Les théories relativistes (3/4)

Le principe d'équivalence

Sur la base de ses travaux mettant en lumière la relativité du temps et de l'espace, Einstein construisit une nouvelle théorie de la gravitation, censée rendre compte de chacun des phénomènes gravitationnels connus alors, y compris de l'étrange comportement de l'orbite de Mercure. Il s'agit de la théorie de la relativité générale, dont la publication remonte à l'an 1916. Cette théorie repose sur l'énoncé du principe d'équivalence : "Tout champ gravitationnel peut ètre considéré comme une accélération équivalente". Cet énoncé peut surprendre. Il découle en fait d'une grande logique.

Considérons en effet un homme enfermé dans une cage d'ascenseur : il se tient debout sous le seul effet de la gravité terrestre. Si nous coupons à présent le câble retenant la cage d'ascenseur, cette dernière va subir une accélération vers le bas... tout comme l'homme se tenant à l'intérieur. L'accélération gravitationnelle ne dépendant pas de la masse, l'homme et la cage chutent à la mème vitesse. Mieux encore, l'homme flotte dans la cage. L'action de la pesanteur a donc, à ses yeux, été annulée. Tout se passe comme s'il se trouvait dans une capsule spatiale située loin de toute masse, une capsule en mouvement uniforme. Si nous soumettons cette capsule à une accélération - produite par la mise à feu d'un moteur, par exemple -, l'homme se trouvera à nouveau cloué au sol de la capsule... tout comme il était cloué au plancher de l'ascenseur par le seul effet de la gravité terrestre. Ainsi la gravitation peut-elle ètre annulée ou créée artificiellement, à souhait, par seule application d'une accélération. Il semble donc bien que tout champ gravitationnel puisse ètre considéré comme une accélération d'intensité équivalente dans un espace-temps à quatre dimensions : les trois dimensions spatiales et la dimension temporelle.

La courbure de l'espace-temps

La structure spatio-temporelle de cet univers à quatre dimensions peut ètre représentée de façon géométrique, en introduisant le concept de "courbure". Cette courbure résulte, dans la théorie d'Einstein, de la présence d'une masse dans l'espace, la Terre par exemple. La Lune, en sa qualité de satellite, subit naturellement les effets de cette courbure : plutôt que de se déplacer en ligne droite et à vitesse constante, elle donne l'impression à l'observateur terrestre de décrire une trajectoire elliptique, le long de cette courbure. En réalité, elle se déplace en ligne droite et à vitesse constante par rapport à l'espace-temps : elle suit son mouvement "naturel" dans l'espace-temps localement déformé. Aucune force ne s'exerce donc sur la Lune, contrairement à ce que pensait Newton, d'ailleurs bien incapable de comprendre comment une telle force pouvait se manifester à si grande distance, au travers le vide de l'espace.