Les théories de la Relativité restreinte et générale ont été mises à l’épreuve un nombre incalculable de fois. Il faut dire que celui qui démontrerait qu’elles sont fausses, ou plutôt qu’elles ne sont que des approximations d’une théorie plus générale, se rendrait vraiment célèbre ! Voici quelques-unes des expériences les plus marquantes.
Courbure de l’espace-temps
En 1919 une expédition fut organisée sur l’île de Principe, en atlantique sud au large du Gabon, pour profiter d’une éclipse totale du soleil. L’objectif était de calculer la déviation apparente d’une étoile alors que sa lumière rasait la masse du soleil, et était visible en raison de l’éclipse.
La Relativité générale nous dit en effet qu’une masse courbe l’espace-temps et donc courbe un rayon lumineux qui la frôle. Cette expérience, considérée comme réussie, propulsa mondialement Einstein et sa théorie de la Relativité générale dans la célébrité. En réalité on considère aujourd’hui que les résultats de cette expérience ne furent pas assez probants, mais depuis de nombreuses autres expériences ont démontré sa justesse.
Dilatation du temps
On a vu que le temps propre d’un corps en mouvement ralentit par rapport au temps propre d’un observateur immobile, c’est la Relativité restreinte, et aussi qu’il ralentit avec l’augmentation de la gravité, c’est la Relativité générale. Ces deux effets relativistes ont bien été observés et mesurés avec des horloges atomiques d’une extrême précision ( 10^{-15} soit une précision de 1 seconde en 30 millions d’années), en les installant à bord de satellites en mouvement, et aussi en faisant varier leur altitude, donc la force de gravitation de la terre. Toutes ces expériences ont confirmé les calculs relativistes avec des précisions phénoménales.
D’ailleurs notre utilisation du GPS est basée sur des réseaux satellitaires, dont les signaux doivent être corrigés par les formules relativistes pour donner la précision souhaitée.
Ondes gravitationnelles
Einstein a théorisé l’espace-temps, déformé par les masses des étoiles. Il avait également prédit et théorisé que des masses en mouvement créeraient des ondes gravitationnelles qui balayent cet espace-temps en le faisant vibrer. On peut se les représenter schématiquement comme les vibrations d’un bloc de gelée soumis à un choc.
Lorsque de telles ondes gravitationnelles balayent la terre et font vibrer l’espace-temps, il y a modification pendant un temps très bref la longueur des objets. Mais ces modifications infinitésimales ont longtemps été impossible à détecter.
Un siècle après les prédictions d’Einstein cependant, nos technologies ont enfin permis de le faire, grâce aux grands interféromètres LIGO (Etats-Unis) et VIGO (Italie).
Chaque interféromètre se compose de deux très longs bras de 4km chacun, construits à angle droit. Au centre un faisceau laser est divisé en 2 faisceaux qui font chacun un aller-retour dans chacun des bras. A leurs retours, on constatera une interférence d’onde si l’un des faisceaux a parcouru une distance légèrement différente de l’autre, ce qui serait le cas dans lors du passage d’une onde gravitationnelle allongeant un des bras différemment de l’autre.
La difficulté vient du fait qu’il faut savoir protéger l’installation de vibrations parasites, même extraordinairement faibles, et pouvoir mesurer avec certitude des signaux extrêmement faibles (1). Les premières détections d’ondes gravitationnelles ont été faites en 2015, provenant de la fusion de deux trous noirs massifs (25 et 31 fois la masse du soleil) il y a 1,8 milliards d’années. Un résultat porteur d’une immense émotion, un siècle après les prédictions d’Einstein. Depuis, d’autres détections sont régulièrement faites.
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- La déformation de l’espace est de l’ordre de 10^{-20}, soit par exemple un milliardième de mm pour une longueur de 100.000 km !