Sitter a développé des modèles théoriques de l’univers basés sur la théorie générale de la relativité d’Albert Einstein.
Les parents de Willem de Sitter (1872-1934) étaient Lamoraal Ulbo de Sitter et Catharine Theodore Wilhelmine Bertling. Lamoraal Ulbo de Sitter était juge et fermement dans la tradition de la famille de Sitter de devenir avocat. On s’attendait à ce que son fils Willem suive la tradition familiale, mais il a pris un cheminement de carrière différent avec son amour des mathématiques et des sciences. Willem a fréquenté l’école secondaire d’Arnhem, étudiant à l’Arnhem Gymnasium. Après avoir obtenu son diplôme de l’école, il est entré à l’Université de Groningue avec l’intention de prendre un diplôme en mathématiques. En plus de son amour pour les mathématiques, son plaisir pour la physique et la réalisation d’expériences physiques a grandi au cours de ses années de premier cycle. Il obtint l’autorisation d’assister aux expériences menées par Hermanus Haga, professeur de physique à l’Université de Groningue, et commença par conséquent à travailler au Laboratoire d’Astronomie de Groningue. Dans le laboratoire Jacobus Kapteyn, le professeur d’astronomie et de mécanique théorique, mesurait des plaques photographiques qui avaient été prises par l’astronome David Gill dans le cadre d’un relevé photographique du ciel austral pris à l’observatoire du Cap. Bien que Kapteyn était le professeur d’astronomie de Groningue,
Le tournant dans la vie de de Sitter est survenu en 1896 lorsque David Gill a visité Kapteyn pour discuter des progrès de l’étude du ciel austral. En entrant dans le laboratoire, Gill a vu de Sitter à une machine de mesure et les deux ont parlé brièvement. Sur :-
… le lendemain matin, de Sitter, alors qu’il prenait son petit-déjeuner dans sa chambre, reçut un message indiquant que Gill souhaitait lui parler au laboratoire. De Sitter ne possédait pas à cette époque la maîtrise de la langue anglaise qu’il a ensuite acquise ; Kapteyn donnait une conférence à l’époque et Mme Kapteyn a agi comme interprète lors de l’entretien. Gill a invité de Sitter à venir au Cap en tant qu’ordinateur et, comme de Sitter l’a ensuite déclaré dans une lettre à Gill, « achever ainsi mon éducation astronomique – ou plutôt la commencer, car jusqu’à ce moment-là je ne m’étais jamais fait une spécialité de l’astronomie et destiné à devenir mathématicien. »
Avec la discussion des observations héliométriques de Gill sur les satellites de Jupiter, de Sitter était entré dans le domaine qui semblait si parfaitement adapté à son esprit polyvalent : le talent, d’une part, pour voir clairement à travers les problèmes mathématiques les plus complexes et les traiter individuellement ; d’autre part, la perspicacité critique de la valeur et des limites des observations – une perspicacité qui découlait d’un intérêt très actif pour les observations ainsi que pour les instruments.
Hendricus Gerardus van de Sande Bakhuyzen avait été professeur d’astronomie et directeur de l’observatoire universitaire à l’Université de Leiden depuis sa nomination en 1872. Il prend sa retraite en 1908 et ses fonctions ont été scindées en deux, la chaire d’astronomie étant séparée de la direction de l’Observatoire. De Sitter a été nommé à la chaire d’astronomie tandis qu’Ernest-Frederich van de Sande Bakhuyzen, frère de HG van de Sande Bakhuyzen, a été nommé directeur de l’Observatoire. En prenant la chaire, de Sitter a donné sa conférence inaugurale sur Les nouvelles méthodes de la mécanique céleste. EF van de Sande Bakhuyzen est décédé en 1918 et l’année suivante de Sitter a été nommé directeur de l’Observatoire de Leiden en plus de son poste de professeur. Il entreprit une réorganisation complète de l’astronomie à Leiden en la divisant en trois divisions : Astronomie fondamentale de position ou astrométrie ; Astrophysique ; et mécanique céleste ou astronomie théorique. Sous sa direction, c’était l’un des principaux centres astronomiques du monde. Oort écrit :-
Tout au long des années à Groningen, ainsi que plus tard, de Sitter a montré une activité presque incroyable. En parcourant un certain nombre de ses publications les plus importantes, on est frappé par la rapidité avec laquelle les discussions sur différents sujets se succèdent et par la profondeur de la réflexion critique dont chacune d’entre elles apporte la preuve. Ni une maladie grave dont il souffrit pendant quelques années, ni la direction d’un observatoire qu’il entreprit de réorganiser presque entièrement, ni ses activités constantes dans de nombreux domaines liés à l’Université ne purent ralentir le cours de ses recherches scientifiques.
