Relativité générale : comment l'espace-temps devint dynamique - 18/02/2005

Avec la théorie de la relativité restreinte, Einstein avait démontré le besoin de dépasser les concepts de temps et d'espace absolus, mais la substantifique moëlle de la théorie ne devint réellement disponible que lorsque Minkowski découvrit l'existence du concept sous-jacent d'espace-temps.

Ce nouveau cadre géométrique permit en effet d'exprimer de manière très condensée et naturelle les lois physiques vérifiant le principe de relativité, tout en simplifiant la recherche de nouvelles lois qui le fassent. Cependant, la généralisation du principe de relativité à tous les observateurs ainsi que la découverte d'une formulation relativiste de la théorie de la gravitation nécessitèrent d'aller encore plus loin dans cette révolution conceptuelle en renonçant à l'idée d'un espace-temps qui ne soit qu'un cadre passif.

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La présence de la géométrie en physique n'est pas un phénomène récent, puisque Platon associait déjà des polyèdres réguliers aux quatre éléments, toutefois, la théorie d'Einstein fut l'une des principales causes de son retour en force. Ainsi, comme essaiera de l'illustrer le dernier chapitre de ce dossier sur la relativité générale, la géométrie est désormais un outil crucial pour tout physicien théoricien, la plupart des théories modernes étant géométriques. Mais ce bref aperçu des descriptions de l'espace-temps les plus modernes ne sera que la conclusion de ce dossier qui va avant tout s'intéresser à la relativité générale, à ses tests et à ses applications. L'un des éléments-clés dans la naissance de cette théorie étant la confrontation entre la gravitation et le principe de relativité selon Einstein, un premier chapitre rappellera l'essentiel de la gravitation newtonienne et des problèmes qui surgirent lorsque l'on chercha une théorie relativiste de la gravitation.

Un deuxième chapitre exposera ensuite la solution qu'Einstein proposa à ce problème, sa théorie de la relativité générale, ainsi que le cadre géométrique qu'elle utilise (la géométrie riemannienne), terminant avec les trois tests classiques de la théorie. Les tests et applications plus récents seront détaillés dans les trois chapitres suivants, qui seront successivement consacrés à la cosmologie relativiste, aux mirages gravitationnels, à la dynamique locale de l'espace-temps, aux astres relativistes (dont les célèbres trous noirs) et finalement aux ondes gravitationnelles que l'on espère observer directement sous peu.