Documents pour «relativité générale»

Documents pour "relativité générale"
Affiche du document LA DÉTECTION DES ONDES GRAVITATIONNELLES

LA DÉTECTION DES ONDES GRAVITATIONNELLES

Pierre-François COHADON

1h27min09

  • Médias d'information: journalisme et édition
Conférence donnée dans le cadre du cycle "Une question un chercheur" destiné aux étudiant(e)s du supérieur : https://smf.emath.fr/la-smf/cycle-une-question-un-chercheur-0
L'existence des ondes gravitationnelles a été une des premières
prédictions faites par Albert Einstein dans le cadre de la Relativité
Générale, dès le printemps 1916. Il aura fallu attendre... cent ans de
progrès expérimentaux pour que leur détection soit finalement annoncée,
le 11 février 2016.

J'expliquerai le principe de fonctionnement des interféromètres optiques
géants utilisés et pourquoi cette détection constitue un tour de force
expérimental. Je présenterai également les premiers résultats
astrophysiques obtenus à travers la détection de fusions de systèmes
binaires de trous noirs ou d'étoiles à neutrons.
Organisée par : l'Union des Professeurs de Classes Préparatoires Scientifiques (UPS), la Société Mathématique de France (SMF), la Société Française de Physique (SFP), l'Institut Henri Poincaré (IHP) et l'Institut d'Astrophysique de Paris (IAP).
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Affiche du document RELATIVITÉ ET QUANTA, LE MARIAGE IMPOSSIBLE ?

RELATIVITÉ ET QUANTA, LE MARIAGE IMPOSSIBLE ?

Gilles COHEN-TANNOUDJI

1h27min32

  • Médias d'information: journalisme et édition
Dès la naissance des deux grandes théories à la base de la physique du
vingtième siècle, la relativité et les quanta, le problème de leur
possible unification a paru comporter des difficultés insurmontables
(des difficultés qui, comme le dit Einstein s'élèveraient « jusqu'au
ciel »). Une cause essentielle de ces difficultés est due au fait que,
d'un côté, la théorie de la relativité générale, au fondement de la
cosmologie moderne est d'une très grande beauté du point de vue
conceptuel mais semblait, à l'origine, ne comporter que très peu de
conséquences vérifiables par l'observation, et que, de l'autre côté, la
théorie des quanta, dont les applications ont envahi toutes les sphères
de la vie en société (de la recherche à l'industrie), semblait, jusqu'à
récemment souffrir de manquer de fondements conceptuels convaincants. La
bonne nouvelle en provenance de l'univers des trois infinis (le petit,
le grand et le complexe) est que l'astrophysique observationnelle a
accompli en quelques années des spectaculaires progrès qui permettent de
vérifier les implications de la théorie de la relativité générale et de
découvrir de nouveaux moyens d'explorer les confins de l'espace-temps,
et, qu'en même temps, semble se dégager une nouvelle interprétation de
la physique quantique comportant des fondements conceptuels plus
solides, et suggérant de nouveaux liens possibles entre la physique de
l'infiniment petit et les physiques de l'infiniment grand et de
l'infiniment complexe. Le mariage de la relativité et des quanta n'est
peut-être pas impossible, tout compte fait.
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Affiche du document PREMIÈRE DÉTECTION DE L'ÉMISSION GRAVITATIONNELLE ET LUMINEUSE D'UNE FUSION D'ÉTOILES À NEUTRONS - La naissance d'une nouvelle astronomie à plusieurs messagers.

PREMIÈRE DÉTECTION DE L'ÉMISSION GRAVITATIONNELLE ET LUMINEUSE D'UNE FUSION D'ÉTOILES À NEUTRONS - La naissance d'une nouvelle astronomie à plusieurs messagers.

Frédéric DAIGNE

1h26min29

  • Médias d'information: journalisme et édition
Le 17 août 2017 a été détectée pour la première fois l'émission d'ondes
gravitationnelles émise par un système de deux étoiles à neutrons qui se
rapprochent rapidement et finissent par fusionner. Moins de deux
secondes après, un sursaut court associé est observé dans le domaine des
rayons gamma. Une importante campagne d'observations au sol et dans
l'espace est alors déclenchée, qui a permis de détecter cette source
dans les heures et jours qui ont suivi également dans le domaine
visible, en rayons X et en ondes radio. Le résultat est une vision
particulièrement détaillée d'un phénomène cataclysmique rare, et de ses
conséquences. De manière remarquable, les observations correspondent
très bien aux prédictions théoriques. En particulier, l'émission visible
montre qu'après la fusion des deux étoiles à neutrons, de la matière
riche en neutrons a été libérée à grande vitesse et a été le siège de
réactions nucléaires conduisant à la formation d'éléments lourds (comme
le platine, l'or ou l'uranium). L'origine mal comprise de ces éléments
très rares est ainsi en partie expliquée. Dans cet exposé, je décrirai
ces observations exceptionnelles, qui ouvrent une nouvelle façon de
faire de l'astronomie, en expliquant ce qu'elles nous apprennent et en
mettant l'accent sur la complémentarité entre les messagers
gravitationnel et lumineux.
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Affiche du document LA DÉTECTION DU RAYONNEMENT GRAVITATIONNEL 100 ANS APRÈS EINSTEIN

