La théorie de la relativité, découverte par EINSTEIN, fut développée en deux étapes: La relativité restreinte en 1905 et la relativité générale en 1916.

Avant cette théorie, on considérait le temps comme un facteur absolu. De plus on pensait que le temps et l'espace n'avaient pas de liens.

Principes de la relativité restreinte:

1. Dans un système Galiléen la description d'un phénomène est indépendant du système de référence utilisé.

Exemple: Un train se déplace à vitesse constante sur une ligne droite; par rapport à la station de gare (repère fixe) ou par rapport au train (repère mobile) les lois de la physique restent les mêmes. Impossible donc de discerner lequel des deux repères est "vraiment en mouvement et lequel est au repos".

2. La vitesse de la lumière est constante dans n'importe quel repère Galiléen. (Qu'est ce qu'un repère galiléen? C'est un repère qui se déplace par rapport à un repère fixe à vitesse constante). Elle n'est pas régie par la loi de composition des vitesses (qui s'ajoutent par exemple ou se soustraient).

Les mesures de temps et de distance dépendent des mouvements relatifs animant l'observateur et l'objet observé. La vitesse da la lumière " c " restant, elle, invariante. De même la mesure d'un intervalle de temps est une mesure relative au système de référence dans lequel a lieu la mesure.

Le passager de LANGEVAIN:

Suivant la théorie de la relativité, en considérant deux horloges A et B synchrones en un lieu; Si B reste en ce lieu, alors que A se déplace avec une vitesse constante le long d'une courbe fermée qui la ramène finalement en B, alors Einstein montre par le calcul et par le raisonnement que l'horloge A retarde sur l'horloge B.

Ce paradoxe va être vérifié. En 1971 deux physiciens américains embarquèrent une horloge atomique sur un avion qui fit deux fois le tour de la terre d'abord vers l'Ouest, puis vers l'Est (compte tenu de la rotation de la terre et du champ de gravitation terrestre, ils calculèrent alors les décalages imputables au "paradoxe" et les comparèrent à ceux observés entre l'horloge voyageur et celle de référence sur la terre: l'accord était complet.

Résumons nous: La relativité d'Einstein est fondée sur deux postulats: Les lois de la physique sont identiques dans tous les systèmes de référence en mouvement.

La vitesse de la lumière est identique dans tous les référentiels. En 1905 Einstein le prouve pour des repères galiléens (en mouvement uniforme) d'où son nom de relativité RESTREINTE et en 1915 l'étend à tous les référentiels et cela devient la relativité GENERALE.

Utiliser la relativité (restreinte ou générale) signifie rechercher des lois qui restent identiques dans tous les référentiels.

La physique classique de Newton considère qu'il existe un espace et un temps absolus obéissant à la géométrie d'Euclide (espace plan). Cadre statique à l'intérieur duquel se déroulent les phénomènes physiques.

La relativité restreinte efface la distinction entre espace et temps. Comment la matière modifie l'espace-temps?

Comment les masses se déplacent dans cet espace-temps? Ce sont ses amis mathématiciens Minkowski et Marcel Grossman qui vont l'aider dans l'utilisation de l'outil mathématique.

On change alors de géométrie: on utilisera celle de Riemann.

Grossman l'aide à utiliser cette géométrie à appliquer à son espace-temps et plus encore à appliquer le puissant outillage mathématique du calcul tensoriel développé par l'école italienne de Levi-Civita.

Einstein et Grossman créent alors leur espace-temps une surface à 4 dimensions (trois d'espace et une de temps). La géométrie de cette espace dépend de la présence de matière.

La présence de matière déforme l'espace-temps en le courbant. Il synthétise et simplifie sa recherche par une égalité simple: Courbure = Matière

Toute masse courbe l'espace autour d'elle. Les objets se déplacent dans cet espace courbe, et "tombent" les uns vers les autres. Comme un ballon déforme un coussin sur lequel il est posé, la matière courbe l'espace-temps.

Les objets les moins denses qui s'y déplacent "tombent" alors vers les objets les plus massifs, "comme s'ils" étaient attirés vers eux. Ils suivent en réalité la déformation de l'espace.

L'espace n'existe pas de façon absolue; chaque corps le modifie et grée de ce fait sa propre géométrie. L'espace est la somme de toutes ces géométries.

Et alors qu'est que E = mc² ?

C'est l'énergie interne que possède un corps du fait qu'il est fait de matière. Et alors? Cette masse peut se transformer et libérer une énergie énorme. Inversement une énergie peut se matérialiser en masse d'un corps.

La théorie de la relativité d'Einstein a été vérifiée par différentes expériences et analyses de phénomènes.

Nous en citerons quelques uns:

1. Le décalage gravitationnel vers le rouge:

Les rayons lumineux qui s'échappent d'une étoile par exemple voient leur longueur d'onde augmenter alors que ceux qui s'en rapprochent la voient diminuer. La gravitation fait "rougir" la lumière. Ce décalage est en réalité dû au ralentissement du temps dans un champs de gravitation (comme pour l'exemple des horloges atomiques). Il est donc indispensable de tenir compte du ralentissement gravitationnel.

2. Le Périhélie de mercure: Les planètes (dont mercure) décrivent des trajectoires elliptiques (forme d'œuf) dont le soleil est l'un des foyers (centre).

La présence des autres planètes perturbe cette ellipse qui ne se referme plus exactement : Le point le plus proche de l'astre (mercure ici) au soleil (appelé périhélie) se décale de la sorte à chaque orbite. Le décalage observé était conforme à sa théorie de l'espace-temps.

3. La déviation des rayons lumineux près du soleil:

La présence d'une masse déforme la géométrie à son voisinage, les rayons lumineux répondent à cette déformation en se courbant d'autant plus qu'ils passent à proximité de cette masse. La théorie de l'espace-temps était encore en accord complet avec les résultats de l'expérience. La lumière est faite de grains de matière appelés photons; le photon qui entre dans un champ gravitationnel important comme celui du soleil subit son attraction et de ce fait le photon (lumière) voit sa trajectoire déviée.

Ainsi TEMPS -ESPACE - MATIERE sont intimement liés. Sans matière il n'y a plus de temps et plus d'espace.

CONSTANTE COMOLOGIQUE:

Dès 1917 Einstein eut l'intuition, du fait que le monde est en expansion, qu'il existe une énergie capable de compenser et de vaincre la gravitation et qui fait que les étoiles s'éloignent l'une de l'autre.

Ainsi, si la densité de matière de l'univers est supérieure à une certaine densité critique la gravitation reprend le pas sur l'expansion alors l'univers se contracte et s'effondre sur lui-même; il se produit alors le "BIG CRUNCH" phénomène inverse du "BIG BANG".

Si sa densité est à peu près égale à la densité critique l'expansion ralentit indéfiniment sans jamais s'arrêter.

Si la densité de matière de l'univers est plus petite que la densité critique alors l'univers continue son expansion à l'infini.

L'évolution de l'univers dépend non seulement de la densité de matière qu'il renferme mais aussi de la densité d'énergie du vide (constante cosmologique).

Cela voudrait dire que la matière ne représente que 30% du contenu de l'univers et que le reste 70% existe sous forme d'énergie invisible qui tend à dilater l'univers.

Ainsi le vide n'est pas vide.