au plan de l'écliptique. Selon le cas , la vitesse de la lumière devait être C , C+V ou C-V.

Pour s'affranchir de la nécessité d'avoir des trajets exactement égaux , on réglait les miroirs m1, m2 et m3 pour que les rayons interfèrent en bout de course (en C) et donnent une raie brillante au centre d'un réticule .Cela voulait dire que , les rayons rouge et bleu effectuaient les parcours SOM₂OC et SOM₃OC en des temps égaux.

Dans ces conditions, on va démontrer que si l'on pose b=v/C (v vitesse de la terre, C vitesse de la lumière) et k=¶(1- b²) , pour égaliser les temps de parcours OM₂O et OM₃O il faut : OM₂=k.OM₃ . Tandis que les temps de parcours sont forcément identiques sur SO et OC . En somme, lorsque les rayons interfèrent parfaitement en bout de course , le bras vertical OM₃ doit être légèrement plus long que le bras horizontal OM₂ .

Que va t'il se passer si on bascule l'appareil de 90° autour de O de telle sorte que

En appelant d_H la longueur du bras horizontal et d_V la longueur du bras vertical , une fois l'appareil basculé , on n'a plus d_H = kd_V , mais D_H= D_V les temps de parcours ne sont plus égaux et la frange d'interférence doit quitter le centre du réticule.

Mais démontrons d'abord que l'égalité des temps de parcours sur OM₂O et OM₃O est équivalente à d_H = kd_V_.

Ce résultat est obtenu en considérant le déplacement de M2 et M₃ à la vitesse v par rapport à l'éther c'est à dire dans un repère où la vitesse de la lumière reste constante et égale à C.

Si l'on considère que les 3 dessins ci-contre constituent un petit film de l'expérience vue depuis l'éther , la terre et les miroirs se déplacent à la vitesse v devant nos yeux . Les trajets verticaux (en rouge) paraissent donc obliques, exactement comme celui de la balle qu'on jette depuis le haut d'un mât dans l'expérience de Galilée vue depuis le quai .

Verticalement : entre M₁ et M₃ la lumière rouge parcourt en un temps t₁ l'hypoténuse (ct₁) d'un triangle rectangle dont les côtés de l'angle droit sont respectivement égaux à vt₁ et d_V. Idem entre M₃ et M₁ . Le temps de l'aller retour est donc t = 2d_V/ck .

qu’elle doit rattraper à la vitesse C - v . Elle va donc atteindre M2 en un temps t’₁ = d_H / C - v. Puis quand le rayon se réfléchit en M2, il est en avance de d_H sur M1 dont il va à la rencontre à la vitesse C + v . La lumière va donc effectuer le trajet retour en un temps t’₂ = d_H / (C + v).

Si on bascule le dispositif de Michelson Morey de 90° , M₁M₃ devient horizontal et M₁M₂ vertical.

Le rapport de la distance horizontale à la distance verticale n'étant plus respecté les temps t et t' de parcours vont être différents et les rayons ne vont plus interférer au centre du réticule .

La raie brillante devait se déplacer , la précision de l'appareil étant suffisante pour que ce déplacement soit largement mesurable .

On recommença plusieurs fois l'expérience . Rien de tel ne fut constaté . La raie centrale demeurait immobile .

Comme il fallait bien expliquer ce résultat incontournable , plusieurs savants , parmi les plus grands, se mirent à l'ouvrage . Fitzgerald et Lorentz , puis Poincaré fournirent l'interprétation suivante :

Par rapport à l'éther , tous les corps matériels subissent une contraction dans le sens de leur déplacement ..

Ainsi dans la 1^ere position de l'appareil on trouve que d_H =kd_V (k<1 ,d_H horizontal et d_V vertical) .

d_V se contracte et devient D_H =d_V .k =d_H en prenant la direction du vent d'éther .

On a donc toujours le rapport D_H = k.D_V entre la distance horizontale et la distance verticale . Les rayons lumineux mettent toujours des temps égaux pour réaliser les trajets OM₂O et OM₃O .La raie ne bouge pas .

La loi de contraction suffisait donc à effacer l'effet de la composition des vitesses dans l'expérience de Michelson - Morey mais pour neutraliser complètement cet effet et être cohérent avec d'autres théories , il fallait admettre que, dans les mêmes conditions, la masse subissait une augmentation (m=m₀/k) et les durées aussi (t=t₀/k) .

