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- Mise à jour le 6 Juin 2009
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- CONFÉRENCE
"EINSTEIN AVAIT-IL RAISON?"
- Par Clifford WILL
- Professeur de
Physique Washington Univ. St Louis Miss., IAP
Organisée par l'IAP
- 98 bis Av Arago,
Paris 14ème
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- Le mardi 2 Juin
2009 à 19H30
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- Photos : JPM. pour l'ambiance (les photos avec
plus de résolution peuvent m'être
demandées directement)
- Les photos des slides sont de la présentation
de l'auteur. Voir les crédits
des autres photos
- Vidéo de la conférence par le CERIMES
disponible sur leur site quelques jours après (le CERIMES propose aussi
toutes les vidéos des conférences IAP) :
voir : http://www.cerimes.fr/
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- BREF COMPTE RENDU
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- Clifford
Will est un astronome physicien
Canadien, professeur à l'Université Washington à St Louis, Missouri
(USA), spécialisé dans la relativité générale, les ondes
gravitationnelles et les trous noirs.
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- Il nous parle ce soir d'Einstein et de sa théorie
de la relativité qui a à jamais changé nos idées de l'espace et du
temps.
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- En fait, pour lui (et pour l'écrivain Paul
Johnson), le XXème siècle commence le 29 Mai 1919.
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- Pourquoi donc cette date??
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- C'est en effet, à cette date que s'est produit
une éclipse totale de Soleil au Brésil, qui confirma la théorie de la
Relativité Générale (RG) d'Einstein : une masse importante faisait dévier
les rayons lumineux. La
physique venait de changer!
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C'est
une sensation internationale, Einstein
devient immédiatement célèbre dans le monde entier.
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- En démarrant en haut à gauche et en tournant
dans le sens des aiguilles d'une montre :
- Einstein avec Leo Szillard écrivant la fameuse
lettre à Roosevelt qui va être à l'origine du projet Manhattan ; Einstein
jouant du violon; la langue d'Einstein!; ovation pour Albert Einstein;
Einstein et Charlie Chaplin; mais oui il savait faire de la bicyclette
aussi; E et les indiens Hopis; E et Ben Gourion, il refusa (au grand
soulagement de tout le monde paraît-il) le poste de premier Président
d'Israël.
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- Comment cela avait il commencé?
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- En 1905 Einstein, obscur scribouillard au
bureau des brevets de Berne, publie 5 articles dans "Annalen des Physik",
qui vont s'avérer être révolutionnaires.
- C'est ce que l'on va appeler la naissance de la
Relativité Restreinte
(special relativity en anglais); restreinte car elle n'inclue pas la
gravitation; elle ne s'applique qu'aux objets en mouvement uniforme et non accéléré.
- Mais le temps devient maintenant une grandeur
comme une autre.
- La Relativité restreinte stipule que :
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La vitesse de la lumière dans le vide est constante quelques soient
les référentiels (c'est donc une limite mas absolue)
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Masse et énergie sont les deux faces d'une même entité (tout le
monde connaît la formule E =
mc2)
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L'univers est un espace-temps à 4 dimensions.
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- En 1915 c'est la Relativité Générale, la gravitation fait partie intégrante
des équations, c'est une généralisation de la relativité restreinte.
- En quelques mots la RG énonce que :
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Toute masse courbe l'espace-temps
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Les objets suivent des trajectoires que l'on appelle des géodésiques
- ·
Équivalence entre gravitation et accélération (fameuse expérience
de l'ascenseur)
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- Mais sa théorie à cause du conflit mondial,
n'est pas connu de tous encore.
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- Voilà pourquoi l'éclipse de Sobral de 1919 a
été l'élément déclencheur de la célébrité d'Einstein.
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Ses
théories ont fortement influencé la vie intellectuelle et artistique de l'époque.
