Au début du XXe siècle, Albert Einstein bouleverse notre vision de l'espace, du temps et de la gravité avec ses deux théories de la relativité. Un siècle plus tard, elles sont vérifiées jusque dans nos téléphones.
Chiffres clés
- Vitesse de la lumière
- ≈ 300 000 km/s
- Relation célèbre
- E = mc²
- Confirmation éclatante
- déviation de la lumière, 1919
- Ondes gravitationnelles
- détectées en 2015
Une idée de départ surprenante
Toute la relativité part d'un constat déroutant : la vitesse de la lumière dans le vide est la même pour les observateurs inertiels, environ 300 000 km/s. Un référentiel inertiel est un repère sans accélération. Quelle que soit la vitesse à laquelle on se déplace, ce résultat reste valable localement dans le vide. Que vous couriez vers un rayon lumineux ou que vous le fuyiez, il vous dépasse toujours à la même vitesse.
Ce simple fait, impossible à concilier avec notre intuition, oblige à revoir les notions les plus solides : le temps et l'espace eux-mêmes.
La relativité restreinte (1905)
La relativité restreinte compare des mesures faites dans des référentiels en mouvement uniforme les uns par rapport aux autres. Une horloge mobile est mesurée comme battant plus lentement, et une longueur parallèle au mouvement comme plus courte. Localement, chacun voit sa propre horloge fonctionner normalement : il n’existe pas d’immobilité absolue.
Autre conséquence, la plus célèbre de toute la physique : masse et énergie sont deux formes d'une même chose.
La relativité générale (1915)
En relativité générale, la gravité est décrite par la géométrie de l’espace-temps, liée à la matière et à l’énergie. Un corps en chute libre suit une trajectoire déterminée par cette géométrie. L’image de la bille dans un entonnoir aide à visualiser une courbure, mais elle ne représente ni les quatre dimensions ni le rôle du temps.
Cette théorie prédit que la lumière elle-même est déviée en passant près d'un astre massif. La confirmation, lors d'une éclipse de Soleil en 1919, rendit Einstein mondialement célèbre du jour au lendemain.
Des confirmations quotidiennes
Loin d'être abstraites, ces théories se vérifient tous les jours :
- Le GPS doit corriger en permanence les effets relativistes ; sans cela, il se tromperait de plusieurs kilomètres en une journée.
- Les ondes gravitationnelles, ces vibrations de l'espace-temps prédites par Einstein, ont été détectées pour la première fois en 2015 — un siècle après.
- Le Soleil et les centrales nucléaires tirent leur énergie de la relation E = mc².