GRAVITATION

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La relativité générale : une nouvelle théorie de la gravitation

La théorie de la relativité générale proposée en 1915 par Albert Einstein est une nouvelle théorie de la gravitation. Elle adopte un point de vue fondamentalement différent, en ne mettant pas les notions de force et d’attraction au centre de la description des effets gravitationnels comme le fait la physique newtonienne. Einstein propose de considérer que les objets massifs structurent l’espace, qui perd alors son caractère absolu. Dépassant les idées introduites quelques années plus tôt dans la construction mathématique de la « relativité restreinte », et qui unifiaient l’espace et le temps en un espace-temps quadridimensionnel (trois dimensions d’espace et une dimension de temps), Einstein donne un rôle dynamique à la géométrie de cet espace. S’appuyant sur les travaux que le mathématicien allemand Bernhard Riemann (1826-1866) avait développés dans sa thèse en 1854, il remplace l’espace euclidien – caractérisé par la propriété que le plus court chemin entre deux points est un segment de droite – par une structure « riemannienne », dont la métrique ressemble davantage à celle d’une surface sphérique qu’à celle d’une portion de plan. Selon cette approche, ce sont les corps massifs présents dans l’Univers qui modèlent et sculptent l’espace. Il s’ensuit que les « géodésiques » de cet espace, les courbes de « plus court chemin » parcourues par les rayons lumineux, ne sont plus des droites : la courbure acquise ainsi par l’espace fait que les rayons lumineux ne se déplacent pas en ligne droite à proximité des corps massifs. L’observation de la déviation des rayons lumineux issus d’étoiles alignées avec le Soleil lors des éclipses totales a démontré l’intérêt de cette description. Le phénomène de mirage gravitationnel, qui multiplie les images d’un astre lointain, est une autre conséquence de la déviation des rayons lumineux.

La théorie de la relativité générale ne contredit pas la théorie de Newton, mais la complète plutôt en ne la modifiant de façon significative que dans des situations exceptionnelles. Sa complexité mathématique ne la rend accessible qu’à une petite fraction des physiciens. Par ailleurs, les difficultés inhérentes à toute étude expérimentale d’un effet gravitationnel se conjuguent aux incertitudes liées à l’usage d’un formalisme qui se plie difficilement à l’art des approximations successives grâce auxquelles un physicien théoricien prédit habituellement le résultat d’une mesure.

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  • : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau

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Pour citer l’article

Bernard PIRE, « GRAVITATION », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 06 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/gravitation/