Âge d'or de la relativité générale - Définition et Explications

Introduction

Albert Einstein
Avant Einstein
Avec Einstein
En physique des particules
Méta

L'Âge d'or de la relativité générale (de l'anglais : Golden age of general relativity) ou Renaissance de la relativité générale est une période s'étendant grossièrement de 1960 à 1980. À partir de 1955, la relativité générale a commencé à faire l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et...) de très intenses recherches alors qu'elle avait jusque là été occultée par le retentissement du développement de la mécanique quantique (La mécanique quantique est la branche de la physique qui a pour but d'étudier et de décrire les phénomènes fondamentaux à l'œuvre...) vers le milieu des années 1920. Pendant cette période d'une vingtaine d'année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) sont apparus nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de concepts et de termes qui continuent encore aujourd'hui d'inspirer l'imagination des chercheurs en gravitation (La gravitation est le phénomène d'interaction physique qui cause l'attraction réciproque des corps massifs entre eux, sous l'effet de leur masse. Il...) et celle du grand public, dont les trous noirs et les singularités gravitationnelles. Au même moment, à l'occasion d'un développement étroitement lié, l'étude de la cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.) physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de...) s'est intégrée dans ce courant principal et le Big Bang (Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que l’ensemble des modèles cosmologiques qui la décrivent, sans...) a fait l'objet d'une reconnaissance généralisée.

Révolutions scientifiques

Un grand nombre de révolutions scientifiques caractérisent l'Âge d'Or de la Relativité Générale. Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) d'abord, et le plus important, le Big Bang est devenu le modèle cosmologique de référence. D'autres révolutions scientifiques recouvraient un intérêt grandissant pour :

  • Le rôle de la courbure (Intuitivement, courbe s'oppose à droit : la courbure d'un objet géométrique est une mesure quantitative du caractère « plus ou moins courbé » de cet...) dans la Relativité Générale ;
  • l'importance théorique de trous noirs ;
  • l'importance de la machinerie géométrique et les niveaux de structures mathématiques (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide de raisonnements logiques sur des concepts tels que les nombres, les figures, les structures et les...), spécialement l'opposition entre la structure locale de l'espace-temps (La notion d'espace-temps a été introduite au début des années 1900 et reprise notamment par Minkowski en 1908 dans un exposé mathématique sur la géométrie de l'espace et du temps telle...) (en) par rapport à la structure globale de l'espace-temps (en) ;
  • la légitimation générale de la cosmologie étendue à l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude...) de la communauté des physiciens.

L'Âge d'Or vit l'apparition de la première théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative,...) de la gravitation de valeur compétitive, la théorie de Brans-Dicke (en), et les premières expériences de précision des théories de la gravitation. Cette ère a vu également un grand nombre de découvertes étonnantes en astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs...) observationnelle :

  • les quasars, objets de la taille du Système Solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement dit, notre système...) et aussi lumineux que des centaines de galaxies (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres Galaxie, cette fois au...) modernes, tellement éloignés qu'ils datent des premiers âges de l'Univers ;
  • les pulsars, bientôt interprétés comme étant des étoiles à neutrons en rotation ;
  • Le premier candidat crédible au titre de trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper (à l'exception...), Cygnus X-1 ;
  • le rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) de fond diffus cosmologique (Le fond diffus cosmologique est un rayonnement électromagnétique provenant de l'Univers, et qui frappe la Terre de façon quasi uniforme dans toutes les directions.), preuve solide du Big Bang et de l'expansion subséquente de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.).

La fin d'une ère

Le terme de l'âge d'or de la relativité générale est situé à la fin des années 1970 avec la prédiction théorique de l'évaporation des trous noirs (Le rayonnement de Hawking est le phénomène selon lequel un observateur regardant un trou noir peut détecter un infime rayonnement de corps noir...) par Stephen Hawking (Stephen W. Hawking, CH, CBE, FRS, FRSA, est un physicien théoricien et cosmologiste anglais, né le 8 janvier 1942 à Oxford....) (radiation d'Hawking). Cette découverte est parfois considérée comme ouvrant la perspective d'une « quantification » de la relativité générale, c'est-à-dire de son inclusion dans une théorie quantique plus large, bien que cela ne fasse pas consensus.