LA DÉTECTION DU RAYONNEMENT GRAVITATIONNEL 100 ANS APRÈS EINSTEIN

Luc BLANCHET

1h25min43

  • Médias d'information: journalisme et édition
Les détecteurs d'ondes gravitationnelles de la collaboration LIGO/VIRGO
ont observé les signaux gravitationnels de la coalescence de systèmes
binaires de trous noirs stellaires massifs à des grandes distances en
astronomie. Cette découverte majeure, 100 ans après la formulation de la
relativité générale par Einstein, ouvre la voie à une nouvelle
astronomie, celle des ondes gravitationnelles. Dans cet exposé, nous
discuterons des résultats de LIGO/VIRGO et passerons en revue les
sources d'ondes gravitationnelles les plus intéressantes pour les
détecteurs au sol et dans l'espace, ainsi que les tests de la relativité
générale et de la cosmologie qu'il sera possible de faire. Cette
détection pose plusieurs problèmes nouveaux en astrophysique, notamment
celui de savoir comment ces systèmes de trous noirs binaires massifs ont
pu se former. D'autre part l'astrophysique multi-messagère entre les
ondes gravitationnelles et les ondes électromagnétiques (dans les cas de
contreparties lumineuses aux signaux gravitationnels) est promise à un
brillant avenir. Finalement, nous discuterons du problème à deux corps
en relativité générale dont la résolution est cruciale pour interpréter
les ondes gravitationnelles observées.
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Affiche du document EINSTEIN ET LA RELATIVITÉ GÉNÉRALE

EINSTEIN ET LA RELATIVITÉ GÉNÉRALE

Françoise BALIBAR

1h19min03

  • Médias d'information: journalisme et édition
Après avoir parcouru les diverses étapes de l'épineux chemin suivi par
Einstein pour l'établissement de la théorie de la relativité générale,
de 1907 à la fin de l'année 1915 (en pleine guerre, donc), je me propose
de passer en revue l'histoire des trois "tests" observationnels
(courbure des rayons de lumière au voisinage du Soleil, avance du
périhélie de Mercure, décalage vers le rouge des raies spectrales),
suggérés par Einstein lui-même comme étant susceptibles de mettre sa
théorie à l'épreuve. Ce qui me conduira à réfléchir sur le rôle
apparemment "second" (de simple vérification), rôle important mais non
nécessaire, accordé par Einstein aux données "expérimentales", tout en
soulignant le rôle, absolument nécessaire mais finalement assez peu
important, accordé par lui aux développements mathématiques au sens
technique du terme. Je terminerai en essayant de caractériser ce qui,
pour Einstein en tout cas, fait que l'activité scientifique produit de
la pensée.
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Affiche du document La gravitation

La gravitation

Nathalie DERUELLE

1h20min50

  • Physique
Le terme gravitation a une origine relativement récente puisqu'il date du XVIIIème siècle : il a été inventé pour désigner une théorie qui jetait un pont entre les phénomènes terrestres et célestes. Ce pont fut la physique de Newton pendant 250 ans, mais en 1916, ce pont s'est avéré un peu étroit pour canaliser les découvertes de la physique moderne. Il fut donc remplacé par un « Golden Gate Bridge » : la relativité générale d'Einstein.
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Affiche du document Physique et cosmologie

