Qui a formulé la théorie de la relativité restreinte et générale ?

La théorie de la relativité restreinte et la théorie de la relativité générale ont été formulées par le physicien allemand Albert Einstein. La première, publiée en 1905, transforme la conception classique de l’espace et du temps en montrant que les mesures de durée et de distance dépendent de l’état de mouvement de l’observateur. La seconde, élaborée au cours de la décennie suivante et publiée en 1915, propose une nouvelle description de la gravité : celle-ci n’est plus considérée comme une force agissant à distance, mais comme un effet de la courbure de l’espace-temps produite par la matière et l’énergie.

La relativité restreinte, publiée en 1905

Einstein expose la relativité restreinte dans son article « Sur l’électrodynamique des corps en mouvement », publié dans la revue Annalen der Physik en 1905. La théorie repose notamment sur deux idées essentielles : les lois de la physique sont les mêmes pour tous les observateurs en mouvement rectiligne uniforme les uns par rapport aux autres, et la vitesse de la lumière dans le vide demeure la même pour ces observateurs, indépendamment du mouvement de la source lumineuse ou de celui qui la mesure. Ces principes conduisent à abandonner l’idée d’un temps universel et identique pour tous. Le temps peut s’écouler différemment selon la vitesse, tandis que les longueurs mesurées dans le sens du mouvement peuvent varier. Einstein montre ainsi que l’espace et le temps sont liés au sein d’une même structure, que l’on désignera ensuite comme l’espace-temps. La célèbre relation entre la masse et l’énergie, souvent résumée par la formule E = mc², découle également de ce cadre théorique.

De la relativité restreinte à la gravitation

La relativité restreinte décrit les phénomènes lorsque la gravité n’est pas prise en compte et s’applique aux référentiels en mouvement uniforme. Einstein cherche ensuite à l’étendre afin d’expliquer la gravitation et les mouvements accélérés. Après plusieurs années de travail, il présente en 1915 la relativité générale. Cette théorie décrit l’espace-temps comme une structure dynamique, dont la géométrie est modifiée par la présence de matière et d’énergie. En retour, cette géométrie détermine le mouvement des corps et de la lumière. Dans cette conception, une planète suit sa trajectoire dans l’espace-temps courbé par le Soleil ; il n’est donc plus nécessaire de représenter la gravité comme une force newtonienne invisible agissant instantanément à distance. La relativité générale rend notamment compte de la précession de l’orbite de Mercure, que la mécanique classique ne parvenait pas à expliquer complètement, et prédit la déviation de la lumière par un champ gravitationnel ainsi que le ralentissement des horloges soumises à une gravité plus intense.

Une théorie confirmée et toujours utilisée

La relativité générale reçoit une importante confirmation observationnelle lors de l’éclipse solaire de 1919. Des expéditions, notamment celle dirigée par l’astronome britannique Arthur Eddington, étudient la position apparente d’étoiles visibles près du Soleil pendant l’éclipse afin de rechercher la déviation de leur lumière prévue par Einstein. Ces résultats contribuent fortement à faire connaître la théorie au-delà du cercle des spécialistes, même si les tests ultérieurs ont permis des vérifications plus précises. Les prédictions relativistes ont depuis été confrontées à de nombreuses observations et mesures, parmi lesquelles la détection des ondes gravitationnelles et l’étude des objets compacts. Les effets de la relativité sont aussi pris en compte dans des technologies comme le système de positionnement GPS, dont les horloges doivent être corrigées pour tenir compte des effets liés à la vitesse et à la gravité. Albert Einstein reste ainsi le scientifique auquel est attribuée la formulation des deux théories de la relativité, qui constituent encore des fondements de la physique moderne.