La relativité d’Einstein, expliquée simplement
Pour faire suite à notre exploration de juillet
En juillet, nous avons ouvert une question vertigineuse : et si le temps n’était pas la ligne droite que nous croyons vivre, du passé vers le futur ? Beaucoup de traditions spirituelles, animistes, cycliques, ont toujours pressenti que le temps n’avance pas tout seul, qu’il se love, qu’il revient, qu’il n’est pas le même partout. Ce mois-ci, je voulais aller voir ce que la physique elle-même en dit. Pas pour valider nos intuitions spirituelles avec de la science, ce serait malhonnête. Mais pour comprendre, vraiment, ce qu’Einstein a découvert il y a plus d’un siècle, et pourquoi ça continue de bousculer notre rapport au monde.
Le point de départ : deux théories, dix ans d’écart
Il existe deux relativités, et on les confond souvent.
La première, la relativité restreinte, est énoncée par Albert Einstein dans un article publié en juin 1905. Elle part d’une observation expérimentale déconcertante : dans les années 1880, les physiciens Albert Michelson et Edward Morley mesurent la vitesse de la lumière dans toutes les directions, et découvrent qu’elle ne change jamais, quelle que soit la direction observée. C’est contre-intuitif : si on court vers une source de lumière, on devrait la voir arriver plus vite. Ce n’est pas le cas. La vitesse de la lumière est une constante absolue de l’univers, la même pour tout le monde, toujours.
Pour que cette constance tienne, Einstein doit sacrifier quelque chose d’autre : l’idée que le temps et l’espace sont fixes et universels. La relativité restreinte pose que la vitesse de la lumière est constante et que les lois physiques restent les mêmes dans tous les référentiels, mais pour que cela fonctionne, le temps et l’espace doivent devenir relatifs à l’observateur. Selon la vitesse à laquelle on se déplace, le temps ne s’écoule plus à la même cadence, et les distances ne se mesurent plus de la même façon. Espace et temps cessent d’être deux choses séparées, ils deviennent une seule entité : l’espace-temps.
La seconde théorie arrive dix ans plus tard. En 1915, Einstein élargit ce cadre pour inclure la gravité, expliquant comment la masse courbe l’espace et le temps. C’est la relativité générale.
La gravité n’est pas une force, c’est une courbure
C’est sans doute l’idée la plus difficile à intégrer, parce qu’elle va à l’encontre de tout ce que notre expérience quotidienne nous enseigne. Pour Einstein, le mouvement d’un corps n’est pas déterminé par des forces, mais par la configuration de l’espace-temps. Par exemple, la Terre tourne autour du Soleil non pas parce que celui-ci exerce une force gravitationnelle sur notre planète, mais parce que sa masse perturbe l’espace-temps environnant, et c’est cette perturbation qui guide le mouvement de la Terre.
L’image la plus utilisée pour comprendre ça est celle d’un tissu tendu. Il faut imaginer l’univers comme un tapis élastique : si on y pose une masse, la Terre par exemple, ce tapis se déforme et se creuse, et c’est cette déformation que l’on appelle la courbure de l’espace-temps. Une bille posée sur ce tapis déformé ne roule pas en ligne droite, elle suit la pente créée par le creux. C’est exactement ce qui se passe quand une planète orbite autour d’une étoile : elle ne suit pas une force invisible, elle suit la forme que la masse de l’étoile a donnée à l’espace autour d’elle.
Et parce que l’espace et le temps sont liés, cette courbure affecte aussi l’écoulement du temps lui-même. Plus on se trouve proche d’une masse importante, plus le temps s’écoule lentement, par rapport à un observateur plus éloigné. Ce n’est pas une image poétique, c’est une conséquence mathématique directe de la théorie, vérifiée expérimentalement de multiples fois depuis.
Les preuves : pas juste une belle idée
Ce qui distingue une théorie scientifique d’une croyance, c’est qu’elle peut être testée, et potentiellement réfutée. Einstein lui-même a proposé des moyens de vérifier sa théorie.
Quand la relativité générale est née, elle fournissait déjà une explication cohérente d’une anomalie connue depuis longtemps : l’avance du périhélie de Mercure, un déplacement minuscule de l’orbite de cette planète que la gravité newtonienne ne parvenait pas à expliquer complètement. C’était une première confirmation, mais purement théorique.
