L’éclipse qui a donné raison à Einstein et a changé notre compréhension de l’univers
Le 29 mai 1919 précisément, à ce jour, Albert Einstein est un génie éprouvé. Son incroyable théorie de la relativité générale a depuis été fondamentale pour notre compréhension de la nature de la réalité, en particulier du fonctionnement du cosmos.
La théorie de la relativité d’Albert Einstein, selon laquelle lorsque la lumière passe un grand corps, la gravité pliera les rayons confirmés par l’expédition d’Arthur Eddington pour photographier une éclipse solaire sur l’île de Principe, Afrique de l’Ouest.
Le facteur décisif ? Une éclipse solaire totale ultra-longue, dont les frères et sœurs solaires épatent encore aujourd’hui les chasseurs d’éclipses et les scientifiques solaires.
Comment Einstein a-t-il eu raison ?
Le 29 mai 1919, des astronomes britanniques se sont rendus en Afrique et au Brésil pour mesurer la position exacte des étoiles dans l’amas d’étoiles des Hyades dans la constellation du Taureau. Cela faisait partie d’une tentative ambitieuse, compliquée et controversée pour voir si, lors d’une éclipse lorsque le ciel s’assombrit brièvement dans la journée, les étoiles semblaient être à l’endroit où les lois du mouvement longtemps acceptées d’Isaac Newton prédisaient qu’elles seraient, ou s’ils étaient là où le petit nouveau sur le bloc avait prédit Einstein. Dans ce dernier cas, la science aurait la preuve que le Soleil (et, par conséquent, toutes les étoiles et les planètes) courbait l’espace-temps.
L’espace se courbe-t-il ?
Jusqu’au 29 mai 1919, la loi de la gravité universelle d’Isaac Newton était considérée comme exacte. Cependant, la théorie générale de la relativité d’Einstein, publiée en 1915 pendant la Grande Guerre, prévoyait que la lumière des étoiles devrait sembler se courber autour d’un objet massif, tel que le Soleil, car elle se déplaçait en ligne droite dans un espace-temps courbe. Comme les scientifiques britanniques eux-mêmes l’ont dit : quel effet, le cas échéant, est produit par un champ gravitationnel sur le trajet d’un rayon de lumière qui le traverse ?
Voici un bref aperçu :
Théorie générale de la relativité d’Einstein
Il n’est pas nécessaire d’entrer dans les équations pour comprendre les bases de la théorie générale de la relativité d’Einstein. Il dit que la « gravité » en tant que force naturelle n’existe pas. C’est simplement un symptôme de la déformation de l’espace et du temps par la présence d’objets massifs. La lumière se déplace dans l’espace-temps en ligne droite, mais si l’espace-temps est courbé par des corps célestes, alors la lumière semblera être à un endroit différent. « L’espace-temps est courbé par la présence de matière, et la lumière suit une ligne droite à la surface de l’espace-temps car elle n’a pas de masse », explique le Dr Erin Macdonald, astrophysicienne et ingénieure en aérospatiale basée à Los Angeles, qui se spécialise en relativité général, ayant précédemment travaillé dans la collaboration scientifique LIGO à la recherche d’ondes gravitationnelles. « Par conséquent, si la lumière rencontre un espace-temps incurvé en raison de la présence de masse, elle va également se courber, et pourrait donc sembler provenir d’une direction qu’elle n’était pas à l’origine. »
Une opportunité précieuse
Heureusement, le 29 mai 1919, six mois après la fin d’une Grande Guerre qui avait rendu les expéditions scientifiques quasi impossibles, une éclipse solaire totale a brièvement plongé dans l’obscurité pendant quelques minutes un chemin étroit à travers la planète. C’était une occasion précieuse de faire de l’astronomie alors que le Soleil était dans un ciel assombri. Les scientifiques ont décidé de prendre des photos de l’amas d’étoiles Hyades (ceux les plus proches du soleil le 29 mai 1919) pour les comparer aux photos prises du même champ d’étoiles la nuit six mois plus tôt. C’est une observation impossible à faire à moins qu’il n’y ait une brève éclipse solaire totale. « Lorsque le soleil n’est pas là, nous savons à quoi devraient ressembler les étoiles du Taureau, ils ont donc pu valider que les étoiles semblaient être quelque part différentes parce que la lumière se courbait autour du Soleil », explique Macdonald.
