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    L'univers de la gravitation  
    Hors série - Science & Vie - 1998-12-01      
    Une force universelle et mystérieuse  
     
   

Courbure = Matière

 
    Il y a de la beauté dans cette équation, au point qu'on ne s'étonnerait pas de la voir figurer sous la plume de quelque théoricien de l'art. Elle a d'ailleurs été écrite en 1915, une date qui évoque bien sûr le chaos de la Grande Guerre, mais aussi toutes les révolutions esthétiques qui, en Europe, ont marqué le début du siècle, notamment en peinture ou dans l'art de la danse. Des révolutions desquelles l'inspiration géométrique n'était pas absente.  
    Courbure = Matière : c'est l'équation d'Einstein, dans la théorie de la relativité générale. Elle y existe évidemment sous une autre forme : une forme mathématique beaucoup plus compliquée, qui permet de définir par le calcul la géométrie locale de l'espace-temps associée à la présence d'une masse. Au moins dans la plupart des cas : il arrive en effet que l'équation ne donne pas de solution physiquement acceptable. Mais quoi qu'il en soit, elle forme aujourd'hui le cadre conceptuel dans lequel on aborde, à grande échelle, le phénomène le plus universel et le plus mystérieux de la Nature : la gravité.  
    Le plus universel. Du simple constat qu'on garde toujours les pieds au sol où qu'on se trouve à la surface de la Terre, à la forme de nos volcans et à l'écoulement de nos fleuves, du mouvement de la Lune autour de notre planète et de toutes les planètes autour du Soleil, de la formation des étoiles, galaxies et amas de galaxies à la distribution de matière à l'échelle de l'Univers, partout le même phénomène est à l'oeuvre : la gravité.  
    Le plus mystérieux, car à ce jour on n'a jamais pu en expliquer les mécanismes. Où qu'on se trouve dans Univers, toute masse interagit avec les autres, quelles que soient les distances qui les séparent, sans qu'on sache pourquoi.  
    Toutes cependant n'interagissent pas avec la même intensité, chose qu'on sait depuis la fin du XVlle siècle. On doit à Isaac Newton d'avoir trouvé la loi qui décrit comment varie l'intensité de cette force : deux masses, par exemple la Terre et le Soleil, s'attirent selon une force proportionnelle à leur produit et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare.  
    Rapidement adoptée en Angleterre, un peu plus tard en France, la théorie de Newton conte­nait nombre de prédictions qui purent être vérifiées par l'expérience. Aussi devint-elle pour deux siècles le modèle dominant en mécanique. Remaniée par Laplace et Legendre, elle permit, dans les années 1840, à l'astronome français Le Verrier de déterminer par le calcul la présence d'une nouvelle planète du Système solaire, à partir des perturbations orbitales d'Uranus. De fait, cette nouvel­le planète, Neptune, fut observée, en 1846, là où les calculs avaient indiqué qu'elle devait se trouver.  
    Pourtant, si puissante soit-elle, la théorie newtonienne de la gravitation laissait en suspens un problème sur lequel son auteur s'était refusé à "feindre des hypothèses". Elle impliquait en effet d'admettre que l'interaction gravitationnelle s'applique de façon instantanée en tout point de l'espace, ce qui, en termes modernes, supposait un signal se déplaçant à vitesse infinie. Or, depuis 1905, Einstein avait établi qu'aucun signal ne pouvait dépasser les 300'000 km/s de la lumière. La théorie newtonienne devait donc être modifiée, ce à quoi Einstein s'attela. Dix ans plus tard, la gravitation était profondément réinterprétée et, dans le cadre de la ouvelle théorie, la validité de l'attraction newtonienne se retrouvait circonscrite au seul domaine des basses vitesses.  
    De toutes les prédictions théoriques d'Einstein, aucune, à ce jour, ne s'est trouvée démentie par les observations. La relativité générale a permis de fonder une cosmologie physique dans laquelle la gravitation joue les premiers rôles, soit qu'elle donne accès à des objets qui, sans ses effets, fussent demeurés inconnus (galaxies très lointaines, trous noirs), soit qu'elle implique l'existence d'objets qui, telle la matière noire, le demeurent, soit encore qu'elle soit l'ingrédient majeur des modèles théoriques d'univers à grande échelle. Mais quelles propriétés de la matière font que la gravitation existe, cela, on ne le sait toujours pas.  
Sommaire  

L'univers de la gravitation

 
    Les forces dans la nature
par Serge Jodra
 
    Une question d'échelle
par Serge Jodra
 
    Les premiers maîtres de la gravitation
par Emmanuel Monnier
 
    Nuages, vents et éruptions
par Maurice Mashaal
 
    Le principe d'Archimède
par Maurice Mashaal
 
    Les éternels succès de Newton
par Jean-Marc Bonnet-Bidaud
 
    Deux siècles après Newton, Einstein…
par Alain Bouquet
 
    Les premières applications de la relativité générale
par Alain Bouquet
 
    Quelle géométrie pour l'Univers ?
par Jean-Christophe Hamilton
 
    600'000 ans après le Big Bang : comment la gravitation a pris le pas…
par Benoît Revenu
 
    La naissance des astres
par Philippe Henarejos
 
    Les royaumes de la gravité absolue
par Jean-Marc Bonnet-Bidaud
 
    Mirages dans le cosmos
par Jean-Paul Knew
 
    La relativité générale sera-t-elle dépassée ?
par Maurice Mashaal
 
            
       
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