Ce qui fait que l'éther devenait cohérent avec l'expérience, mais il était impossible d'en démontrer l'existence.

Einstein , qui n'accordait d'importance aux formules que dans la mesure où il pouvait les relier à des scénarios compatibles avec sa propre conception des mécanismes physiques , réfléchissait à tout ça , chevauchant les photons , goûtant l'éther du bout de la langue pour essayer d'en deviner la nature, quand soudain , une évidence s'imposa à lui : si l'on admettait que la vitesse de la lumière dans le vide était invariable , qu'on l'observe depuis le vide intersidéral ou depuis la terre en mouvement .

Si l'on admettait que cette vitesse n'était jamais C+V ou C-V mais toujours C , on réduisait à néant le rôle de cet éther nauséabond , on expliquait simplement le résultat de l'expérience de Michelson - Morey et, pour le reste , on verrait par la suite . Evidemment cela débouchait sur une remise en cause totale de la mécaniqueclassique . Mais cela n'effrayait pas Einstein .

Postulant que la vitesse de la lumière était invariable dans deux repères galiléens (R et R') et que si v était la vitesse de R' par rapport à R , - v devait être la vitesse de R par rapport à R' , Einstein , (utilisant les formules de Lorentz ou plutôt de Poincaré) démontra qu'on retrouvait les relations proposées mais avec une interprétation différente .

Sur terre , le résultat de Michelson - Morey s'explique tout simplement parce que , les miroirs étant immobiles dans ce repère, et la vitesse C constante, la lumière met le même temps (d_H/c) pour aller de O en M₂ ou de M₂ en O. Comme il en va de même selon la direction verticale , l'interférence des rayons au centre du réticule est tout simplement synonyme d'égalité des branches OM₂ et OM₃ .

Par contre , si l'on observe le phénomène depuis un repère lié au étoiles (qu'on appelle repère impropre parce que les miroirs n'y sont plus immobiles) , la mesure de d_V (qui est perpendiculaire au mouvement) sera toujours d_V mais on verra la distance d_H plus petite que sur terre dans un rapport k ; tandis que la durée du parcours horizontal de la lumière (OM₂O) sera plus grande que t (durée terrestre) dans un rapport k .

Sur un axe parallèle à la vitesse de la terre , on a donc depuis l'espace d=k.d₀ et t=t₀/k (d₀ et t₀ étant les valeurs propres terrestres , d et t les valeurs impropres spatiales) .

Horizontalement , la lumière rattrape M2 à la vitesse C (et non plus C-v) et retourne vers M1 à la vitesse C (et non plus C+v) ce qui fait que le temps de l’aller retour est t’=2d_H/c .

Evidemment , l'inégalité des durées et des distances dans les deux repères implique d'autres inégalités : notamment celles des temps , des abscisses , des vitesses autres que celle de la lumière , des masses , etc...

Soient R et R' deux repères galiléens dont les axes Ox et Ox' sont parallèles .

La vitesse de R' par rapport à R étant v , les abscisses et les temps étant (x et t) dans le repère R , (x' et t') dans le repère R' les principaux résultats de la relativité sont les suivants:

Si l’on remplace dans l’une des formules V_/R’ ou V_/R par Con trouve également C dans l’autre repère .

lLa masse maupertuisienne , qui caractérise l’inertie , la résistance d’un corps à une impulsion , obéit à la loi

m’=gm₀ (où m’ est la masse d’un corps en mouvement à la vitesse v et m₀ sa masse au repos. Il n’est pas interdit de parler de masse impropre et de masse propre) .

lL’énergie totale d ‘une particule en mouvement est donnée par la formule E=gmc² . Lorsque v est négligeable devant c on démontre que E est voisin de ½mv² + mc² (énergie cinétique plus énergie au repos) .

Les premières formules montrent que les abscisses et les temps d'un repère sont liées aux abscisses et aux temps de l'autre et dépendent de la vitesse v (c étant constante) . Qu'est ce que cela signifie ?

Dans un espace de dimension 3 , si X, Y , Z sont les dimensions d'un parallélépipède , la diagonale principale de ce parallélépipède est obtenue en extrayant la racine de la quantité X² + Y² + Z².

En mécanique classique , cette quantité est constante , qu'on la mesure depuis un repère ou depuis un autre .

Cela tient au fait que le temps est indépendant du mouvement relatif des repères .