Pérou à Mozambique
L’éclipse totale en question était visible du Pérou au Mozambique, à travers l’Amérique du Sud, l’océan Atlantique et l’Afrique australe. Des expéditions sont organisées. Des astronomes ont été dépêchés à divers endroits le long de la piste. Andrew Claude de la Cherois Crommelin et Charles Davidson ont pris des photos de Sobral, au Brésil, tandis que Sir Arthur Eddington, le directeur de l’Observatoire de Cambridge, et son assistant Edwin Cottingham ont fait de même sur l’île de Príncipe en portugais São Tomé et Príncipe, juste au large de la côte du Gabon.
La plus longue éclipse depuis 503 ans
Ils ont eu beaucoup de temps pour prendre leurs photos à longue exposition, pour cela comme une chance unique en 503 ans. Contrairement à la « Great American Eclipse » du 21 août 2017, qui a culminé à deux minutes et 40 secondes dans le Kentucky, la totalité du 29 mai 1919 a duré six minutes et 51 secondes. C’était aussi la plus longue éclipse solaire depuis le 27 mai 1416, bien que sur Príncipe la totalité ait duré 5 minutes 12 secondes. A Sobral, cela a pris 5 minutes 15 secondes. C’est vraiment long.
Saros 136 : l’éclipse épique
L’éclipse de 1919 faisait partie d’un schéma d’éclipses appelé Saros 136 (un Saros est une famille d’ombres lunaires se produisant précisément tous les 18 ans, 11 jours), qui était responsable de la plus longue éclipse totale du 21e siècle, 6 minutes 39 secondes vu le 22 juillet 2009 en Chine. Saros 136 est un rêve de chasseurs d’éclipses et apparaîtra ensuite le 2 août 2027, lorsqu’une totalité de six minutes 23 secondes arrivera en Égypte. Pour les chasseurs d’éclipses, c’est l’épopée de notre époque.
Casser les mythes
Cependant, il y a une croyance omniprésente que les observations d’Eddington ont été truquées, truquées ou gâchées par un biais de confirmation et que tout cela n’est qu’une histoire scientifique romantique et non une véritable histoire scientifique en devenir. Et c’est tout simplement faux. « Eddington et Einstein étaient tous deux pacifistes. Ils étaient tous les deux contre la guerre. Ils voulaient tous deux une réconciliation internationale. Ils pensaient tous les deux que la théorie de la relativité générale était probablement la bonne théorie », explique Daniel Kennefick, auteur de l’excellent No Shadow of a Doubt : The 1919 Eclipse That Confirmed Einstein’s Theory of Relativity., et professeur de physique à l’Université de l’Arkansas. « D’une manière ou d’une autre, Eddington est devenu biaisé, prenant des décisions qui favorisaient Einstein alors qu’il n’aurait pas dû le faire », explique Kennefick, qui fait remonter le mythe à un mouvement anti-Einstein, ainsi qu’à une erreur de Stephen Hawking dans son livre extrêmement populaire Une brève histoire du temps. « Il est difficile d’arrêter une bonne histoire quand elle commence », déclare Kennefick.
Remerciez ces étoiles lumineuses
Kennefick souligne également que le 29 mai est une date propice car il y a tellement d’étoiles autour du Soleil ce jour-là. La prochaine éclipse solaire totale après 1919 à se produire le 29 mai a eu lieu en 1938 près de l’Antarctique, et la prochaine n’aura lieu qu’en 2310. En ce qui concerne les éclipses, Eddington et Davidson (et Einstein) ont eu beaucoup de chance, mais pas seulement tirer le meilleur parti de leur bonne fortune, mais ce n’était pas du tout leur chance.
