Ainsi, les scientifiques ont découvert des ondes gravitationnelles - des ondulations de l'espace-temps. Albert Einstein a suggéré leur existence il y a 100 ans, et l'observation directe a fourni la preuve finale du chef-d'œuvre du grand scientifique: la relativité générale. Des scientifiques de Caltech et du MIT ont découvert une onde gravitationnelle générée par deux trous noirs en collision.
Einstein n'a pas toujours été considéré comme un génie. Quand il a exprimé pour la première fois ses pensées douteuses sur la relativité, certains scientifiques ont organisé des manifestations. D'autres ont simplement vilipendé Einstein dans la presse, lui reprochant à la fois des idées dangereuses et des origines juives.
Mais le travail du scientifique a bouleversé la physique depuis ses fondements mêmes. L'univers d'Einstein joue rapidement et naturellement avec les concepts de position et de vitesse - à l'exception de la lumière, qui balaie toujours le vide à 300 millions de mètres par seconde. L'espace et le temps sont mélangés dans une mélasse à quatre dimensions appelée espace-temps, qui peut être étirée et déformée par la matière, la matière, la masse. Et la matière en mouvement suit les courbes de l'espace-temps - une géométrie cachée que nous percevons comme de la gravité.
Cela semble absurde.
Mais au cours des 100 dernières années, les expériences ont montré à maintes reprises: Einstein a raison. Sa théorie a été prouvée trop souvent pour énumérer tous ces moments ici, mais même les cas les plus frappants sont impressionnants.
La lumière est à la fois une onde et une particule
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Le nom d'Einstein est le plus souvent associé à la relativité, mais il a remporté le prix Nobel pour son travail sur la lumière. La physique classique postulait que la lumière est une onde, mais cette théorie ne pouvait pas expliquer comment et pourquoi les métaux émettent des électrons lorsqu'ils sont illuminés - ce phénomène est appelé effet photoélectrique.
Einstein a expliqué ce comportement étrange en suggérant que la lumière est en fait composée de paquets d'ondes discrets (photons) avec des énergies associées à leur fréquence. Cette découverte a conduit à l'émergence de la physique quantique, dans laquelle tous les atomes se comportent d'une manière étrange, semblable à une onde, et Einstein a contribué à faire cette découverte.
L'espace-temps peut se plier
La première grande victoire d'Einstein en relativité générale est survenue lorsqu'il a expliqué la mystérieuse oscillation de l'orbite de Mercure. En 1859, le brillant astronome français Urbain Le Verrier attribua cet effet à une planète inédite appelée Vulcain, disent-ils, elle attire Mercure. Mais des années de recherche n'ont abouti à rien, personne n'a trouvé de Vulcain.
Au grand plaisir d'Einstein, sa nouvelle théorie de la relativité a mis Vulcain sur ses pieds, montrant que la masse du Soleil se plie près de l'espace-temps, un peu comme une boule de bowling plierait une surface élastique mais molle. Puisque Mercure est si proche du Soleil, son orbite oscillante est le chemin le plus proche à travers l'espace-temps courbé par la masse du Soleil. Il n'y a pas et il n'y avait pas d'autre planète: tout est question de géométrie de l'univers, ce que Newton ne soupçonnait pas.
L'espace-temps peut être une "lentille"
Einstein avait de nouveau raison en mai 1919 lors d'une éclipse solaire totale. Selon la théorie de la relativité, l'espace-temps, courbé par la masse du soleil, pliera la lumière des étoiles entrante comme une lentille.
L'astronome britannique Arthur Eddington a pris de grandes photos de l'éclipse et a découvert que le Soleil avait étiré l'amas d'étoiles Hyades, pliant la lumière des étoiles individuelles d'environ un deux millième de degré - selon la prédiction d'Einstein, qui doublait la courbure prédite par la physique newtonienne.
Même Einstein ne s'attendait pas à l'utilité de ce phénomène pour les astronomes: en utilisant les galaxies elles-mêmes comme des lentilles géantes, les astronomes peuvent regarder dans le passé, dans les premières années de l'univers. Et lorsque les astronomes voient que la lentille est causée par des masses invisibles, cela leur permet de cartographier de vastes zones de matière noire.
La rotation des masses déforme l'espace-temps
Non seulement la matière déforme l'espace-temps, comme la boule de bowling, mais des masses en rotation comme la Terre attirent facilement l'espace autour d'elles, comme une cuillère dans la mélasse. Cela affecte les orbites des satellites les plus proches - l'effet bizarre de faire glisser les cadres de référence inertiels, l'effet Lense-Thirring.
Prédit en 1918 par la relativité générale, l'effet Lense-Thirring a été confirmé en 2004 lorsque les scientifiques ont découvert que la rotation de la Terre déplaçait facilement les orbites de deux satellites. En 2011, la sonde Gravity Probe B de la NASA a confirmé la découverte et affiné les chiffres.
La gravité ralentit le temps
Les équations d'Einstein confèrent également à la matière la capacité d'accélérer ou de ralentir le temps - et de changer la couleur de la lumière.
Nous pouvons voir cette étrange prédiction correcte même depuis la Terre: la lumière des étoiles lointaines prend des fréquences plus élevées - ou semble plus bleue - qu'un observateur ne le verrait dans l'espace lointain. Et plus vous vous éloignez du puits gravitationnel de la Terre, plus la fréquence de la lumière émise par la Terre est basse et basse, obéissant à l'effet du décalage gravitationnel vers le rouge.
Après tout, même votre smartphone ne peut ignorer la théorie de la relativité: sans corrections relativistes, les horloges des satellites GPS tiqueraient 38 microsecondes plus vite chaque jour qu'à la surface de la Terre, détruisant la précision du système au bout de deux minutes et ajoutant 10 kilomètres d'erreurs par jour.
