La relativité générale d’Einstein passe avec succès son plus grand test

En science, les théories se construisent et se défont à une vitesse parfois vertigineuse. Même les plus solides d’entre elles ne sont qu’à un contre-exemple de voler en éclat. Mais il reste pourtant certains concepts qui fonctionnent tellement bien qu’ils en sont devenus quasiment inamovibles; c’est le cas de la relativité générale conceptualisée par Albert Einstein lui-même. Cette dernière vient même de passer avec succès le cap d’une expérience critique menée par des chercheurs australiens qui aurait pu remettre tout le concept en question.

Pour comprendre le déroulement de ces travaux repérés par Space.com, il faut d’abord s’intéresser aux objets sur lesquels ils se basent : les pulsars. Ce sont des corps célestes en rotation qui émettent en permanence de violents rayonnements, qui nous parviennent sous forme de pulsation, d’où leur nom. Mais le vrai point important, c’est qu’ils sont bien plus massifs que notre Soleil dont la taille se compte en centaine de milliers de kilomètres. À côté les pulsars ne font que quelques kilomètres de diamètre mais possèdent une masse équivalente, voire supérieure. C’est cette densité absolument phénoménale qui leur confère des propriétés très intéressantes.

Cela en fait, naturellement, des objets fascinants pour les astronomes, qui les traquent donc depuis leur découverte en 1968. Au début des années 2000, ils en ont repéré un couple situé à environ 2400 années-lumière de notre Terre. Tous deux présentaient la particularité d’être situés de part et d’autre d’un même centre de gravité, autour duquel ils orbitent à plus d’un million de km/h.

Un tango entre poids-lourds cosmiques

Pour les physiciens de tout poil, y avait donc de quoi être excité; le tango de ces deux poids lourds constitue en effet le laboratoire idéal pour les étudier minutieusement pendant plus de quinze ans. “Des mouvements orbitaux aussi rapides d’objets aussi compacts nous permettent de tester de nombreuses prédictions de la relativité générale sur lesquelles nous ne pourrions pas expérimenter autrement”, s’enthousiasme Fick Manchester, astronome à l’agence spatiale australienne (CSIRO).

Et fort heureusement, ces observations ont tenu toutes leurs promesses. Au bout de toutes ces années d’effort, les chercheurs ont réalisé un véritable carton plein puisque les différents points qu’ils ont cherchés à confirmer ont tous été validés, les uns après les autres. Les pulsars se sont comportés exactement comme les travaux d’Einstein l’avaient prédit, jusque dans les moindres détails. Les auteurs ont notamment pu constater les effets de la fameuse dilatation temporelle qui intervient dans des champs gravitationnels intenses, comme c’est le cas à proximité de ces pulsars. “Notre précision nous a permis de mesurer les effets de la dilatation du temps qui ralentit les horloges dans les champs gravitationnels”, explique Manchester.

Cela fait plus d’un siècle que les chercheurs tentent de prendre la relativité générale en défaut, mais sans jamais y être parvenu jusqu’à présent. Malgré les coups de boutoir de la science, la théorie plus que centenaire continue, pour l’instant, de se montrer infaillible. Ce ne sont pas ces nouveaux travaux qui viendront affirmer le contraire. La théorie de la relativité générale est donc aujourd’hui vue comme un des piliers de nos connaissances scientifiques.

Vers la fameuse Théorie du Tout ?

Mais l’aventure ne s’arrête pas là pour les chercheurs en physique fondamentale, loin s’en faut. Car à chaque fois que des travaux nous rappellent la solidité de la relativité générale, on voit inévitablement resurgir le spectre de la fameuse “Théorie du Tout“.

Cette théorie, c’était le but ultime d’Einstein, et tout un pan de la physique théorique cherche encore à y parvenir. En substance, il s’agirait de trouver une théorie unique et globale qui permettrait de combler le fossé béant qui existe entre la relativité générale et la physique quantique, formalisée dans ce qu’on appelle le modèle standard de la physique des particules. Ces deux théories décrivent extrêmement bien les phénomènes que l’on observe dans notre monde, et servent de base à une grande partie de notre science.

Mais le souci, c’est qu’elles ont beau fonctionner extrêmement bien, à l’heure actuelle, elles demeurent irréconciliables. “La relativité générale est parfaite pour expliquer comment les choses fonctionnent à très grande échelle, mais elle ne fonctionne plus du tout à l’échelle des atomes”, rappelle Adam Deller, un autre astrophysicien affilié à l’étude. “À ce niveau, c’est la physique quantique qui prend le relais”, complète-t-il. Et on se retrouve alors dans un nouveau cul-de-sac, puisque dans ce modèle standard, rien ne permet d’expliquer les forces gravitationnelles si bien décrites par la relativité générale.

Il reste donc du pain sur la planche avant d’arriver à la théorie du Tout. C’est pour cela que les chercheurs réalisent des expériences comme celles-ci, elles leur permettent d’assurer leurs arrières en testant les limites de leurs modèles actuels. Et ce n’est pas simplement pour le plaisir de douter; les pièces manquantes du puzzle se cachent vraisemblablement dans ces points de rupture encore obscurs.

“C’est important de continuer à placer les tests les plus exigeants sur la relativité générale, pour découvrir où et quand elle s’écroule”, explique son co-auteur anglais Robert Ferdman. “Trouver le moindre écart avec la relativité générale serait une découverte majeure qui ouvrirait de nouvelles portes en physique, bien au-delà de notre compréhension théorique de l’univers. Et cela nous permettra peut-être un jour de découvrir une théorie unifiée des forces fondamentales de la nature” ,conclut Ferdmann sur un ton songeur.

Le texte de l’étude est disponible ici.

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