En mécanique relativiste , ce n'est plus vrai . t étant le temps d'un repère, seule la quantité X² + Y² + Z²- C²t² est constante quand on l'évalue successivement dans les deux repères . L'espace et le temps sont donc intimement liés par cette relation , chacune des dimensions X , Y , Z , t étant nécessaire à la description de l'univers .

L'espace relativiste est donc un espace - temps , de dimension 4 . Le temps est la 4^eme dimension .

l Si l'on applique la 1^ere loi des compositions de vitesses au dispositif de Fizeau , on trouve

l De même , si l'on considère que la terre constitue un repère impropre dans l'observation d'une étoile, en utilisant les formules de la relativité, on trouve que le rayon lumineux observé fait un angle pouvant atteindre plus de 20" avec sa direction réelle dans un repère propre lié aux astres, ce qui explique l'ellipse d'aberration .

l Grâce à ce dispositif , inspiré de Fizeau , on peut faire traverser à deux rayons lumineux , issus de la même source (donc en phase à l'origine) , des milieux aquatiques en mouvements opposés (de vitesses +v et -v), sur des longueurs égales.

On peut calculer les vitesses C₁ et C₂ des deux rayons dans l'eau grâce à la loi de composition des vitesse en utilisant tour à tour la mécanique classique et la mécanique relativiste .

Dans les deux cas , si l est la longueur des tuyaux , on induit un déphasage des rayons correspondant au temps Dt = l/C₁ - l/C₂ . Ce déphasage se traduit par une différence de marche mesurable dans l'interféromètre qui doit être le double en mécanique classique qu'en mécanique relativiste .

L'arbitrage de la mesure est formel , c'est la mécanique relativiste qui a raison .

l En 1964 ,Bertozzi trouva le moyen de communiquer une énergie cinétique connue à des paquets d'électrons et de mesurer leur vitesse.

Si l'énergie cinétique était ½mV² comme le préconise la mécanique classique , le carré de la vitesse aurait dû suivre la loi en D1 . Or , manifestement , lorsque l'énergie devient assez grande , le carré de la vitesse tend vers une asymptote égale à C² . Si la vitesse est inférieure à la valeur attendue , c'est que la masse des électrons augmente avec la vitesse conformément à la loi m = gm₀ (où m₀ est la masse au repos) . Sans apport d'énergie extérieure , l'augmentation de la masse est compensée par une diminution de la vitesse par rapport à la valeur attendue .

C'est une excellente illustration de l'équivalence de la masse et de l'énergie résumée par la formule e=gmc² . Si v est très petit devant C , on a g » 1 + ½v²/c² et donc ,

Aux petites valeurs de v , un apport d'énergie supplémentaire se traduit plutôt par un accroissement de la vitesse mais plus on tutoie la vitesse de la lumière , plus l'apport d'énergie supplémentaire se traduit par un accroissement de la masse . On arrive aujourd'hui à créer des particules (proton et antiproton par exemple) dans des accélérateurs à partir d'énergies colossales .

La réciproque (transformation de masse en énergie) est courante dans les réactions nucléaires , qu'il s'agisse du soleil (qui transforme chaque seconde 4,2 millions de tonnes de matière en énergie) , d'une bombe atomique , ou d'une autre forme d'énergie nucléaire .

l La dilatation des durées est plus difficile à mettre en évidence , mais on en a une preuve avec les mésons mu du rayonnement cosmique. Les mésons sont des particules atomiques à peu prés 200 fois plus lourdes que l'électron.

Elles sont très pénétrantes et percent des plaques de plomb très épaisses . En les piégeant dans des blocs de métal, on peut mesurer leur durée de vie qui est très courte (de l'ordre de 2,3 millionièmes de seconde) .

Si on leur appliquait les règles de la mécanique classique , même à la vitesse de la lumière , il leur serait impossible de parcourir plus de 0,69 km pendant leur durée de vie .

Or nous savons qu'ils parviennent jusqu'à nous , sous forme de rayons cosmiques évoluant à des vitesses proches de la vitesse de la lumière , depuis l'espace et qu'ils parcourent pour ce faire des millions de kilomètres .

La seule explication est que les durées terrestres sont considérablement dilatées par rapport aux référentiels évoluant à grande vitesse .

A 280.000 km/s , le temps s'écoule 100 fois plus lentement que sur terre , ce qui peut permettre au méson de parcourir environ 70 km. Il existe une vitesse permettant de faire le trajet depuis Jupiter ou le soleil, par exemple.

