Cienciaes.com : Mercure, étoiles doubles et théorie de la relativité générale. Nous avons parlé avec Antonio Claret.

Aujourd’hui, nous célébrons un événement qui nous remplit tous de fierté et qui, d’une manière ou d’une autre, rend possible cette folie que nous appelons Cienciaes.com. Nous avons franchi la barre des 15 millions d’audios téléchargés depuis notre serveur depuis nos débuts en 2009. Nous le célébrons à notre manière : en diffusant la science.

Nous nous retrouvons à nouveau dans une autre célébration, le centenaire de la Théorie Générale de la Relativité, révélée par Einstein en 1915. Antonio Claret, astrophysicien théoricien de la AAI Il nous parle aujourd’hui de plusieurs investigations qui démontrent la validité de la théorie. La première, réalisée par Einstein lui-même, a permis de résoudre un problème posé par l’orbite de la planète Mercure. Plus près de nous dans le temps, Claret lui-même et d’autres chercheurs ont montré comment les équations de la théorie de la relativité générale permettent d’expliquer les orbites d’un ensemble d’étoiles doubles, dont une qui semblait défier Einstein.

Pour illustrer comment Einstein a résolu le problème de Mercure, nous avons choisi un extrait du livre « Sur la théorie de la relativité restreinte et générale » publié par Albert Einstein en 1916 :

Le principe de la relativité générale nous permet de déterminer l’influence du champ gravitationnel sur l’évolution de tous les processus qui, en l’absence de champ gravitationnel, se déroulent selon des lois connues, c’est-à-dire qui sont déjà inclus dans le cadre de la théorie de la relativité spéciale. Nous procédons ici essentiellement par la méthode que nous avons analysée précédemment pour les règles, les horloges et les points matériels librement mobiles.

La théorie de la gravitation ainsi dérivée du postulat de la relativité générale ne se distingue pas seulement par sa beauté…, non seulement elle interprète la loi empirique de l’égalité entre masse inertielle et masse gravitationnelle, mais elle a aussi déjà expliqué deux résultats expérimentaux de l’astronomie , essentiellement très différent, contre lequel la mécanique classique échoue. Le premier concerne l’orbite de la planète Mercure.

En fait, si les équations de la théorie de la relativité générale sont particulières au cas où les champs gravitationnels sont faibles et où toutes les masses se déplacent par rapport au système de coordonnées avec des vitesses petites par rapport à celle de la lumière, alors nous obtenons la théorie de Newton comme une première approximation ; Ainsi, cette théorie aboutit ici sans qu’il soit nécessaire d’établir une quelconque hypothèse particulière, alors que Newton a dû introduire comme hypothèse la force d’attraction inversement proportionnelle au carré de la distance entre les points matériels en interaction. Si l’on augmente la précision du calcul, des écarts par rapport à la théorie de Newton apparaissent, mais presque tous encore trop faibles pour être observables.

C’est une de ces déviations que nous devons examiner ici avec un soin particulier. Selon la théorie newtonienne, les planètes se déplacent autour du Soleil selon une ellipse qui maintiendrait éternellement sa position par rapport aux étoiles fixes si l’influence des autres planètes sur la planète considérée, ainsi que le mouvement propre des étoiles, pouvaient être supprimé. En dehors de ces deux influences, l’orbite de la planète devrait être une ellipse immuable par rapport aux étoiles fixes, à condition que la théorie de Newton soit tout à fait correcte. Sur toutes les planètes, à l’exception de Mercure, la plus proche du Soleil, cette conséquence a été confirmée, ce qui peut être vérifié avec une précision éminente, jusqu’à la limite de précision permise par les méthodes d’observation actuelles. Or, de la planète Mercure, nous savons par Leverrier que l’ellipse de son orbite par rapport aux étoiles fixes, une fois corrigée dans le sens précédent, n’est pas fixe, mais tourne – quoique très lentement – dans le plan orbital et dans la direction de sa révolution. Pour ce mouvement de rotation de l’ellipse orbitale, une valeur de 43 secondes d’arc par siècle a été obtenue, valeur sûre avec une imprécision de quelques secondes d’arc. L’explication de ce phénomène au sein de la mécanique classique n’est possible que grâce au recours à des hypothèses invraisemblables, inventées exclusivement à cet effet.

Selon la théorie de la relativité générale, il s’avère que chaque ellipse planétaire autour du Soleil doit nécessairement tourner dans le sens indiqué ci-dessus, et que cette rotation est sur toutes les planètes, à l’exception de Mercure, trop petite pour être détectée avec la précision d’observation réalisable aujourd’hui. . , mais dans le cas de Mercure, cela doit s’élever à 43 secondes d’arc par siècle, exactement comme cela avait été vérifié dans les observations.

En dehors de cela, la seule autre conséquence accessible aux tests expérimentaux a été extraite de la théorie, et c’est un décalage spectral de la lumière que nous envoient les grandes étoiles par rapport à la lumière générée de manière équivalente (c’est-à-dire par le même type de molécules) sur Terre. Je ne doute pas que cette conséquence de la théorie sera bientôt confirmée.

(Albert Einstein, 1916)

Les références.

1) Albert Einstein, 1916. Sur la théorie de la relativité restreinte et générale. Madrid © 1998, Ediciones Altaya, SA

2) Claret, A. 1997
Le test de mouvement absidal de la structure stellaire dans les systèmes relativistes.
Astronomie et Astrophysique, 327, 11

3) Claret, A. 1998
Quelques notes sur le mouvement absidal relativiste de DI Herculis
Astronomie et Astrophysique, 330, 533

4) Claret, A., Torres, G. et Wolf, M. 2010
DI Herculis comme test de la structure stellaire interne et générale
relativité. Nouveaux taux de mouvement absidal et modèles évolutifs
Astronomie et Astrophysique, 515, 4

AUTRES LOGICIEL
Albert Einstein. Le violon, le temps et l’espace.

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