Albert Einstein, early 1900's - huanjo (licence CC BY-SA 2.0)

A la fin du XIXe siècle et au début du XXe siècle, la physique a un souci : entre les théories de l'électrodynamique de l'époque et les résultats expérimentaux, il y a des contradictions qui ne peuvent s'expliquer. On croyait alors que les ondes avaient absolument besoin d'un milieu pour pouvoir se propager. L'éther était ce milieu invisible. Mais les tentatives de calculer le mouvement de la Terre par rapport à l'éther n'arrivaient pas à des conclusions probables. Il restait toujours une zone d'ombre.

C'est en 1905 qu'Albert Einstein publie son article “De l'électrodynamique des corps en mouvement” (mais en allemand). Il s'appuie sur les travaux des physiciens qui l'ont précédé, comme James Clerk Maxwell, Henri Poincaré ou Hendrik Lorentz. Cet article pose les bases de ce qui s'appelle maintenant la relativité restreinte :

• Les lois de la physique sont invariables dans tous les systèmes référentiels inertes, c'est-à-dire non-soumis à une accélération
• La vitesse de la lumière dans le vide est toujours la même, indépendamment de la vitesse de déplacement de la source ou de l'observateur

On pourrait rajouter, par rapport aux croyances de l'époque, qu'il stipule aussi que la notion d'éther est superflue. De plus, cette nouvelle théorie réunit en un seul ensemble deux paramètres auparavant considérés comme distincts : l'espace et le temps.

Mais cette théorie n'explique toujours pas tout. Notamment, elle ne prend pas en compte la notion d'accélération et ne peut pas fonctionner avec la théorie de la gravité d'Isaac Newton. Einstein retourne donc au travail et publie en 1915 la théorie de la relativité générale, qui refond les principes de la gravitation tout en respectant les principes de la théorie de la relativité. Deux mathématiciens, Marcel Grossmann et David Hilbert, ont aidé Albert Einstein dans la conception de cette nouvelle théorie.

La relativité générale ajoute à la relativité restreinte l'idée qu'une masse peut déformer l'espace-temps. Elle remplace la notion de force par la courbure de l'espace-temps. La théorie de gravitation d'Isaac Newton est toujours valable à basse vitesse, par contre quand on se rapproche de la vitesse de la lumière, il faut utiliser la théorie de la relativité générale.

Pour voir les détails de ces travaux et en apprendre davantage :

Sur Internet :

• Article sur la relativité restreinte sur Wikipédia
• Article sur la relativité générale sur Wikipédia
• Article de 1905 d'Albert Einstein, traduit en français, “De l'électrodynamique des corps en mouvement.”, sur le site de l'Université du Québec à Chicoutimi ou en anglais sur le site de Princeton University Press
• Articles de 1914 à 1917 d'Einstein, dont ceux sur la relativité générale, sont accessibles en anglais sur le site de Princeton University Press
• Pour une vulgarisation accessible à tous, le blog Astronomie & Astrophysique, fait par un passionné d'astrophysique et ancien doctorant en la matière, Olivier Esslinger

Dans vos BU :

• Théories de la relativité / Nathalie Deruelle ; Jean-Philippe Uzan (Belin – 2014)
• Relativité générale / Thomas Andrew Moore (De Boeck – 2014)
• Relativité restreinte / Loïc Villain (De Boeck – 2015)
• Relativité restreinte : des particules à l'astrophysique / Éric Gourgoulhon (EDP sciences CNRS éd. – 2010)
• The manga guide to relativity / Masafumi Yamamoto (Ohmsha No Starch Press – 2011)
• L'éther des physiciens existe-t-il ? / Jean-Jacques Samueli (Ellipses – 2011)
• Comment construire une machine à explorer le temps ? / Paul Davies (EDP sciences – 2007)
• E = mc2 : histoire méconnue d'une célèbre formule / Jean Hladik (Ellipses – 2007)
• Pourquoi E = MC ? : et comment ça marche ? / Brian Cox ; Jeffrey R Forshaw (Dunod – 2012)
• Einstein, Newton, Poincaré : une histoire de principes / Françoise Balibar ; Rafaella Toncelli (Belin – 2008)
• Et si le temps n'existait pas ? : un peu de science subversive / Carlo Rovelli (Dunod – 2012)

L'Agence spatiale européenne prévoit de lancer le 2 décembre 2015 le satellite LISA Pathfinder de la base de Kourou en Guyane. Le but de ce satellite est de tester des technologies pour le futur lancement du laboratoire spatial LISA, qui observera la présence d'ondes gravitationnelles, prévues par Einstein grâce à sa théorie de la relativité.

Quelques articles sur le sujet :

LISA Pathfinder est prêt au décollage, 30 novembre 2015, sur le site de l'ESA

LISA Pathfinder overview, 16 octobre 2015, sur le site de l'ESA

LISA Pathfinder : le retour d'Einstein, 27 août 2015, sur le site de la Cité de l'espace

LISA Pathfinder mission journal : approaching lauch, sur le site elisascience.org, pour suivre le lancement