La preuve la plus spectaculaire est venue quelques années plus tard, et elle concerne directement le ciel que nous observons. Einstein avait prédit que la lumière d’une étoile lointaine devait être déviée en passant près d’un astre massif comme le Soleil. La première confirmation expérimentale de cette déviation de la lumière fut obtenue par l’astronome Arthur Eddington en 1919, au cours d’une éclipse solaire totale, moment où l’on peut observer des étoiles habituellement masquées par l’éclat du Soleil. Les étoiles situées juste derrière le Soleil apparaissaient légèrement décalées de leur position réelle, exactement comme la théorie le prévoyait. C’est ce résultat qui a rendu Einstein mondialement célèbre du jour au lendemain.
Depuis, la relativité générale a passé des dizaines de tests d’une précision croissante : le ralentissement du temps mesuré par des horloges atomiques embarquées en avion, le fonctionnement même du GPS qui doit corriger en permanence les effets relativistes pour rester précis, ou encore la détection directe des ondes gravitationnelles en 2015, ces vibrations de l’espace-temps lui-même provoquées par la collision de deux trous noirs.
Ce que ça change concrètement à notre vision du temps
La conséquence la plus déstabilisante de tout ça, c’est la fin du temps universel. Dans la vision newtonienne, l’espace et le temps étaient deux choses totalement différentes, séparées. Avec Einstein, ce n’est plus tenable. Il n’existe pas un « maintenant » unique partagé par tout l’univers. Deux événements peuvent être simultanés pour un observateur, et ne pas l’être pour un autre, selon leur vitesse respective ou leur position dans un champ gravitationnel. Le temps que vit une personne au sommet d’une montagne ne s’écoule pas exactement à la même vitesse que celui d’une personne au niveau de la mer, même si la différence est infime, bien en dessous de ce que nous pouvons percevoir.
Ce que ça nous dit, spirituellement
Je ne crois pas qu’il faille instrumentaliser la physique pour justifier nos intuitions spirituelles. La relativité ne prouve pas la réincarnation, ni que le passé et le futur coexistent quelque part, ni qu’on peut voyager dans le temps en méditant assez fort. Ce serait malhonnête de le prétendre.
Mais il y a quelque chose de profondément troublant, et je trouve ça beau, dans le fait que la physique la plus rigoureuse qui existe ait elle-même démontré que le temps n’est pas ce que notre expérience ordinaire nous fait croire. Nous vivons le temps comme une flèche, un couloir étroit, une ligne qui avance inexorablement du berceau à la tombe. Et la science elle-même nous dit : ce n’est pas si simple. Le temps dépend d’où vous êtes, de comment vous vous déplacez, de la masse qui vous entoure. Il n’est pas le décor neutre et fixe dans lequel les choses se passent. Il fait partie du tissu de ce qui se passe.
Ce que les traditions animistes ont toujours su sans les équations, c’est peut-être ça : que le temps n’est pas une autoroute à sens unique, mais une matière vivante, modelée par ce qui la traverse. Que la saison qui revient chaque année n’est pas une répétition vide, mais une boucle réelle dans le tissu du temps. Que certains lieux, certains moments, ont un poids différent, une densité différente, parce que ce qui s’y est passé continue d’infléchir ce qui s’y passe.
La physique ne nous demande pas de croire à la magie. Mais elle nous demande, depuis plus d’un siècle déjà, d’arrêter de croire que le temps est simple, plat, et identique pour tous. Et ça, c’est peut-être le point de rencontre le plus honnête entre la science et nos intuitions les plus anciennes : la certitude partagée que ce que nous tenions pour acquis, l’évidence du temps qui passe pareil pour tous, n’a jamais été qu’une apparence.
Sources principales
- Article original d’Einstein sur la relativité restreinte, 1905
- Article original d’Einstein sur la relativité générale, Les Fondements de la Théorie de la Relativité Générale, 1916
- Université de Genève, En 1915, la relativité générale change notre vision du monde
- Astronomes.com, La relativité générale
- Einstein Relatively Easy, Introduction à la relativité générale
CEA Découvrir et Comprendre, « Le principe de relativité »
https://www.cea.fr/comprendre/Pages/physique-chimie/essentiel-sur-principe-relativite.aspx
CEA Vidéo « Si la relativité générale m’était contée… » par Étienne Klein
Futura-Sciences, dossier « Relativité générale : comment l’espace-temps devint dynamique »
Wikipédia en français, « Relativité générale » et « Relativité restreinte »
https://fr.wikipedia.org/wiki/Relativité_générale
https://fr.wikipedia.org/wiki/Relativité_restreinte
Jean Eisenstaedt, Einstein et la relativité générale, les chemins de l’espace-temps, CNRS Éditions
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