RELATIVITÉ Relativité générale

Théorie de la relativité
Encyclopædia Universalis France

En physique, le vocable « relativité » recouvre deux concepts très différents. Celui de relativité restreinte (qui a remplacé la relativité galiléenne) spécifie la structure cinématique de l'espace-temps. Cette structure, d'abord suggérée par l'étude de l'électromagnétisme, a fourni un cadre général pour la description de toutes les autres lois fondamentales de la nature, à l'exception de la gravitation, dont la formulation constitue le domaine de la relativité générale. Cette dernière théorie apporte une modification profonde au concept d'espace-temps, lequel cesse d'être une arène neutre, servant de simple cadre de déploiement à l'existence et à l'évolution de la matière, pour devenir une entité dynamique, influencée par et influençant la distribution d'énergie qu'il contient, et évoluant au même titre que les autres champs physiques. Cependant, la relativité générale est restée longtemps en marge du développement général de la science, car elle apparaissait comme une théorie mal confirmée et peu utile. Cette situation a changé depuis les années 1960 grâce à divers facteurs : développement de la gravitation expérimentale, découverte des quasars, des pulsars, etc., exploration théorique du régime des champs gravitationnels forts (objets condensés, trous noirs) et de celui des champs gravitationnels rapidement variables (rayonnement gravitationnel). De plus, les tentatives modernes d'unification des interactions fondamentales dans le cadre de la théorie quantique des champs ont suscité des recherches nouvelles sur les rapports entre la relativité générale, la théorie quantique et les autres forces, stimulant par là la création, ou le développement, de nouvelles théories physiques, comme la supergravité ou la théorie des cordes.

Principe d'équivalence

Masse inertielle et masse gravitationnelle

Le fait expérimental fondamental qui a conduit à la relativité générale est l'égalité entre la masse inertielle et la masse gravitationnelle. Les expériences de Galilée sur la chute des corps suggéraient déjà que l'accélération due au champ de gravitation de la Terre est indépendante de la masse et de la nature des corps. Les premières expériences modernes démontrant cette égalité avec une haute précision sont celles du baron Roland von Eötvös. La précision de ce type d'expérience a été considérablement affinée par Robert H. Dicke et Vladimir B. Braginskii (qui utilisaient l'accélération due au champ de gravitation du Soleil) et, plus récemment, par Eric G. Adelberger. On sait maintenant, grâce à ces expériences extrêmement délicates, que le rapport entre la masse inertielle et la masse gravitationnelle (qui est constante pour chaque substance) est une constante universelle pour toute la matière, la précision de mesure atteinte (de l'ordre de 10^—12) étant l'une des meilleures de toute la physique. Afin de comprendre la signification de ce résultat, il convient d'examiner la définition des deux types de masse dans la dynamique galiléenne de Newton. On y suppose que tout corps possède une masse inertielle spécifique m_I qui mesure sa réponse à la sollicitation de n'importe quelle force extérieure. Elle est déterminée de façon purement cinématique par la loi d'action et de réaction, qui entraîne la loi de conservation de la quantité de mouvement : Relativement à un corps de référence (m⁰_I), le rapport m_I/m⁰_I est l'inverse de celui des variations de leurs vitesses au cours d'une collision élastique mutuelle ; quant à la masse gravitationnelle m_g, elle intervient dans l'expression du mouvement d'une particule soumise à une force particulière, la gravitation. Cette masse détermine l'intensité de l'attraction éprouvée par ce corps dans un champ de potentiel gravitationnel U au [...]

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Écrit par

Thibault DAMOUR : directeur de recherche au C.N.R.S., professeur à l'Institut des hautes études scientifiques, Bures-sur-Yvette, membre correspondant de l'Académie des sciences
Stanley DESER : docteur en sciences, Harvard, docteur honoris causa, université de Stockholm, Fellow American Physical Society

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Pour citer cet article

Thibault DAMOUR, Stanley DESER, « RELATIVITÉ - Relativité générale », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le . URL :

« RELATIVITÉ - Relativité générale ». Dans Encyclopædia Universalis [en ligne]. Consulté le sur

Encyclopædia Universalis, s.v. « RELATIVITÉ - Relativité générale », Consulté le ,

Médias

Trou noir : espace-temps

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Pulsar binaire PSR 1913 + 16

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Autres références

THÉORIE DE LA RELATIVITÉ, en bref
- Écrit par Bernard PIRE
- 175 mots
- 1 média
Albert Einstein propose, en 1905, la théorie de la relativité restreinte comme un nouveau cadre pour décrire de façon cohérente les phénomènes physiques mettant en jeu des vitesses proches de celle de la lumière. En imposant l'universalité de la vitesse de la lumière, la relativité restreinte...
ANTIMATIÈRE
- Écrit par Bernard PIRE, Jean-Marc RICHARD
- 6 931 mots
- 4 médias
...les spéculations hardies et l'analyse critique rigoureuse, fut nécessaire pour élaborer cette théorie. Le début du siècle vit naître la théorie de la relativité, qui modifie notre conception de l'espace et du temps, établit l'équivalence entre masse énergie, et corrige la mécanique classique lorsque...
ATOME
- Écrit par José LEITE LOPES
- 9 140 mots
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...étaient publiés, deux théories, formulées quelques années auparavant, retenaient l'attention des physiciens : la théorie des quanta de Planck (1901) et la théorie de la relativité d' Einstein (1905). Les travaux de Poincaré, de Lorentz et d'Einstein conduisirent, au début du xx^e siècle, à la...
CONTINU & DISCRET
- Écrit par Jean-Michel SALANSKIS
- 7 672 mots
...le discours qu'elle tient. L'interférence entre ce que dit la physique et le sens philosophique du continu, du discret et de leur opposition est devenue plus flagrante avec l'apparition des deux grandes théories « révolutionnaires » du début de ce siècle : larelativité et la mécanique quantique.
COSMOLOGIE
- Écrit par Marc LACHIÈZE-REY
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...fait contradictoire avec l'idée d'espace absolu et rigide que la physique newtonienne considérait, et que seule permettait d'appréhender la théorie de la relativité générale. Mais l'impact de cette théorie, ainsi que celui de la relativité restreinte, dépassait la simple introduction de la notion d'expansion,...
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