Voilà comment Einstein , faisant sien le proverbe "méfiez vous des grecs même quand ils font des offrandes" , régla son compte au vieil éther d'Aristote , après avoir introduit dans la cité des sciences le cheval de Troie de la relativité restreinte .

Il était exclu qu'un jeune godelureau de 26 ans , élevé à l'écart du sérail universitaire dans un obscur bureau des brevets de Berne vienne tranquillement révolutionner la mécanique sans déclencher quelques ruades .

De ce côté là , Einstein ne fut pas déçu . Il gagna tout de suite quelques sympathies de premier plan mais ses idées mirent pas loin de 50 ans à gommer, progressivement , toutes les réticences .

Petit à petit , cependant , on commença à l'inviter à des débats où il suscitait de vives controverses . Il entreprit une carrière universitaire qui l'amena successivement à Berne (1909) , Zurich (1910) , Prague (1911) , de nouveau à Zurich (1912) , puis Berlin (1915) .

Son deuxième séjour à Zurich avait pour objet de le rapprocher de Grossmann à qui il avait demandé de l'initier à certains développements mathématiques dont il avait besoin pour étayer sa théorie de la relativité générale .

Dix ans après la relativité restreinte (qui s'intéresse au cas unique des repères galiléens), il publia , en 1915, son œuvre maîtresse qui trouvait un champ d'application beaucoup plus vaste .

Les outils mathématiques de la relativité générale sont trop complexes pour qu'il soit fructueux de l'évoquer ici dans le détail . Nous nous contenterons donc de donner ses principaux résultats .

Quand un ascenseur démarre brutalement vers le haut , on s'écrase sur le plancher , on pèse plus lourd et s'il démarrait assez rapidement vers le bas , on pourrait se retrouver dans un état proche de l'apesanteur . Si gravitation et accélération sont équivalentes , on peut parler de masse gravitationnelle , électrique , magnétique . Einstein passera une partie non négligeable de sa vie à rechercher l'existence d'une particule , le graviton qui serait à l'origine de la gravité . Toujours le côté fascinant des influences à distance et de l'unification des champs.

Si on la restreignait à deux dimensions , on pourrait imaginer la courbure de l'espace un peu comme l'effet que provoque une lourde boule métallique sur un drap tendu . La courbure est d'autant plus prononcée qu'on est proche de la boule . Prés de la boule , la ligne droite n'existe pas .

Si on lance une bille plus légère en direction de la boule , happée par la déclivité, elle n'échappera pas au choc .

Si on la lance de façon à frôler la boule avec une vitesse suffisante, v, elle va se mettre à tourner autour de la boule et décrire une orbite autour d'elle . Sans les frottements , elle tournerait longtemps , décrivant dans le cas général une ellipse dont l'axe tournerait dans l'espace d'un angle égal à 3v²/c² entre chaque révolution .

Si elle est lancée très rapidement , elle va finir par échapper à l'influence de la boule mais après que sa trajectoire ait été infléchie à son voisinage .

C'est ainsi qu'Einstein voit le système solaire: avec le soleil dans le rôle de la boule et les planètes dans le rôle des billes . La courbure de l'espace remplace l'influence des forces de gravitation qu'utilisait Newton pour expliquer les différentes trajectoires , cercles , ellipses , paraboles , hyperboles adoptées par les objets spatiaux sous l'influence des masses centrales . Dans ce contexte , la ligne droite n'existe pas . Le plus court chemin (ou celui qui correspond à une dépense d'énergie minimale) , est une ligne courbe .

Cette conception remplace donc et complète la loi de la gravitation universelle de Newton mais elle va beaucoup plus loin puisque la courbure de l'espace affecte non seulement les masses mais la lumière .

La courbure de l'espace au voisinage des masses empêche un rayon lumineux destiné à frôler la masse de se propager en ligne droite . Il va être dévié par la masse (on pourrait dire réfracté) . Ou plutôt, en réalité, il va se déplacer dans un espace affecté par la masse où la ligne droite est en réalité une ligne courbe.

Pire , les tentatives d'un objet de très grande masse volumique d'émettre de la lumière vont être fortement contrariées et la lumière ne parviendra à s'en évader qu'au prix d'une perte d'énergie se traduisant par une variation de sa couleur vers le rouge .

On peut même dire qu'à partir d'une masse volumique critique , toute émission de lumière sera impossible.