En 1913, de Sitter a produit un argument basé sur des observations de systèmes d’étoiles doubles qui ont prouvé que la vitesse de la lumière était indépendante de la vitesse de la source. Il a mis fin aux tentatives qui avaient été faites jusqu’à cette époque pour trouver des théories d’émission de la lumière qui dépendaient de la vitesse de la source mais n’étaient pas en conflit avec les preuves expérimentales. De Sitter correspondait avec Paul Ehrenfest en 1916, et il proposait qu’un espace-temps à quatre dimensions cadrerait avec les modèles cosmologiques basés sur la relativité générale. Il a publié une série d’articles (1916 – 17) sur les conséquences astronomiques d’Einstein, la théorie générale de la relativité. Il a trouvé des solutions aux équations de champ d’Einstein en l’absence de matière. C’était significatif puisque Mach avait énoncé un principe selon lequel les cadres de référence inertiels locaux étaient déterminés par la distribution à grande échelle de la masse dans l’univers. De Sitter a demandé :
– Si aucune matière n’existe autre que le corps d’épreuve, a-t-il une inertie ?
Les travaux de De Sitter menèrent directement à l’expédition d’Arthur Eddington en 1919 pour mesurer la déviation gravitationnelle des rayons lumineux passant près du Soleil, résultats qui, à l’époque, ne pouvaient être obtenus que lors d’une éclipse. De Sitter, contrairement à Einstein , a soutenu que la relativité impliquait en fait que l’univers était en expansion, des résultats théoriques qui ont ensuite été vérifiés par l’observation et seulement ensuite acceptés par Einstein . En fait Einstein avait introduit la constante cosmologique en 1917 pour résoudre un problème important concernant l’univers, qui avait également troublé Newton devant lui, à savoir pourquoi l’univers ne s’effondre-t-il pas sous l’attraction gravitationnelle. Cette constante d’intégration plutôt arbitraire qu’Einstein a introduite, admettant qu’elle n’était pas justifiée par notre connaissance réelle de la gravitation, a été plus tard qualifiée par lui de « la plus grande erreur de ma vie ». Cependant de Sitter a écrit en 1919 que le terme : –
… porte atteinte à la symétrie et à l’élégance de la théorie originale d’Einstein, dont l’un des principaux attraits était qu’elle expliquait tant de choses sans introduire de nouvelle hypothèse ou constante empirique. Dans les années 1990, des preuves observationnelles suggéraient que l’expansion de l’univers s’accélérait. Une façon d’intégrer cela dans le modèle relativiste est de réintroduire la constante cosmologique. Cela reste un domaine de recherche extrêmement actif.
En 1932, Einstein et de Sitter ont publié un article commun dans lequel ils proposaient la théorie d’Einstein.-de Sitter modèle de l’univers. Il s’agit d’une solution particulièrement simple des équations de champ de la relativité générale pour un univers en expansion. Ils ont fait valoir dans cet article qu’il pourrait y avoir de grandes quantités de matière qui n’émettent pas de lumière et n’ont pas été détectées. L’existence de cette matière, désormais appelée « matière noire », a été démontrée par l’observation de ses effets gravitationnels. Cependant la matière noire postulée par Einstein et de Sitter en 1932 reste encore un mystère dans la mesure où sa nature est encore inconnue mais fait aujourd’hui l’objet d’importants efforts de recherche.
