L’étonnante histoire de la théorie de la relativité

Einstein - Relativité générale

1922. Dans son bureau, Albert Einstein décachette un courrier qu’il vient de recevoir tandis qu’une servante, dans la pièce, enlève la poussière sur les livres. Einstein voit que l’auteur est Russe. Peut-être encore des félicitations pour le prix Nobel que notre physicien à reçu l’année dernière… Il déplie le courrier et commence à lire. Soudain, il se redresse sur son siège. La servante sursaute. Les sourcils d’Einstein se froncent. Ses yeux vont de droite à gauche avec frénésie, puis, dans une explosion de colère atomique, il froisse le courrier, le met en boule, le jette par terre et l’écrase avec acharnement de plusieurs coups de talon! Puis il sort, un nuage noir au-dessus de la tête… La servante reste bouche pendante et yeux écarquillés… Qui a bien pu mettre le grand savant dans ce rare état de rage?

Pour comprendre, remontons le temps jusqu’en 1915. Encore une grande année pour Albert, car il vient de démontrer sa théorie de « la relativité générale », et elle a un effet fulgurant sur sa renommée et l’avancement de la science. Que dit cette théorie? Par exemple que la gravitation n’est pas une force, mais plutôt la manifestation de l’influence qu’a une masse sur l’espace temps. Hop hop hop! Ne partez pas! On décortique ça brièvement, avec une comparaison:

On imaginera ici l’espace comme une nappe tendue. Notre nappe est alors bien droite. Si on lance une bille de plomb sur elle, que fait cette dernière? Très simple, elle roule en ligne droite. Imaginons maintenant que l’on pose au centre de la nappe une grosse boule de bowling. La nappe se déforme en une sorte de cône pointant vers le bas. Relançons maintenant notre petite bille de plomb à proximité. Que ce passe t-il? La bille ne va plus en ligne droite mais suit la déformation de la nappe, sa trajectoire est « courbée ». Elle peut même, si elle perd de la vitesse, tomber sur la boule.

Remplaçons maintenant la boule de bowling par une énorme étoile, comme le soleil, dans un endroit de l’Univers. Et bien, la « bille » qui passe à côté, par exemple la Terre, sera déviée et se mettra à tourner sur un axe autour du soleil comme une bille dans une roulette de casino. Il y a donc ici, la démonstration d’une déformation des trajectoires de certains corps célestes par d’autres plus massifs. L’espace n’est pas simplement du « vide », mais une entité a part entière qui peut être déformée par ce qu’il contient.

Einstein - Relativité générale

La relativité générale d’Einstein – illustration par Diodore

Et ce n’est pas tout! Ce qui reste le plus épatant, c’est que même la lumière (ainsi que le temps!) sont déformés par l’influence des corps qui les côtoient. Cette nouvelle vision des choses, qui supplante la théorie déjà existante d’Isaac Newton, émerveille alors la communauté scientifique, et va bouleverser une croyance qui persistait depuis longtemps… Au début de ce vingtième siècle, la quasi-totalité des hommes de sciences croient que l’Univers est statique et éternel. Autrement dit, qu’il a une taille fixe, et qu’il n’a pas eu de commencement. (On pense également que la voie lactée est la seule galaxie de l’Univers). Et bien, c’est précisément ce que croit Einstein! Pourtant, un jour, il décide de tester sa théorie de la relativité à « tout » l’Univers. En effet, il veut comprendre pourquoi la gravitation, l’attraction des corps entre eux, ne fait pas s’écrouler l’univers sur lui-même. Il se lance alors dans un marathon de calculs comme il les aime. Il remplit des tableaux noirs, note, compte, évalue, numérote… jusqu’à ce qu’un jour de 1915 ses calculs lui donnent un résultat des plus étonnants. Un résultat qui le contrarie fortement! Sa théorie de la relativité, appliquée à l’Univers tout entier, montre clairement que le cosmos… s’agrandit de jours en jours! Mais si l’univers s’agrandit, c’est qu’il a un jour été plus petit. Et s’il a été plus petit, il a peut-être même eu un… commencement…

– IMPOSSIBLE!! Non, ce n’est pas possible!! s’écrie Einstein en s’arrachant les cheveux. L’Univers est statique, et il a toujours existé!