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- Comme par exemple, une chanson et musique de
film devenu très célèbre qu'a
chanté notre orateur en public ce qui lui valut de forts
applaudissements et que j'ai immortalisé sur la photo ci-contre avec le
texte de la chanson qui se trouve être celle du film mythique …..Casablanca avec I Bergman et H Bogart.
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- Après ses heures de gloire, Einstein essaye,
sans succès, jusqu'à la fin de sa vie de mettre au point une théorie
d'unification des champs.
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- La RG n'était pas encore enseignée partout,
on pensait que c'était trop compliqué mais surtout que cela n'avait pas
beaucoup d'influence sur notre vie de tous les jours.
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- Mais le temps passant, dans les années 1960 se
produit une petite révolution en astronomie qui va booster la RG.
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En 1961 on découvre les quasars qui émettent une énorme quantité
de rayonnement
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En 1964 on découvre le bruit de fond cosmologique (CMB) avec ses 3K
de température
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En 1967 on découvre les pulsars étoile à neutrons qui tourne très
rapidement
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En 1971 on découvre un trou noir dans notre galaxie.
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- Tous ces évènements ont à faire avec la RG;
il faut donc la prendre au sérieux.
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- On va donc essayer de la tester et cela va se
faire en essayant d'expliquer certains phénomènes jusque là
inexplicables.
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- DÉVIATION
DE LA LUMIÈRE.
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- C'est la fameuse expérience de l'éclipse de
1919.
- L'espace est courbé par la lumière; si une étoile
est située proche du Soleil (trajet lumineux), elle devrait nous apparaître
lorsque le Soleil n'est plus là, déviée de 1,75 seconde d'arc.
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- Il "suffit" donc de faire une photo
avec et sans Soleil, sans Soleil, c'est facile, la nuit par exemple, avec
Soleil, ce n'est pas toujours facile, il faut une éclipse totale.
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- Mais comme le dit si bien Cliff, les éclipses
ne se trouvent jamais près des observatoires (loi de Will, ah!ah!).
- Donc beaucoup de chance en 1919 à Sobral pour
vérifier les dires de la RG.
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- Heureusement à notre époque, on peut aussi
illustrer cette conséquence de la RG en se penchant vers les quasars et la
radioastronomie. La radioastronomie est en effet très précise, elle peut
mesurer des différences de 100 micro secondes d'arc.
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- On a ainsi pu mesurer l'angle entre deux
quasars (3C273 et 3C279) lors d'un passage près du Soleil, de plus depuis
on a pu vérifier la validité de cette loi sur 540 quasars, et la RG a été vérifiée à 0,02% près.
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- L'effet de lentille gravitationnelle est aussi
une superbe application de la RG.
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- Cette méthode est basée sur la variation de
lumière d'une étoile source (ou d'une galaxie, d'un amas de galaxies)
devant laquelle passe une masse importante, une autre étoile par exemple.
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- Suivant la position de la source et de l'étoile
lentille on voit des formes différents allant de multiples images (mirages)
à des arcs et à des anneaux voir cet astronews
précédent qui résume le sujet.
- Lorsque l'alignement est parfait on voit le célèbre
anneau d'Einstein; dans les autres cas il y a d'autres figures qui se
produisent.
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- L'utilisation de lentilles gravitationnelles
est devenu un outil puissant en astrophysique (découverte d'exoplanètes
entre autre).
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- LE
PROBLÈME DU PÉRIHÉLIE DE MERCURE.
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D'après
les lois de Kepler et Newton, l'orbite des planètes est une ellipse dont
l'axe périhélié-aphélie est fixe dans le temps.
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- Or le périhélie de Mercure avançait de 575
" par siècle, on calcula alors les influences des diverses autres planètes
qui pouvaient jouer sur ce facteur (voir diapo ci contre) mais il restait
quand même un mystérieux
43" pour lesquelles on ne trouvait pas d'explication.
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- Et alors, et alors…Albert est arrivé!
- Il calcule l'influence de la RG (Mercure est très
près du Soleil et la masse de celui-ci n'est pas négligeable), il
trouve…43"!!
