Soixante ans après sa mort et un siècle après sa découverte de la relativité générale, l'héritage d'Einstein est encore bien vivant. © Informiguel Carreño, licence CC by-sa 4.0

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Le noyau de la Terre vieillit moins vite que nous, à cause d'Einstein

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S'appuyant sur la relativité générale, le prix Nobel de physique Richard Feynman avait semble-t-il prédit que le centre de la Terre doit être de quelques jours plus jeune que sa surface. Des chercheurs ont vérifié : la réalité est plus étonnante.

Interview : la gravitation, cette force mystérieuse  La gravitation est une interaction physique causant l’attraction des corps sous l’effet de leur masse. C’est elle qui nous retient sur Terre, nous empêchant de nous envoler dans l’espace. Dans le cadre de sa série de vidéos Questions d’experts, sur la physique et l’astrophysique, l’éditeur De Boeck a interrogé José-Philippe Pérez, professeur à l’université de Toulouse, afin qu'il nous en dise plus sur cette force banale mais mystérieuse. 

La théorie de la relativité générale d'Einstein, qui vient de fêter son centenaire, est riche de prédictions étonnantes, comme l'existence des trous noirs et des ondes gravitationnelles. Les deux, d'ailleurs, semblent spectaculairement confirmées par les résultats d'Advanced Ligo, une expérience qui vient de perdre un de ses pères, le Russe Vladimir Braginsky, sans qui elle n'aurait pas été possible. Ce physicien était aussi un grand ami de Kip Thorne, qui joua le rôle de conseiller scientifique pour le film Interstellar. Ensemble, ils ont posé les bases de l'astronomie gravitationnelle.

Pour le grand public, l'une des prédictions les plus spectaculaires de la théorie d'Einstein est que la gravitation modifie l'écoulement du temps. Il a fallu prendre en compte ce phénomène pour mettre au point le GPS car les horloges à bord de satellites voient passer le temps différemment, notamment parce qu'elles orbitent loin de la Terre, là où le champ de gravitation plus faible accélère le temps.

Cycle de conférences La nature des lois physiques donné en 1964, à l'université de Cornell. Première conférence : La loi de gravitation, un exemple de loi physique. © YouTube

La différence d'âge peut se compter en dizaines de milliers d'années

Bien que ce ralentissement soit plus important en général quand le champ est fort, ce qui explique que le temps passe moins vite à la surface du Soleil qu'à la surface de la Terre, le phénomène, tous calculs faits, indique aussi qu'il passe moins vite à l'intérieur de la Terre qu'à sa surface. Dans son cours sur la théorie de la gravitation d'Einstein, donné de 1962 à 1963, Richard Feynman, célèbre prix Nobel de physique, émet une remarque laissant entendre que le centre de notre planète est plus jeune d'un jour ou deux que sa surface. Rappelons que la formation de la Terre a eu lieu il y a environ 4,56 milliards d'années.

La révérence de la communauté scientifique à l'égard de Richard Feynman est si grande que personne n'avait songé à vérifier s'il avait raison, ce qui, étant donné le caractère profondément iconoclaste de Feynman, lui aurait vraiment déplu. Bien des physiciens tout à fait compétents citaient donc cette affirmation jusqu'à ce que Ulrik Uggerhøj, de l'université de Aarhus au Danemark, et ses collègues, décident de l'examiner de plus près à l'occasion de la rédaction d'un ouvrage pour étudiants en licence de physique.

À la surprise des chercheurs, cette affirmation est fausse. Soit Feynman s'était trompé sur un calcul vraiment trivial pour un physicien de son calibre, soit la personne ayant pris les notes de son cours avait fait une erreur. Rien d'étonnant ni de troublant dans les deux cas de figure, ces choses-là arrivent aux meilleurs...

Il en est finalement sorti un article sur arXiv où les chercheurs font le calcul rigoureusement en utilisant le modèle construit par les géophysiciens donnant la variation de la densité de l'intérieur de la Terre (laquelle n'est pas homogène), et donc du champ de gravitation avec la profondeur.

Il apparaît que le centre de la Terre est effectivement plus jeune que sa surface mais pas de quelques jours : de deux ans et demi ! Le phénomène est encore plus spectaculaire dans le cas du Soleil. Selon ces chercheurs, la différence d'âge est de... 40.000 ans.