On pourrait assimiler une onde ou une planète à une horloge . En comptant , par exemple, les alternances de la première ou les passages au périhélie de la seconde. Or , nous avons vu que l'influence de la masse allonge la longueur d'onde (décalage vers le rouge) , ce qui diminue la fréquence des alternances . Si depuis la terre, on observe deux rayons lumineux de nature identique (émis par le même type d'horloge) mais provenant de deux étoiles différentes et qu'on compte leurs alternances (assimilées à des tops d'horloges) pendant un temps donné , on trouvera qu'à l'étoile la plus massive correspond un temps plus lent .

De même , le périhélie de la planète , soumis à des influences uniquement newtoniennes tournerait plus lentement qu'il ne le fait en réalité , dans un contexte relativiste . Plus la planète est proche du soleil , plus la différence entre les deux valeurs est significative . Comment peut - on assimiler avance du périhélie et retard du temps? Il suffit d'imaginer le grand axe comme une petite aiguille et la planète comme la grande aiguille d'une horloge. Si la grande aiguille (la planète) retarde sur la petite (le grand axe), l'angle A entre deux passages au périhélie sera plus grand.

Si nous l'orientons comme si nous voulions grimper sur le soleil nous trouverons une mesure plus petite que si nous l'orientons dans une autre direction de l'espace.

L'échelle se contracte quand on l'oriente en direction de la masse. Cette contraction est d'autant plus importante que la masse est grande et qu'on se rapproche d'elle .

On peut donner une interprétation des marées combinant courbure de l'espace et contraction des distances . Le niveau de la mer correspond à la surface sphérique où l'accélération est égale à g₀(9,81m/s²). Sous l'influence des masses lunaires et solaires, cette surface est déformée et l'océan vient s'y lover. la déformation est maximale quand soleil et lune sont en conjonction.

Le plus court chemin entre deux points n'est plus la ligne droite , le rapport de la circonférence d'un cercle à son diamètre n'est plus pi , le théorème de Pythagore est affecté par des coefficients de courbure (on n'a plus H²=A²+B² mais H²=mA²+nB²) , la somme des angles d'un triangle n'est pas égale à 180° , etc ..

l La communauté scientifique attendait avec un très grand intérêt l'éclipse du soleil de 1919 car elle devait permettre à Eddington de vérifier si les prédictions d'Einstein concernant la déviation de la lumière par la masse étaient exactes . Pendant l'année précédant l'éclipse , les coordonnées des étoiles qui devaient être "à la périphérie" du soleil avaient été précisément mesurées . On réitéra ces mesures pendant l'éclipse au moment où , la lune cachant le soleil , les étoiles étaient visibles tout prés de l'objet le plus massif de notre système .

Leur lumière était bien déviée de 2" , une valeur assez voisine de celle prédite par Einstein (1,75").

Plus tard , on confirma cet effet relativiste sur les étoiles doubles qui offrent un champ particulièrement propice à son étude à cause de l'importance des masses en présence au regard de rayons orbitaux relativement faibles .

lAprès la mort d'Einstein, on trouva d'autres preuves de la relativité générale.

Notamment , on confirma que la lumière perdait de l'énergie à vouloir s'extraire d'une étoile massive et que cela se traduisait par un décalage de sa longueur d'onde vers le rouge par rapport à la valeur attendue .

Ce décalage , que les anglo-saxons appellent red shift peut avoir une autre cause: l'éloignement de l'objet lumineux à grande vitesse (effet Doppler - Fizeau) qui d'après Hubble est tout simplement lié à la distance de l'objet (plus le red shift est grand plus l'objet est éloigné) .

Le décalage vers le rouge du à la masse fut mis en évidence pour la première fois sur la naine blanche compagnon de Sirius .

Si cet effet relativiste est bien compris , on réalise que plus une étoile est dense , plus elle a des chances d'être petite (la masse pouvant être extrêmement concentrée) et moins elle est lumineuse (puisque la lumière s'en extrait de plus en plus difficilement) . Il est donc normal qu'on ait beaucoup de mal à mettre en évidence ce phénomène par l'observation directe.

C'est de la relativité générale que sont nés des objets comme les pulsars (étoiles à neutrons) ou les trous noirs (si denses que la lumière ne parvient pas à s'en extraire) , qui ne sont que des extrapolations d'étoiles naines dans le sens d'un accroissement de la masse volumique jusqu'à des chiffres faramineux .

Seule l'existence de tels objets et les lois de la relativité générale permettent d'expliquer certains comportements, certaines perturbations dévoilant une singularité de l'espace .