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- CQFD!
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- Plus tard, à l'aide d'horloges atomiques très
précises on calcula la variation entre la dérive du périhélie et la
valeur donnée par la RG, et on trouva …..42,98" à +/- 0,04".
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- LES
ONDES GRAVITATIONNELLES.
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La
grande différence entre les ondes électromagnétiques et les ondes
gravitationnelles (OG), est que ces dernières sont générées par le
mouvement des masses.
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- Et quand elles rencontrent des masses, elles créent
des différences de position.
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- Les ondes gravitationnelles sont extrêmement faibles, par exemple une source d'OG
très forte, provoquerait une variation de longueur dans une antenne de 1m
de…..1/1000 du diamètre d'un noyau atomique!!!
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- Une chose est certaine, on est sûr qu'elles
existent, elles ont été découvertes à Arecibo
en 1974 en mesurant la vitesse d'orbite de pulsars binaires.
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- Un des pulsars se déplace dans le champ de
gravitation de l'autre, qui varie suivant la position sur l'orbite.
- Actuellement il y a quatre lieux de détection
des OG dans le monde :
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LIGO à Hantford
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LIGO à Livingston
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GEO à Hanovre
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VIRGO à Pise
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- Bientôt on lancera dans l'espace le
projet LISA qui devrait nous permettre d'affiner ces mesures.
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- LA
RELATIVITÉ DANS LA VIE QUOTIDIENNE.
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- Le fait principal qui va dominer les
applications quotidiennes, est que la
vitesse de déroulement du temps n'est pas la même partout.
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- Une horloge au Mont Blanc bat plus vite (de 20
microsecondes) par an qu'à Paris, c'est l'effet de la gravitation qui n'est
pas la même aux deux endroits, c'est l'effet de la RG.
- Une horloge en mouvement avance plus lentement
qu'une horloge fixe, c'est l'effet de la Relativité Restreinte.
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- Ces deux effets sont utilisés dans la
principale utilisation de la Relativité :
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Le positionnement par satellite (GPS,
Galileo, …) est une des applications les plus courantes (avec les lecteurs
laser) de la théorie de la relativité d'Einstein, le principe repose sur
l'utilisation d'une super horloge atomique à bord de chaque satellite
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- Il faut toujours avoir en vue 4 satellites pour
que le système fonctionne.
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- Le temps ne s'écoule pas de la même manière
en fonction du champ de gravité et de la vitesse. La plupart des gens ne
comprennent pas pourquoi il faut 4 satellites en vue pour déterminer sa
position, alors que 3 (x,y,z) semblent suffisant.
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- C'est compter sans Albert qui nous joue des
tours, le temps n'est pas tout à fait le même dans les satellites et sur
Terre, si bien que si l'on n'effectue pas une correction (synchro des temps)
l'erreur de position peut atteindre 10km en une journée. Merci Albert!
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- Les effets combinés de la RG et de la RR nous
donnent une variation sur le signal "temps" de 39 ms par jour, qu'il faut corriger.
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- POUR ALLER PLUS LOIN.
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- C Will a écrit un livre il ya quelques années
sur ce sujet : "Was
Einstein right", qui a été traduit par "Les
enfants d'Einstein" chez Dunod.
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- L'éclipse
de Sobral par B Lelard
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- La
relativité restreinte et générale
par D Fontaine.
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- Le
site de Gravity Probe B , sonde qui
veut tester la relativité.
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- Relativité
: Au secours, la Terre entraîne l'espace-temps,
Albert avait raison!
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- La
gravitation testée dans l'espace : CR
de la conférence CNES/ONERA sur Microscope
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- Luc
Blanchet : CR conférence SAF sur les
Ondes Gravitationnelles du 17 Janv 2009.
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- Bon ciel à tous !
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- Jean Pierre Martin
membre de la commission de cosmologie de la SAF.
- www.planetastronomy.com
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