Historique

Les années 50

Certains des principaux évènements survenus pendant et autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit...) de l'Âge d'Or sont :

  • 1953 : P. C. Vaidya publie Temps newtonien en relativité générale, dans Nature, 171, p. 260.
  • 1956 : John Lighton Synge publie le premier texte sur la relativité qui met en évidence les diagrammes d'espace-temps et les méthodes géométriques;
  • 1957 : Félix A. E. Pirani utilise la classification de Petrov (en) pour comprendre le rayonnement gravitationnel ;
  • 1957 : Richard Feynman (Richard Phillips Feynman (11 mai 1918 - 15 février 1988) est l'un des physiciens les plus influents de la seconde moitié du XXe siècle, en raison notamment de...) présente l'argument de la goutte gluante (en) ;
  • 1959 : L'expérience de Pound-Rebka (en), première expérience de précision du décalage vers le rouge (Le décalage vers le rouge ou redshift est un phénomène astronomique de décalage vers les grandes longueurs d'onde des raies spectrales et de l'ensemble du spectre – ce...) gravitationnel ;
  • 1959 : Lluis Bel (Nommé en l’honneur de l'inventeur Alexandre Graham Bell, le bel est unité de mesure logarithmique du rapport entre deux puissances, connue pour exprimer la puissance du son. Grandeur sans dimension en dehors du...) présente le tenseur (Tenseur) de Bel-Robinson et la décomposition (En biologie, la décomposition est le processus par lequel des corps organisés, qu'ils soient d'origine animale ou végétale dès l'instant qu'ils sont privés de vie, dégénèrent sous l'action de...) de Bel (en) du tenseur de Riemann ;
  • 1959 : Arthur Komar présente la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du...) de Komar (en).

Les années 1960-1964

  • 1960 : Martin Kruskal (en) et George Szekeres (en) présentent indépendamment l'un de l'autre les coordonnées de Kruskal-Szekeres (en) pour le vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) de Schwarzschild ;
  • 1960 : confirmation de l'effet Shapiro ;
  • 1960 : Thomas Matthews et Allan Sandage, en associant 3C 48 (en) à une image optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) ponctuelle, montrent qu'une radio-source peut avoir au plus un diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le...) des 15 minutes-lumière ;
  • 1960 : Carl H. Brans (en) et Robert H. Dicke présentent la théorie de Brans-Dicke (en), la première alternative viable à la théorie de la Relativité (Cet article traite de la théorie de la relativité à travers les âges. En physique, la notion de relativité date de Galilée. Les travaux d'Einstein en ont fait un...) Générale avec une motivation (La motivation est, dans un organisme vivant, la composante ou le processus qui règle son engagement dans une action ou expérience. Elle en détermine le déclenchement dans une certaine direction avec l'intensité...) physique claire ;
  • 1960 : Joseph Weber rapporte des observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la...) d'ondes gravitationnelles, une affirmation maintenant généralement niée ;
  • 1961 : Pascual Jordan et Jürgen Ehlers (en) développent la décomposition kinématique d'une congruence pseudo-temporelle (en) ;
  • 1962 : Roger Penrose et Ezra T. Newman présentent le formalisme de Newman-Penrose (en) ;
  • 1962 : Ehlers et Wolfgang Kundt procèdent à la classification des symétries des espaces-temps à ondes Pp (en) ;
  • 1962 : Joshua (Joshua est le ketch en acier de Bernard Moitessier construit au chantier Meta de Tarare (Rhône) en 1961 avec lequel il participe au Golden Globe.) Goldberg et Rainer K. Sachs (en) prouvent le théorème (Un théorème est une proposition qui peut être mathématiquement démontrée, c'est-à-dire une assertion qui peut être établie comme vraie au travers d'un raisonnement...) de Goldberg-Sachs (en) ;
  • 1962 : Ivor M. Robinson et Andrzej Trautman (en) découvrent la poussière nulle de Robinson-Trautman ;
  • 1962 : Ehlers présente les transformations d'Ehlers, une nouvelle méthode de génération des solutions ;
  • 1962 : Cornelius Lanczos présente le potentiel de Lanczos (en) pour le tenseur de Weyl ;
  • 1962 : Richard Arnowitt, Stanley Deser (en) et Charles W. Misner présentent la reformulation ADM et l'hyperbolicité globale (en) ;
  • 1962 : travaux d'Yvonne Choquet-Bruhat sur le problème de Cauchy et l'hyperbolicité globale ;
  • 1962 : Istvan Ozsvath et Englbert Schücking redécouvrent les Modèle:Llien,
  • 1962 : Hans Adolph Buchdahl découvre le théorème de Buchdahl ;
  • 1962 : Hermann Bondi présente la masse de Bondi (en) ;
  • 1963 : Roy Kerr découvre la solution du vide de Kerr des équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement pour poser le problème de leur identité. Résoudre l'équation consiste à déterminer toutes les façons de donner à certaines des...) du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) d'Einstein ;
  • 1963 : le décalage vers le rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) de 3C 273 et d'autres quasars montrent qu'ils sont très éloignés, et donc extrêmement lumineux ;
  • 1963 : Newman, T. Unti et L.A. Tamburino présentent la solution du vide NUT ;
  • 1963 : Roger Penrose présente les diagrammes de Penrose et les limites de Penrose ;
  • 1963 : Premier symposium du Texas sur l'astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des...) gravitationnelle, organisé à Dallas (Pour le feuilleton, voir Dallas (feuilleton télévisé).), du 16 au 18 décembre ;
  • 1964 : R. W. Sharp et Misner présentent la masse de Misner-Sharp ;
  • 1964 : M. A. Melvin découvre la solution de l'électro-vide de Melvin, connu aussi comme l'univers magnétique de Melvin).