Une autre étude entreprise par de Sitter consistait à affiner les données des constantes fondamentales de l’astronomie. Simon Newcomb avait publié des valeurs pour ces constantes en 1895 et dans un accord international assez remarquable à Paris en 1896, il avait été décidé que les éphémérides de tous les pays du monde devaient utiliser les valeurs de Newcomb pour ces constantes. En 1915, de Sitter publie son premier article sur l’amélioration des valeurs, celui-ci étant presque entièrement concerné par la figure et la composition de la terre. Il a écrit dans l’introduction : –
À plusieurs reprises, je me suis trouvé confronté à la question de savoir quelle serait la meilleure valeur à adopter pour l’une des constantes astronomiques fondamentales. Nous avons, bien sûr, l’ensemble des constantes officiellement adoptées dans les éphémérides nationales… Certaines des constantes adoptées sont incompatibles entre elles. Ceci la longueur adoptée de l’année et la constante de précession sont contradictoires, et de même la masse de la terre et la parallaxe solaire. Newcomb L’excellent travail de a maintenant plus de trente ans, mais il reste inégalé en tant qu’exemple de discussion critique solide. … J’ai seulement été conduit par les considérations que d’une part mes résultats peuvent peut-être être utiles à d’autres dans des circonstances similaires, et d’autre part qu’une enquête critique comme la présente peut être utile pour guider les efforts des astronomes pour les points où ils sont le plus nécessaires.
Son deuxième article sur les constantes fondamentales a été publié en 1927 et traitait des constantes associées à la précession, la nutation, la parallaxe solaire, la parallaxe lunaire et la masse de la lune. Au moment de sa mort, de Sitter avait presque achevé une nouvelle mise à jour de ces constantes. De nombreux honneurs ont été décernés à de Sitter pour ses contributions exceptionnelles. Il a reçu la médaille d’or Watson de l ‘ Académie nationale des sciences en 1929. La médaille lui a été remise à Washington, aux États-Unis, par Armin Otto Leuschner, professeur d’astronomie à l’Université de Californie et président des administrateurs du Watson Fund. Leuschner a dit :-
Le privilège qui m’est accordé implique une tâche d’une difficulté inhabituelle, car la majeure partie du travail de de Sitter porte sur des domaines complexes, spéculatifs et mathématiques traitant des perturbations des mouvements des corps du système solaire selon la mécanique céleste classique, et de la théorie de la relativité d’un point de vue purement spéculatif ainsi qu’en relation avec des perturbations observées, mais non expliquées, et des perturbations théoriques relativistes non perçues ou encore perceptibles par l’observation. Je demande donc votre indulgence si je ne parviens pas à une présentation claire de l’importance de certaines de ses contributions à la science. Ses capacités intellectuelles couvrent un si large éventail et pénètrent si profondément et si minutieusement dans l’astronomie pratique et les théories mathématiques pour expliquer ce qui est observé, En 1931, de Sitter reçut la médaille Bruce de la Société astronomique du Pacifique. Toujours en 1931, il a reçu la médaille d’or de la Royal Astronomical Society :-
…pour ses recherches théoriques sur les orbites des satellites de Jupiter, et pour sa contribution à la théorie de la relativité. Il a été élu président de l’Union astronomique internationale et a occupé ce poste de 1925 à 1928. De Sitter a souffert de problèmes de poitrine pendant plusieurs années mais a semblé les surmonter. Cependant, il mourut d’une pneumonie à l’âge de soixante-deux ans. Ce qui suit fait partie d’un hommage qui lui est rendu paru dans le New York Times le 25 novembre 1934 ; il est également reproduit :-
Dans travail [de Sitter], nous voyons le mathématicien créatif à son meilleur. Il n’est pas un jongleur froid et dépassionné de lettres grecques, un équilibreur d’équations, mais plutôt un artiste chez qui les envolées effrénées de l’imagination sont contenues par le formalisme d’un langage symbolique et l’évidence de l’observation. Seul le musicien peut saisir pleinement ce que cela a dû signifier pour de Sitter de voir le cosmos se façonner de nouvelles manières dans ses formules. Comme des notes de musique, d’étranges symboles, représentant des forces et des masses plutôt devinées que connues, s’organisent en un message cohérent. Et quand le message a été lu, un univers totalement nouveau a été révélé. Ici, nous avons quelque chose de l’expérience personnelle directe du monde extérieur, de la signification des merveilles de la nature, qui n’appartient qu’à un Beethoven ou à un Milton. L’univers en expansion de de Sitter doit être considéré comme quelque chose de plus qu’une conclusion inexorable tirée de la logique la plus stricte avec laquelle l’esprit humain est familier. C’est une poésie d’un genre nouveau – la manière scientifique d’écrire une épopée.