Pourtant ses équations sont claires. L’univers s’étend. Que va faire notre savant? Oh c’est simple, il va tout simplement empêcher l’univers de bouger…

Einstein décide d’introduire dans ses calculs une équation, qu’il appelle la constante cosmologique. Cette formule tente à prouver que le « vide » dans l’univers provoque une pression qui empêche les corps de trop se rapprocher et de s’effondrer les uns sur les autres. Voilà pourquoi selon lui, les corps s’attirent, mais sont équilibrés par cette constante qui les maintient à bonne distance. Le tour est joué! L’Univers n’a plus besoin de s’étirer. Il est fixe et stable! Le subterfuge fonctionne. Les calculs d’Einstein sont publiés.

Albert Einstein

Albert Einstein

Quelques révolutions terrestres plus tard, nous voici en 1922, en Russie. Ce jour-là, Alexander Friedman, professeur de physique et de mathématiques à l’université de Petrograd (St-Petersburg), lit avec enthousiasme les publications d’Albert Einstein dans les revues spécialisées. C’est la toute fraîche théorie de la relativité qui le passionne car pour lui, elle permettrait de démontrer que l’Univers évolue et il avance l’idée d’une expansion. Seulement, en relisant et en refaisant les calculs d’Einstein, Friedman remarque que quelque chose ne va pas dans les rapports mathématiques du savant allemand. Une équation fait tâche. Mais oui! C’est la constante cosmologique qu’Einstein a introduit sans vergogne dans ses calculs et qu’il a publié! Friedman aura-t-il le courage de reprendre le savant récemment récompensé du prix Nobel et soutenus par la majorité des savants du moment? Oui.

Il ajuste ses petites lunettes rondes sur son nez et commence à écrire à son tour un article, expliquant et prouvant SA théorie de l’expansion de l’Univers, et même celle d’une singularité initiale …(le Big Bang commence à voir le jour et Friedman propose même, après calcul, de donner un âge à l’univers!). Réfutant ouvertement la constante cosmologique, l’article parvient alors à Einstein qui, on l’a vu plus haut, n’apprécie pas du tout d’être pris pour un faussaire d’équations… Malgré la fureur d’Einstein, l’idée d’un Univers en expansion et qui a eu un commencement est lâchée. Le ver est dans la pomme… de Newton. Malheureusement, Friedman ne verra pas l’étonnante confirmation de ses idées, car il meurt en 1925 de la fièvre typhoïde après un voyage en ballon stratosphérique (où il bat le record d’altitude, 7200m).

C’est alors un des ses élèves, George Gamow, qui poursuit les travaux du professeur russe. En 1948, Gamow présentera les bases de la théorie du Big Bang, et prédira également un rayonnement de fond cosmologique… une empreinte, toujours visible, qu’aurait laissée dans l’Univers la première lumière émise par le Big Bang… mais ça, c’est une autre histoire…

En attendant, vers 1960, Einstein se retrouve en pleine discussion avec Gamow, l’ancien élève de Friedman. Et il lui avouera alors en repensant à l’entêtement dont il avait fait preuve et à la formule raccommodé: « Ce fut la pire boulette de ma carrière. »

L’anecdote du jour pour briller en société

Surprise de l’histoire, les cosmologistes ont découvert qu’une énergie mystérieuse – d’où son nom : énergie noire – remplirait tout l’Univers et serait dotée d’une pression négative qui la fait se comporter comme une force gravitationnelle répulsive. L’attraction des corps serait équilibrée par cette force répulsive. Ce qui permettrait alors d’expliquer pourquoi l’Univers continue de s’étendre au lieu de s’effondrer, et cela a une vitesse grandissante. Qu’en dites-vous? L’énergie noire ne vous rappelle-t-elle pas la constante cosmologique qu’Einstein a essayé de placer dans ses calculs? La « pire boulette » de sa carrière était peut-être bien sa meilleure intuition…

