Einstein et les ondes gravitationnelles

Einstein Graffiti crédits kennysarmy (CC BY-NC-ND 2.0)

Quand Einstein doutait des ondes gravitationnelles, dont l’existence vient d’être constatée en septembre 2015…

Par Philippe Guglielmetti.

Einstein Graffiti crédits kennysarmy (CC BY-NC-ND 2.0)
Einstein Graffiti crédits kennysarmy (CC BY-NC-ND 2.0)

En recherchant où et quand Einstein avait prévu l’existence des ondes gravitationnelles dont tout le monde parle, je suis tombé non seulement sur son article en allemand de 19181, mais aussi sur un court article qui en retrace l’historique2.

En fait, Einstein s’était planté deux ans plus tôt dans un autre article3. Il y avait développé une approximation linéaire de la solution des équations de la relativité générale en considérant la gravitation par analogie avec l’électrodynamique : il considérait alors (comme moi jusqu’à aujourd’hui…) qu’une masse accélérée générait une onde gravitationnelle comme une charge électrique génère une onde électromagnétique.

Ensuite il s’est aperçu que ce n’était pas ça : il faut que « quelque chose tourne ». Les ondes gravitationnelles sont produites lorsque le moment d’inertie, ou plus précisément le moment du quadrupôle gravitationnel qui le généralise, varie brutalement.

Einstein et les autres physiciens ont vite remarqué que l’amplitude de ces ondes, si elles existaient, était extraordinairement faible. À tel point qu’Einstein lui même se mit à douter de leur existence.

En 1935, il soumit à Physical Review un article intitulé « Do gravitational waves exist ? » coécrit avec Nathan Rosen dans lequel il exposait ce qu’il écrivit à son ami Max Born4:

Avec un jeune collaborateur, je suis arrivé à un résultat intéressant : les ondes gravitationnelles n’existent pas, bien qu’elles aient été supposées certaines en première approximation. Ceci nous montre que les équations de champ de la relativité générale, non linéaires, peuvent nous en dire plus, ou plutôt nous limiter plus que nous pensions jusqu’ici.

Mais Physical Review refusa son article, ce qui créa une petite crise entre l’un des physiciens les plus réputés et l’un des principaux journaux scientifiques de l’époque.5. Einstein et Rosen publièrent donc leur article dans un journal moins connu[-] et en édulcorant un peu leurs conclusions définitives, ce qui fait qu’on a un peu oublié les doutes du génie devant les conséquences de son œuvre.

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Pour ma part, j’avoue qu’en écrivant cet article il y a pile deux ans, je ne pensais pas qu’on arriverait à détecter des ondes gravitationnelles à la surface de notre planète. Je m’attendais à ce que des instruments affranchis des vibrations parasites de notre environnement soient indispensables. Je me suis trompé.

Sur le web

  1. Albert Einstein, “Über Gravitationswellen” Sitzungsberichte der Königlich Preußischen Akad. der Wissenschaften, 1918.
  2. Wolfgang Steinicke, “Einstein and the Gravitational Waves,” Astron. Nachrichten, vol. 326, no. 7, pp. 640–641, 2005.
  3. Albert Einstein, « Näherungsweise Integration der Feldgleichungen der Gravitation« , Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften Berlin, 688–696. 1916.
  4. Kennefick, D. (2005). Einstein versus the Physical Review Physics Today, 58 (9), 43-48 DOI: 10.1063/1.2117822 (pdf).
  5. A. Einstein and N. Rosen, « On gravitational waves, » J. Franklin Inst., vol. 223, no. 1, pp. 43–54, Jan. 1937.