Willem de Sitter (1872-1934) astronome et cosmologiste néerlandais
En 1919, De Sitter travaille directement avec Arthur Eddington pour préparer l’expédition qui consiste à mesurer la déviation gravitationnelle des rayons lumineux passant près du Soleil, lors d’une éclipse totale. De Sitter, contrairement à Einstein, soutient que la relativité laisse entendre que l’univers est en expansion. Ce n’est que plus tard, qu’Einstein admet l’idée. En fait, Einstein avait introduit la constante cosmologique en 1917 pour répondre à la question embarrassante « pourquoi l’univers ne s’effondre pas sous l’attraction gravitationnelle ».
Cette constante plutôt arbitraire, introduite par Einstein, n’était pas nécessaire. Einstein a déclaré plus tard, « c’est la plus grande erreur de ma vie. » Cependant de Sitter essaya de répandre la théorie dans les milieux scientifiques, principalement par la parution de trois articles sur « La théorie de la gravitation d’Einstein et ses conséquences astronomiques », parus en 1916 et en 1917. C’est dans le troisième article qu’il introduit ce qui deviendra « l’univers de De Sitter ». Selon W. De Sitter, la relativité générale peut servir à montrer que l’univers est en expansion. Einstein prédisait, au contraire, un univers statique. Suite à l’interprétation que donne Edwin Powell Hubble des spectres des galaxies lointaines, Einstein se range du côté de Willem De Sitter. Les travaux ultérieurs de De Sitter, joints à ceux de Lemaître, d’Eddington et de Gamow ont donné naissance à la cosmologie moderne.
Une des œuvres importantes de De Sitter, est la publication d’un article qu’il écrit avec Albert Einstein en 1932, dans lequel les scientifiques proposent qu’il devait y avoir dans l’univers une grande quantité de matière qui n’émettait pas de lumière. Cette matière est désignée aujourd’hui, la matière sombre ou matière noire. De Sitter est célèbre aussi, pour ses travaux sur la planète Jupiter. Le cratère de Sitter sur la Lune et l’astéroïde (1686) De Sitter portent son nom. Willem De Sitter meurt d’une pneumonie à l’âge de 62 ans, en 1934.
Willem de Sitter (1872-1934)
Mathématicien, astronome et cosmologiste néerlandais qui a développé des modèles théoriques de l’univers basés sur la théorie générale de la relativité d’Albert Einstein. Il a beaucoup travaillé sur les mouvements des satellites de Jupiter, déterminant leurs masses et leurs orbites à partir de décennies d’observations. Il a redéterminé les constantes fondamentales de l’astronomie et a déterminé la variation de la rotation de la terre. Il a également réalisé des études statistiques sur la distribution et les mouvements des étoiles, mais aujourd’hui, il est surtout connu pour ses contributions à la cosmologie. Sa solution de 1917 aux équations de champ d’Albert Einstein a montré qu’un univers presque vide se développerait. Plus tard, lui et Einstein ont trouvé une solution d’univers en expansion sans courbure de l’espace.
http://www.astronoo.com/fr/biographies/willem-de-sitter.html