Pour approfondir…

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diodore

Enseignant et collectionneur d’anecdotes historiques.Son Blog: TAXISTORIA

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14 Réponses

  1. Karthus dit :

    J’ai tout compris, et c’était pas gagné d’avance!
    Merci pour cette super histoire. Aujourd’hui, on a tendance à croire que tout le savoir que l’on a sur le monde qui nous entoure est inné. Pourtant, il a bien fallu que des savants se cassent la tête pour réussir à comprendre les mécanismes complexes de la nature!

  2. JeanJean dit :

    Du sang neuf sur mon site préféré!
    C’est marrant, Diodore, vous et Djinnzz avez la même patte.
    J’espère que vous nous offrirez d’autres articles dans ce genre. La relativité n’est pas un sujet qui me passionne, mais j’ai lu avec plaisir tout de même.

  3. Cappello dit :

    Ça vous fait pas mal aux yeux?
    ‘ Peut-être encore des félicitations pour le prix Nobel que notre physicien à reçut l’année dernière’ ?
    Moi j’aurais écrit: ‘a reçu’. Mais c’est moi.

  4. Harmonie dit :

    J’ai tout compris ! c’est bien expliqué et ça me permettra de bien comprendre la relativité quand on l’étudiera en cours 🙂

  5. JeanJean dit :

    Bravo (Maitre) Cappello, vous avez trouvé la seule faute de frappe du site. Vous voulez une médaille?
    Avertir sur ce genre de coquilles (qui se voient dans tous les médias, presse nationale, livres, magazines…), passe encore (même si personnellement, je ne le fais jamais publiquement , je préfère envoyer un mail à l’auteur – question de respect). Mais êtes-vous obligés d’y mettre tant de mépris?

    • Illes Gauvain dit :

      parfaitement d’accord avec vous. Apparemment il ne semble pas connaître le respect. Du moins envers l’auteur de ce site qui a fait une malheureuse faute de frappe. Peut-être que se monsieur se sentait obliger de faire remarqué pars tant de mépris une faute comme celle ci.

  6. Fabrice dit :

    J’ai bien aimé « Le ver est dans la pomme… de Newton.  » Fallait le trouver ^^
    En fait, c’est super simple la théorie de le relativité 😆

  7. Dupont dit :

    « Petrograd (St-Petersburg), liS avec enthousiasme » Je me permets de vous faire remarquer cette petite faute. Merci pour tout votre travail!

  8. Bravo! dit :

    L’art de la vulgarisation scientifique est un exercice délicat, et vous y parvenez à merveille.
    Brova à diodore, et bravo à ce site qui est une veritable bouffee d’oxygene dans une blogosphere bouffee par la publicite et/ou la mediocrite.

  9. Tanouka dit :

    Einstein est mort en 1955, autant dire que la discussion qu’il aurait eue vers 1960 paraît être issue d’une physique que je qualifierais de « fantomatique ».

    Merci pour l’article. 🙂

  10. Dehommem dit :

    Super article ! J’adore c’est tout 😀 C’est bien expliquer et malgrès mon jeune age, j’ai tout simplement tout compris ! Merci pour ce partage de connaissance xD

  11. Argent dit :

    J ai passe un moment tres sympa en votre compagnie, un tres grand merci bien pour cette bonne lecture.

  12. GauthierV dit :

    Même quand il a tort, Einstein a raison ^^
    Article niquel, précis sans trop d’éléments superflues.
    Pour un info la même histoire est racontée avec un peu plus de précision par les Frère Bogdanov en audio, c’est super sympa à écouter notamment dans le train …

  13. Le punique dit :

    Trop de théâtralisme dans cet article,
    Aucun mot sur henri poincarré qui a publié un an avant einstein dans la revue allemande; les annales de physiques, le premier article concernant une nouvelle theorie qui s’appelle la theorie de la relativité restreinte,l’article d’Einstein est presque une copie

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