Les théories de la relativité restreinte et de la relativité générale ont été décrites par Albert Einstein :

A la manière de deux bateaux naviguant sur une mer d’huile de laquelle le rivage n’est pas visible et où il est impossible de nommer de façon certaine lequel recule et lequel avance, les théories de la relativité abordent un sujet difficile d’accès, où les repères euclidiens qui sont les nôtres perdent un peu de leurs sens.

Avant les théories de la relativité d’Einstein, les hommes pensaient être dans un monde dit « Galiléen », où la Terre se déplaçait dans un espace à priori fini et rempli d’éther. Nous étions dans un monde à trois dimensions.

La notion de relativité va révolutionner notre conception du monde en démontrant que les référentiels temporels et spatiaux ne sont que « relatifs » et dépendants de notre référentiel terrestre. Elle va rajouter une dimension supplémentaire : l’espace-temps.

L’Univers n’a plus de centre, de bord, de forme. Un voyageur de l’espace « voit » le temps s’écouler différemment selon qu’il se trouve sur la Terre où dans son vaisseau spatial. On ne sait plus qui est immobile et qui est en mouvement. Notre univers est relatif à la position où l’on se trouve.

De plus dans la théorie de la relativité générale, la gravitation des astres est expliquée par la courbure de l’Univers et que cette courbure est plus où moins accentuée en fonction de la masse des objets. La Terre ne tourne plus autour du Soleil, mais elle suit la courbure de l’espace ce qui l’entraîne dans un mouvement de rotation.

Ces deux théories ont été maintes fois prouvées par l’observation et par de multiples expériences.

1905 : Relativité restreinte

La masse est directement liée à l'énergie :

Fameuse formule E=MC2 (Energie en Joules, Masse en Kg, et vitesse de la lumière)

Le temps se déroule différemment si les référentiels sont différents (exemple des 2 horloges atomiques, celle qui va voyager plus vite va battre plus lentement).

Exemple du "paradoxe des jumeaux de Langevin" :

Deux jumeaux voyageant sur des référentiels différents (un sur la Terre et un dans un engin spatial voyageant à une vitesse proche de celle de la lumière). Quand celui qui aura voyagé reviendra sur la Terre, il sera plus jeune que son frère resté sur Terre.

Là où réside le paradoxe, c'est que les deux jumeaux doivent normalement penser que l'autre est plus jeune (aucun ne peut affirmer qu'il est sur LE référentiel absolu, un référentiel absolu n'existe pas). Lequel va donc vieillir plus vite que l'autre ?

En fait les deux systèmes inertiels ne sont pas strictement identiques, si la Terre est sur un référentiel stable (sa vitesse est constante), pour l'engin spatial ce n'est pas le cas : il accélère, ralentit, s'arrête, redémarre. Dans ces conditions les lois de la théorie de la relativité restreinte ne s'applique pas totalement, et le vieillissement du jumeau "Terrien" est tout à fait normal. Là ou le paradoxe s'applique, c'est si on imagine un système inertiel se déplaçant à une vitesse constante (très faible accélération en courbe ramenant au point de départ) où les lois de la relativité restreinte s'applique totalement, lequel sera le plus jeune ? Il n’y pas de réponse …

Il est impossible de dépasser la vitesse de la lumière car selon la théorie de la relativité restreinte la masse serait infinie.

L'espace et le temps sont indissociables.

1916 : Relativité générale

La gravitation est le résultat d’une déformation de l'espace-temps, qui courbe l’espace à proximité de masse importante.

Petit retour au début du 20ème siècle : au fur à mesure de l’évolution des techniques d’observations astronomiques, la communauté scientifique marque le pas sur une anomalie de gravitation de la planète Mercure. Les équations de Isaac Newton concernant la gravitation des astres autour du soleil définies au 17ème siècle semblent entachées d’une anomalie fondamentale car les mesures de gravitation de la planète ne correspondent pas tout à fait aux observations :

Mercure est affectée par un mouvement de précession de 574" par siècle, dont 531 sont dues aux autres planètes. Il manque donc 43" non expliquées.

La nouvelle théorie, la théorie de la relativité générale, va réussir à expliquer ces 43" (pour info la Terre subit la même précession séculaire mais sa valeur est de 3,84"), en fournissant les équations exactes aux bons calculs.

De la même façon, les rayons lumineux suivent la courbure de l’espace :

La déviation des rayons lumineux près du Soleil fut confirmée par Eddington qui releva la position des étoiles durant l'éclipse de 1919, depuis l'île Principe, une petite colonie portugaise au large des côtes d'Afrique occidentale.

Le Soleil se trouvait dans les Hyades au moment de l'éclipse, l'étoile la plus proche du limbe était déviée de près de 2" d'arc de sa position normale.

Après qu'Eddington eut annoncé la bonne nouvelle à Einstein, on dit qu'une des élèves d'Einstein lui demanda "et si l'expérience avait été négative ?", Einstein répondit "j'en aurais été navré pour le Bon Dieu, car la théorie est exacte".

La Croix d'Einstein (nommée en mémoire d'Einstein), est un exemple visuel de la déformation de l’espace qui duplique l’objet situé en arrière plan :

Petite remarque sur Albert Einstein :

Einstein est à l’origine de nouvelles théories sur la mécanique quantique, mais paradoxalement il n’accepte pas ces règles. Les éléments physiques (particules élémentaires) ne peuvent être décrits qu’en termes de probabilité (trajectoire, position, célérité). Or cette vision probabiliste ne convient pas à Einstein : "Dieu ne joue pas aux dés" dira-t’il. Il se refuse à penser qu’on ne puisse obtenir des expériences, que des probabilités de résultats. Pour lui, la mécanique quantique est incomplète.

Einstein se révèlera le dernier des physiciens classiques.