ONDES GRAVITATIONNELLES

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Les ondes gravitationnelles : d’abord une prédiction théorique

L’article fondateur de 1918

Si, dès 1905, Henri Poincaré avait introduit le terme d’« onde gravifique » dans un article où il tentait d’étudier la gravité dans le cadre de la relativité restreinte, il faut attendre 1916 – et surtout 1918 – pour qu’apparaisse sous la signature d’Einstein une prédiction convaincante de l’existence des ondes gravitationnelles.

Dans une communication écrite à l’Académie des sciences de Prusse, titrée sobrement Über Gravitationswellen, Einstein décrit en 1918 comment s’effectue la propagation des champs gravitationnels dans le contexte de sa nouvelle théorie de la gravitation. Après avoir reconnu que son premier essai, publié deux ans plus tôt dans ce même cadre, était entaché d’une regrettable erreur de calcul et que la présentation qu’il en avait faite n’était pas assez claire, il développe en quelques pages la théorie des ondes gravitationnelles. Il résout d’abord les équations de la relativité générale dans le cadre de l’approximation où « le continuum spatio-temporel diffère très peu du continuum galiléen ». Grâce à d’habiles choix de systèmes de coordonnées, il parvient à décrire les variations du tenseur métrique par une équation aux dérivées partielles du second ordre qui a la même forme que l’équation décrivant la propagation des ondes électromagnétiques. Il en déduit que les champs de gravitation (en d’autres termes les déformations du tenseur métrique) se propagent à la vitesse de la lumière. Einstein calcule de proche en proche la déformation de l’espace-temps à l’instant t à partir de la valeur du tenseur d’énergie-impulsion aux instants antérieurs. Cela lui permet de donner l’expression des ondes planes gravitationnelles et de calculer la densité du flux d’énergie qui leur est lié. Il découvre en particulier qu’il existe uniquement deux types d’ondes planes qui transportent de l’énergie ; elles se distinguent « non pas par leur nature, mais [...]


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Implantation de l’interféromètre du projet LIGO à Livingston

Implantation de l’interféromètre du projet LIGO à Livingston
Crédits : LIGO

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Formation d’ondes gravitationnelles lors de la coalescence de deux trous noirs

Formation d’ondes gravitationnelles lors de la coalescence de deux trous noirs
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Fusion de trous noirs et ondes gravitationnelles

Fusion de trous noirs et ondes gravitationnelles
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Signal d’une onde gravitationnelle

Signal d’une onde gravitationnelle
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Écrit par :

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

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Pour citer l’article

Bernard PIRE, « ONDES GRAVITATIONNELLES », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 09 décembre 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/ondes-gravitationnelles/