Une éclipse solaire totale a contribué à cimenter la théorie de la relativité d'Einstein. Aujourd'hui, nous utilisons les mêmes principes pour faire des corrections incroyablement petites dans la mesure du temps qui permettent d'avoir une bonne précision du positionnement GPS.
Les systèmes de navigation globale par satellite et les systèmes de positionnement global (GPS) sont intégrés dans tout ce que nous utilisons dans notre vie quotidienne - voitures, téléphones mobiles, localisateurs, drones, etc. Cependant, le GPS n'est possible qu'en raison du travail d'Einstein avec la relativité générale. Et tout son travail aurait pu être en vain s'il n'y avait pas eu une éclipse solaire totale en 1919.
Einstein et l'espace temps
Einstein a théorisé que la masse ne génère pas seulement une force de gravité, mais que, plutôt, elle déforme le tissu théorique qu'il appelle l'espace-temps, tout comme un poids déformerait un tissu extensible mis à plat. Dans l'esprit d'Einstein, ce que nous interprétons comme gravité ici sur Terre n'était que la déformation de l'espace-temps. Mais il n'y avait pas vraiment pas de bon moyen lui de le prouver à l'époque. Einstein n'a pu que dériver théoriquement des équations de champ pour estimer ces grandeurs de déformation causées par des quantités spécifiques de masse comme le Soleil.
Une percée stellaire
En réalité, c'est Sir Frank Watson Dyson, l'astronome royal du Royaume-Uni, qui a conçu une expérience qui permettrait de tester si l'espace-temps existait et comment l'influence de la masse l'influençait. Einstein a théorisé que, lorsque la lumière d'une étoile passait à côté du Soleil, la lumière serait assez courbée pour que nous, sur Terre, voyions vraiment les étoiles « derrière » le Soleil dans un endroit différent de l'endroit où elles étaient réellement. Mais Einstein n'a jamais pu prendre une photo des étoiles derrière le soleil, parce qu'il est impossible de capturer la très terne et tenue lumière des étoiles directement derrière le Soleil,… à moins que, comme Sir Frank Watson Dyson l'a proposé, c'était lors d'une éclipse solaire totale ! Eureka !
Ce n'est que le 29 mai 1919 lors d'une éclipse solaire totale que cela a pu être fait. L'éclipse s'étendait de l'Afrique au Brésil, et Sir Dyson et Sir Arthur Eddington ont dirigé deux expéditions jumelles pour obtenir la preuve dont ils avaient besoin. Les expéditions ont été envoyées à Sobral, au Brésil et à l'île de Principe au large de l'Afrique. Plus d'une douzaine de photographies de l'éclipse solaire ont été prises entre les deux endroits et toutes ont servi à confirmer la théorie d'Einstein et ses prédictions précises.
Bien que cela semble presque identique à l'œil humain, les étoiles que vous voyez autour du soleil sont en réalité dans un endroit différent de ce que l'on voit et interprète ici sur Terre. Ce phénomène est maintenant appelé lentille gravitationnelle et est, pour Einstein, la preuve que la plus grande théorie qu'il ait jamais formulé était en fait vraie. Dans notre monde physique quotidien, la gravité affecte réellement le temps directement.
De l'espace-temps à la technologie satellite
Depuis que la théorie d'Einstein a été prouvée, nous avons continué à constater, maintes et maintes fois, que la relativité générale est intrinsèquement tout autour de nous. La science moderne a mesuré si précisément la différence de gravité et son effet sur le temps que si vous allez au laboratoire National Institute of Standards and Technology et vous vous placez à 33 cm au dessus de votre ami(e) pendant 79 ans, vous allez effectivement vieillir plus rapidement de 90 milliards de seconde que lui ou elle. Cependant eux, ils utilisent une double paire d'horloges en aluminium pour déterminer cela. Einstein n'en avait pas, mais leur recherche prouve sa théorie tout de même.
En fin de compte, ce que cela signifie aujourd'hui, c'est que les horloges marquent le temps à pas différents lorsqu'elles sont exposées à différentes grandeurs de champ gravitationnel. Étant donné que les satellites GPS volent à une altitude d'environ 20 000 km de la surface de la Terre, ils ressentent une attraction gravitationnelle bien différente de celle que nous ressentons et en réalité marquent le temps plus rapidement que les horloges sur Terre et… mais pas de beaucoup. Lors de leur lancement initial en 1977, les horloges à césium atomiques à bord des satellites GPS ont réellement été conçues pour "marquer le temps" 38 μs plus lentement que les horloges ici sur Terre de sorte que l'horodatage corresponde après avoir été soumises à la relativité générale. Cette correction incroyablement petite dans le temps, entièrement prédite par Einstein, est ce qui permet aux petits modules GPS individuels de vous indiquer votre position globale avec un précision de quelques centimètres.
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Sources :
Une détermination de la déviation de la lumière par le champ gravitational du Soleil, à partir des observations faites lors de l'éclipse totale du 29 mai 1919 : Sir F. W. Dyson. 6 novembre 1919.
Nist Pair d'Aluminum Clocks révèle la relativité d'Einstein à une échelle personnelle. 23 septembre 2010.