Les années 1965-1969

  • 1965 : Roger Penrose prouve le premier des théorème sur les singularités de Penrose-Hawking ;
  • 1965 : Newman et d'autres découvrent la solution de l'électro-vide de Kerr-Newman ;
  • 1965 : Penrose découvre la structure des cônes de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à...) dans les espaces temps d'onde gravitationnelle (Dans le cadre de la relativité générale les ondes gravitationnelles sont définies comme les perturbations de la métrique qui du point de vue des équations...) plane ;
  • 1965 : Kerr et Alfred Schild (en) présentent les espaces-temps de Kerr-Schild ;
  • 1965 : Subrahmanyan Chandrasekhar (Subrahmanyan Chandrasekhar (19 octobre 1910 à Lahore, Punjab, Indes britanniques - 21 août 1995 à Chicago) est un astrophysicien et un mathématicien américain d'origine indienne. Il est lauréat...) détermine un critère de stabilité ;
  • 1965 : Arno Penzias et Robert Wilson découvrent le rayonnement du fond diffus cosmologique ;
  • 1966 : Sachs et Ronald Kantowski (en) découvrent la solution des poussières de Kantowski-Sachs,
  • 1967 : Jocelyn Bell (Bell Aircraft Corporation est un constructeur aéronautique américain fondé le 10 juillet 1935. Après avoir construit des avions de combat durant la Seconde Guerre...) et Antony Hewish découvrent les pulsars ;
  • 1967 : Robert H. Boyer et R. W. Lindquist présentent les coordonnées de Boyer-Lindquist pour le vide de Kerr ;
  • 1967 : publication de Bryce DeWitt sur la gravité quantique (La gravité quantique est la branche de la physique théorique tentant d'unifier la mécanique quantique et la relativité générale.) de référence ;
  • 1967 : Werner Israel prouve le théorème de calvitie ;
  • 1967 : Kenneth Nordtvedt (en) développe le formalisme PPN ;
  • 1967 : Mendel Sachs (en) publie la factorisation des équations de champ d'Einstein ;
  • 1967 : Hans Stephani découvre la solution de la poussière de Stephani ;
  • 1968 : F. J. Ernst découvre l'équation d'Ernst ;
  • 1968 : B. Kent Harrison découvre la transformation d'Harrison, méthode génatrice de solutions ;
  • 1968 : Brandon Carter résout les équations géodesiques pour l'électro-vide de Kerr-Newmann ;
  • 1968 : Hugo D. Wahlquist découvre le fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des fluides peu compressibles. Dans...) de Wahlquist ;
  • 1969 : William B. Bonnor présente le faisceau de Bonnor (en) ;
  • 1969 : Penrose propose l'hypothèse de la censure cosmique (faible) et le processus de Penrose ;
  • 1969 : Stephen W. Hawking prouve le théorème des surfaces pour les trous noirs ;
  • 1969 : Misner présente l'univers mixmaster ;