Aujourd'hui , ces objets sont communément admis et quelques uns sont précisément localisés .

l Enfin , l'une des plus belles preuves de la validité de la relativité générale a été apportée par la découverte récente des croix d'Einstein .

Selon notre homme , l'influence de la masse sur la lumière qui opère comme une réfraction , pouvait se traduire , dans le cas de certaines répartitions massiques , par l'existence de véritables lentilles gravitationnelles .

C'est le cas notamment des galaxies elliptiques qui peuvent donner de certains objets très lumineux situés derrière elles, des images multiples situées devant elles , exactement comme le ferait une lentille complexe à double , triple ou quadruple foyer .

La croix d'Einstein correspond à une image quadruple donnée par une galaxie elliptique, d'un probable quasar. (On rappelle qu'un quasar est considéré comme le lointain ancêtre d'une galaxie. Lointain dans le temps et dans l'espace .)

Voyons à quoi ressemblent les croix d'Einstein :

Il est probable qu'Einstein aurait apprécié ces images comme le plus bel hommage que pouvaient lui rendre ses pairs en reconnaissance des services qu'il a rendu à la science et à travers elle , à l'humanité toute entière .

Peut on rêver plus belle décoration à sa boutonnière , qu'une croix d'Einstein ?

Enfin, la consécration officielle

Einstein obtint le prix Nobel de physique en 1921 , mais on le lui décerna pour ses travaux sur l'effet photoélectrique et non pas pour sa découverte de la relativité qui fut pourtant son œuvre majeure .

Cela rend bien compte de l'état d'esprit qui régna à l'égard du savant pendant très longtemps : un curieux mélange d'admiration et de méfiance .

Ceci dit , sans vouloir diminuer ses mérites , on doit rendre hommage à POINCARE, ce génial mathématicien Français qui à peu de chose prés avait établi la plupart des formules importantes de la relativité restreinte avant lui (Poincaré est peut être le seul mathématicien a avoir été proposé pour le Nobel) . Décidément, rares sont les génies dont les précurseurs n’ont pas fait le lit et l’histoire est souvent ingrate à leur égard .

Après avoir contribué à fonder la physique quantique , Einstein partagea le reste de son existence entre la promotion de ses théories scientifiques , son combat pour le pacifisme et le sionisme (on lui proposa la première présidence de l'état d'Israël) , et des recherches sur l'unification des champs .

L'unification des champs est une théorie qui vise à prouver que les quatre types de forces naturelles :

l l'interaction faible (responsable de la radioactivité bêta qui est caractérisée par une variation de 1 du nombre de protons d'un noyau sans que le nombre total de protons plus électrons soit modifié )

l les forces électromagnétiques (attraction de l'électron par le proton)

l l'interaction forte (empêchant les protons de se repousser et assurant la cohésion du noyau atomique)

l la gravitation (attraction mutuelle des atomes électriquement neutres)

sont de même nature et qu'elles sont distinguées seulement par des effets d'échelle.

Même si certains progrès ont été faits, il reste encore aujourd'hui beaucoup de travail dans ce domaine .

En 1933 , Einstein quitta l'Allemagne pour fuir le nazisme . Il s'établit aux Etats Unis , à Princeton , où il passa le reste de sa vie . Entre temps , il avait divorcé de sa première femme avec qui il avait une relation chaotique et épousé sa cousine Elsa qu'il appréciait pour sa discrétion et une conception particulièrement neutre du rôle d'épouse . Il avait trois enfants de sa première femme . On a perdu la trace de sa première fille qui a été confiée à sa belle famille , quelque part en Europe centrale .

Il fit une entorse à ses conceptions pacifistes en cautionnant la mise au point de la première bombe atomique qui selon lui, devait régler son compte à la peste noire du nazisme avant que celui - ci ne se dote de moyens équivalents. Il faut pourtant remarquer que lorsque cette bombe fut lancée sur Hiroshima , puis Nagasaki , l'Allemagne avait capitulé . Seul le Japon restait en lice et épuisait ses dernières forces dans la zone du Pacifique.

L'excuse officielle fut que ce monstrueux massacre de civils devait épargner de nombreuses vies en mettant prématurément fin à la guerre . Par la suite , Einstein s'opposa à la prolifération de l'arsenal nucléaire .

Il reste, à juste titre, la figure la plus emblématique de la science du vingtième siècle .