Entrez Franck Dyson
Le problème, c’est qu’Eddington n’était pas le personnage central de l’expédition, pas plus que Davidson. C’était Frank Dyson, directeur de l’Observatoire de Greenwich à Londres et Astronomer Royal, qui selon Kennefick a joué un rôle central. « La personne qui avait le plus à voir avec les décisions était, en fait, Dyson », dit-il. « Dans mon livre, je voulais lui redonner un rôle plus central dans l’histoire parce que l’expédition au Brésil était celle qui a obtenu les données les plus importantes, et c’est Dyson qui l’a organisée et a analysé ces données. » C’était aussi Dyson qui était responsable de la planification de toutes les expéditions d’éclipse et était celui qui voulait vraiment tester la théorie d’Einstein en 1919. Toute l’affaire est mieux décrite comme les expéditions Eddington/Dyson.
Dans quelle mesure les résultats ont-ils été concluants ?
Eddington et al ont-ils truqué les résultats ? « Ils étaient assez fiables », déclare Kennefick. « Il y a maintenant des gens qui sont sceptiques, qui soupçonnent qu’Eddington était partial, mais j’ai l’impression qu’ils ignorent Dyson, qui était lui-même sceptique quant à la théorie d’Einstein. » C’était Dyson qui avait l’expertise la plus pertinente et c’était Dyson qui a pris les décisions clés, écrit Kennefick. « La décision de nombreux astronomes d’accepter les résultats de l’éclipse était, en grande partie, une approbation du jugement de Dyson. »
Quelle était la précision des résultats ?
Et la précision des plaques photographiques ( que vous pouvez voir ici ) ? « Vous rencontrerez des astronomes modernes qui diront qu’ils ont exagéré leur cas et qu’ils n’auraient pas pu être aussi précis qu’ils le prétendaient », explique Kennefick. » Le niveau de précision n’était pas élevé en 1919, et je ne vois aucune preuve qu’il était surestimé. » En 1978, une équipe de l’Observatoire royal de Greenwich a utilisé un équipement électronique moderne pour réduire les données et a obtenu exactement les mêmes résultats que ont été obtenus en 1919, avec des barres d’erreur similaires. « Quelqu’un a en fait retiré les plaques, a tout re-mesuré avec un équipement moderne et a conclu que la précision de mesure était à peu près là où elle était prétendue être à l’époque », explique Kennefick.
Après 1919
« Il y avait quelques questions sur l’exactitude, mais nous avons examiné les données qu’ils ont recueillies depuis et les avons validées », explique Macdonald. « L’expérience a également été répétée trois ans plus tard en 1922, et ils ont pu la confirmer, c’était donc une énorme victoire pour cette nouvelle théorie de la gravité et de la relativité générale », dit-elle, ajoutant qu’ils ne détectaient pas directement l’espace-temps. « Cela ne s’est produit qu’en 2015, lorsque nous avons fait ces détections d’ondes gravitationnelles, mais en 1919, ils ont observé des preuves indirectes claires que la théorie de la relativité générale d’Einstein était correcte. »
« Si vous regardez les expéditions d’éclipse ultérieures, la précision ne s’est jamais vraiment améliorée même jusque dans les années 1970 avec un équipement beaucoup plus moderne. La précision est comparable aux meilleures données de 1919″, déclare Kennefick. » C’est vérifié. »
En 1919, une éclipse solaire a permis d’observer la courbure de la lumière des étoiles traversant le champ gravitationnel du soleil, comme le prédisait la théorie de la relativité d’Albert Einstein. Des expéditions distinctes de la Royal Astronomical Society se sont rendues au Brésil et au large de la côte ouest de l’Afrique. Toutes deux ont effectué des mesures de la position des étoiles visibles à proximité du soleil pendant une éclipse solaire. Ces observations ont montré qu’en effet, la lumière des étoiles était déformée lorsqu’elle traversait le champ gravitationnel du soleil. Il s’agissait d’une prédiction clé de la théorie d’Albert Einstein selon laquelle la gravité affecte l’énergie en plus de l’effet familier sur la matière. La vérification des prédictions de la théorie d’Einstein, prouvée pendant l’éclipse solaire, a été un événement scientifique marquant.
https://earthsky.org/human-world/may-29-1919-solar-eclipse-einstein-relativity/