Les années 1970

  • 1970 : Franco J. Zerilli dérive l'équation de Zerilli ;
  • 1970 : Vladimir A. Belinskiǐ, Isaak Markovich Khalatnikov (en) et Evgeny Lifshitz (en) présentent la conjecture (En mathématiques, une conjecture est une assertion qui a été proposée comme vraie, mais que personne n'a encore pu démontrer ou réfuter.) BKL ;
  • 1970 : Chandrasekhar parvient jusqu'à l'ordre post-Newtonien 5/2 ;
  • 1970 : Hawking et Penrose prouvent que des surfaces pièges doivent être présentes dans les trous noirs ;
  • 1970 : fusée (Fusée peut faire référence à :) à photon (En physique des particules, le photon (souvent symbolisé par la lettre γ — gamma) est la particule élémentaire médiatrice de l’interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux...) de Kinnersley-Walker ;
  • 1970 : Peter Szekeres présente les ondes planes en collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) ;
  • 1971 : Peter C. Aichelburg (en) et Roman U. Sexl (en) présentent l'ultra (ULTra (pour (en)« Urban Light Transport ») est un système de transport individuel de type Personal Rapid Transit (PRT),...) poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air brassé par un moteur, dans le sens inverse de l'avancement.) de Aichelburg-Sexl (en) ;
  • 1971 : Présentation du vide de Khan-Penrose, un espace-temps d'onde plane (L'onde plane est un concept issu de la physique de la propagation des ondes. C'est une onde dont les fronts d'onde sont des plans infinis, tous perpendiculaires à une même direction de propagation désignée par le vecteur .) en collision simple et explicite ;
  • 1971 : Robert H. Gowdy présente les solutions du vide de Gowdy, modèles cosmologiques contenant des ondes gravitationnelles en circulation ;
  • 1971: Cygnus X-1 (En astronomie, Cygnus X-1 est une binaire X et fut le premier candidat trou noir.), le premier candidat solide pour un trou noir, découvert par le satellite (Satellite peut faire référence à :) Uhuru ;
  • 1971: William H. Press découvre les anneaux des trous noirs par simulation numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition à une information dite...) (en) ;
  • 1971 : algorythme de Harrison et Estabrook pour la résolution des systèmes de PDE ;
  • 1971 : James W. York (en) présente la méthode conformale générant les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) initiales pour la formulation (La formulation est une activité industrielle consistant à fabriquer des produits homogènes, stables et possédant des propriétés spécifiques, en mélangeant différentes matières...) de la valeur initial d'ADM ;
  • 1971 : Robert Geroch (en) présente le groupe de Geroch (en) et une méthode génératrice de solutions ;
  • 1972 : Jacob Bekenstein propose que les trous noirs ont une entropie (En thermodynamique, l'entropie est une fonction d'état introduite en 1865 par Rudolf Clausius dans le cadre du deuxième principe, d'après les travaux de Sadi Carnot. Clausius a...) non-décroissante, qui peut s'identifier aux surfaces ;
  • 1972 : Carter, Hawking et James M. Bardeen proposent les quatre lois de mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission,...) des trous noirs ;
  • 1972 : Sachs présente les scalaires optiques (en) et prouve le théorème des pelures ;
  • 1972 : Rainer Weiss (en) propose le concept de détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de la situation pour lequel il a été...) interférométrique d'ondes gravitationnelles ;
  • 1972 : J. C. Hafele et R. E. Keating réalisent l'expérience de Hafele-Keating (en) ;
  • 1972 : Richard H. Price étudie l'effondrement gravitationnel par simulations numériques ;
  • 1972 : Saul Teukolsky dérive l'équation de Teukolsky ;
  • 1972 : Yakov B. Zel'dovich prédit la transmutation (La transmutation est la transformation d'un élément chimique en un autre par une modification du noyau atomique de l'élément. Elle est aussi appelée transmutation nucléaire.) de la radiation (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se produire par rayonnement électromagnétique (par exemple : infrarouge) ou par une désintégration (par...) électromagnétique et gravitationnelle ;
  • 1973 : P. C. Vaidya et L. K. Patel présentent la solution de la poussière nulle de Kerr-Vaidya ;
  • 1973 : Publication par Charles W. Misner, Kip S. Thorne et John A. Wheeler du traité Gravitation, le premier texte moderne de Relativité Générale ;
  • 1973 : Publication par Stephen W. Hawking et George Ellis de la monographie The Large Scale Structure of Spacetime (en) (Structures à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte une échelle escamotable de grande hauteur. Le...) de l'espace-temps) ;
  • 1973 : Robert Geroch présente le formalisme de GHP (en) ;
  • 1974 : Russell Alan Hulse et Joseph Hooton Taylor découvrent le pulsar (Un pulsar est le nom donné à une étoile à neutrons, tournant très rapidement sur elle-même (période typique de l'ordre de la seconde, voire beaucoup moins pour les pulsars...) binaire Hulse-Taylor PSR 1913+16 ;
  • 1974 : James W. York (en) et Niall Ó Murchadha présentent l'analyse de la formulation de la valeur initiale et examinent la stabilité de ces solutions ;
  • 1974 : R. O. Hansen présentent les moments multipolaires de Hansen-Geroch ;
  • 1974 : Tullio Regge (en) présente le calcul de Regge (en) ;
  • 1974 : Hawking découvre la radiation d'Hawking ;
  • 1975 : Chandrasekhar et Steven Detweiler calculent les modes quasinormaux ;
  • 1975 : Szekeres et D. A. Szafron découvrent les solutions de la poussière de Szekeres-Szafron ;
  • 1976 : Penrose présente les limites de Penrose qui postulent que chaque géodésique (En géométrie, une géodésique désigne le chemin le plus court, ou l'un des chemins s'il en existe plusieurs, entre deux points d'un espace une fois qu'on s'est donné un moyen de mesurer les distances,...) nulle dans un espace-teps Lorentziense comportent comme une onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) plane ;
  • 1978 : Penrose présente la notion d'un thunderbolt ;
  • 1978 : Belinskiǐ et Zakharov montrent comment résoudre l'équation de champ d'Einstein en utilisant la transformation inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1, si 1...) par diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit,...) (en) ;
  • 1978 : premier solitons gravitationnels ;
  • 1979 : Richard Schoen (en) et Shing-Tung Yau prouvent le théorème de la masse positive (en).
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