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RELATIVITE
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Le périhélie de Mercure est le point de son orbite qui est le plus rapproché du soleil. En tenant compte det perturbations apportées par le voisinage des autres planètes, Laplace avait calculé, d’après la loi de Newton, que ce périhélie devait avancer, dans le plan de l’orbite, d’un arc de 53a secondes par siècle. Or l’observation astronomique a noté une avance de 5 7 4 secondes : il y avait donc li secondes de trop. Mais le terme complémentaire d’Einstein ajoute précisément ces lz secondes. On pourrait presque dire que cet accord est trop satisfaisant.
Pesanteur delà lumière.
38. — D’après la Théorie de la Relativité, l'énergie a une niasse ; or la lumière est un forme de l'énergie, donc elle a une masse. Par conséquent, son passage à travers un champ de gravitation doit modifier son mouvement.
Le champ terrestre est trop peu intense pour que l’effet soit sensible. Mais au voisinage du soleil, il n’en est pas de même. Considérons une étoile située très loin derrière le soleil par rapport à nous. Elle émet des ondes lumineuses, qu’on peut comparer à des vagues roulant sur la mer ; elles deviennent rectilignes à grande dislance du centre d'émission. D’après la loi d’Einstein, le champ de gravitation ralentit la vitesse de ces vagues, tandis qu’il augmente celle d’une planète ou d’une comète. Or, quand le mouvement d’une vague est plus lent à une de ses extrémités qu'à l’autre, le front de la vague exécute comme un mouvement de conversion, et sa direction de propagation primitive change. En mer, ce cas se présente quand l’une des extrémités de la vague atteint avant l’autre une région d’eau moins profonde, car la vitesse diminue avec une moindre profondeur. Alors les vagues, qui au large s’avancent en biais par rapport au rivage, pivotent en se rapprochant de lui et l’abordent de front. Il en est de même quand les ondes lumineuses de l'étoile viennent à passer près du soleil, c’est leur extrémité la plus proche de l’astre qui diminue de vitesse ; le front de l’onde pivote et sa direction de propagation est déviée.
Cette direction de propagation est donnée par ce qu’on appelle le rayon lumineux ; le rayon est perpendiculaire au front de l’onde. Le pivotement de l’onde se traduit pour nous par la déviation du rayon lumineux ; ce rayon nous semblera courbé du côté du soleil.
Dans la Théorie de Newton, le rayon lumineux a une autre nature ; il est composé de corpuscules lancés par l'étoile avec la vitesse de300.ooo kil. par sec. En donnant une masse à ces corpuscules, on peut donc prévoir la déviation qu’ils éprouveraient en traversant le champ solaire. Pour un rayon qui raserait la surface du soleil, le calcul donne une déviation deo'87, causée par l’attraction solaire.
Or la loi d’Einstein annonce une déviation double, 1 75 ; elle est due, non à une attraction, mais à la structure de l’Univers.
Des observations astronomiques ont été faites, au moment d'éclipsés totales du soleil : on pouvaitalors photographier la position des étoiles dont les rayons rasent sa surface. Les résultats semblent donner nettement raison à Einstein.
Pour prévenir une objection, il est bon de remarquer que cette diminution de la vitesse de la lumière au voisinage du soleil n’estpascontradicloire avec l’hypothèse de l’Isotropie de la vitesse de la lumière, point de départ de la Théorie de la Relativité. Car un observateur qui déterminerait expérimentalement la vitesse d’un rayon lumineux en un point près du soleil, la trouverait égale à celle qu’il a sur la
terre, et égale dans toutes les directions : c’est toujours le même chiffre de 300.ooo kilom. La diminution apparaît seulement pour la vitesse définie avec les coordonnées employées dans le calcul, et pour un observateur qui considère l’ensemble du champ solaire cl calcule la vitesse de la lumière dans les différents points de sa trajectoire.
Le déplacement des raies du spectre solaire
39. — La loi d’Einstein a une autre conséquence : un champ de gravitation doit ralentir le cours du temps. Ainsi la vie d’un observateur, dans le voisinage du soleil, s'écoulerait plus lentement que sur la Terre.
Il semble bien difficile d’en faire l’expérience. Cependant on peut trouver à la surface du Soleil des horloges naturelles, et les comparer aux horloges du même genre, qu’on a dans les laboratoires terrestres.
Ces horlogi s sont constituées par les vibrations de la lumière.
Dans la lumière étalée du spectre solaire, on voit toutes les couleurs de l’arcen-ciel. Chaque radiation lumineuse y a sa place, les plus rapides vers le violet, les plus lentes vers le rouge. Par exemple, le fer, qui se trouve dans l’atmosphère incandescente du Soleil, donne dans le spectre solaire une série de raies très nombreuses, qui se rangent d’après la rapidité de la vibration lumineuse qui les produit. On peut comparer les positions de ces raies avec celles des raies que donne la vapeur incandescente du fer dans une expérience de laboratoire. Si le temps est ralenti dans le soleil, les raies du fer dans le spectre solaire seront toutes déplacées vers le rouge.
L’expérience est très délicate, car bien des causes d’erreur peuvent s’y glisser. Il semble pourtant que le déplacement prévu a été réellement observé.
L’Electricité
40. — La Théorie de la Relativité déduit de principes géométriques l’existence de la gravitation et les lois mécaniques auxquelles obéit la matière. Si bien qu’un géomètre, tel qne Riemann, aurait fort bien pu prévoir les caractères essentiels de l’Univers réel. Cependant la nature nous a réservé une grosse surprise : l’Electricité.
Ce n’est pas que les phénomènes électriques ne s’adaptent pas à la Théorie de la Relativité, puisque, historiquement, c’est à eux qu’elle a dû de prendre son essor. De plus, en partant de la loi de gravitation, on arrive à introduire l'électricité ; car l'électricité est une forme de l'énergie, il suffit de l’ajouter à l'énergie de la matière, dans les G équations qu’Einstein a trouvées pour exprimer la loi de la gravitation dans la matière (n° 35).
Sans détailler le mode de cette nouvelle construction, signalons seulement deux résultats intéressants :
10 Une nouvelle loi de conservation est confirmée : celle de l'électricité.
2° L'énergie électromagnétique présente une profonde différence-avec la matière : elle ne contribue pas, comme la matière, à modifier la Courbure totale de l’Univers. La conséquence est que la matière et les électrons, qui la composent, ne peuvent être constitués par de l'électricité seule.
Cependant, après toutes ces découvertes, il restait une grande question à résoudre.
Le champ de gravitation est expliqué parla structure géométrique de lUnivers. Cette structure a été jusqu’ici entièrement déterminée par les données du problème. Mais avec les forces électriques on se trouve en présence d’un nouveau champ, le champ