Physique et cosmologie

François BOUCHET

1h22min03

  • Astronomie, Astrophysique, Recherche spatiale, Géodésie
  • Physique
L'équipe scientifique du satellite WMAP a annoncé récemment les résultats très attendus de leur cartographie des anisotropies du fond de rayonnement cosmologique. Les caractéristiques de ce fond confirment un modèle cosmologique minimal, dit "de concordance", qui rend compte d'un très grand nombre d'observations, mais qui n'en reste pas moins très surprenant. Ces résultats de WMAP confirment et affinent les résultats obtenus par les expériences précédentes. Dans ce modèle de concordance, la géométrie spatiale de l'Univers est plate, la densité est dominé à plus des deux tiers par un terme d'énergie noire", le reste étant pour l'essentiel sous forme de "matière noire", car la matière usuelle ne compte que pour quelques pour cent du tout... L'explication de ses résultats sont à la fois un défi pour la physique théorique contemporaine, et une chance, qui permet d'envisager le dépassement du cadre de pensée actuel. Au cours de cette présentation, j'évoquerai les raisons physiques qui justifient les analyses faites, et ferai un point critique de l'état de nos connaissances actuelles en les situant dans une perspective historique. Je conclurai par une illustration du type de résultats attendus au cours de la décennie à venir.
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Affiche du document Physique et mathématiques

Physique et mathématiques

Edouard BRéZIN

1h15min51

  • Mathématiques
  • Physique
La physique et les mathématiques sont étroitement mêlées depuis toujours. Tantôt c'est la première qui conduit à développer les mathématiques impliquées par les lois de la nature, tantôt des structures mathématiques élaborées sans référence au monde extérieur se trouvent être précisément adaptées à la description de phénomènes découverts pourtant postérieurement. C'est là l'efficacité déraisonnable des mathématiques dans les sciences de la nature dont parlait Eugène Wigner. Jamais les interactions entre physique et mathématiques n'ont été plus intenses qu'à notre époque, jamais la description des phénomènes naturels n'a requis des mathématiques aussi savantes qu'aujourd'hui. Pourtant il est important de comprendre la différence de nature entre ces deux disciplines. La physique n'établit pas de théorèmes ; jusqu'à présent elle se contente de modèles dont les capacités à prédire, et la comparaison avec l'expérience établissent la validité, avec une économie dans la description et une précision parfois confondantes. Néanmoins nous savons que tous les modèles dont nous disposons actuellement, toutes les lois, ne sont que des descriptions "effectives" comme l'on dit aujourd'hui, c'est-à-dire adaptées aux échelles de temps, de distance, d'énergie avec lesquelles nous observons, mais dont nous savons de manière interne, avant même que des phénomènes nouveaux les aient invalidées, qu'elles sont inaptes à aller beaucoup plus loin. Y aura t-il une description définitive qui, tel un théorème, s'appliquerait sans limitations? Ce rêve d'une théorie ultime, où la physique rejoindrait les mathématiques, caressé par certains, laisse beaucoup d'autres sceptiques ; quoiqu'il en soit la question ne sera certainement pas tranchée rapidement.
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Affiche du document Observation et cosmologie

Observation et cosmologie

Jean Loup PUGET

1h28min43

  • Astronomie, Astrophysique, Recherche spatiale, Géodésie
La cosmologie occupe dans les sciences observationnelles une place particulière. Elle se trouve en effet à la frontière entre physique fondamentale et astrophysique aussi bien par les questions auxquelles elle essaie de répondre que par son mode de relation entre théorie et observations. Les grandes questions sur la géométrie de l'univers, son histoire, son contenu ou sa dynamique ont été posées dés le début du vingtième siècle juste après la mise au point de la relativité générale comme théorie de la gravitation. L'histoire de la cosmologie est pavée depuis près d'un siècle par des prédictions très précises et souvent basées sur des considérations de physique fondamentale ou la philosophie n'était pas absente (si on pense en particulier à l'origine de l'inertie et au principe de Mach). Certaines de ses prédictions allaient même à l'encontre des premières observations comme le “principe cosmologique ” supposant que l'univers est homogène a grande échelle. Il est frappant que beaucoup de ces prédictions, qui étaient pour certaines très difficile à tester, soient en passe d'être vérifiées. L'astrophysique, comme les sciences de la Terre, se heurte à une difficulté essentielle : la physico-chimie des objets étudiés est en général complexe et les prédictions liées à un modèle particulier ne peuvent être testées qu'avec une précision médiocre liée aux limitations évidentes de ces modèles eux même. Par contre en cosmologie, certaines prédictions peuvent être mesurées avec une précision qui les rapproche plus des expériences de physique fondamentale. L'exemple le plus spectaculaire est certainement le caractère “ Planckien ” du rayonnement cosmologique découvert par Penzias et Wilson et vérifié par le satellite COBE. L'histoire de cette prédiction née dans les années 40 de déductions hardies basées sur la physique nucléaire et finalement vérifiée dans les années 90 est un des meilleurs exemples. Il n'est pas le seul ; l'histoire de la constante cosmologique, celle de la matière noire ou surtout de la géométrie de l'Univers sont tout aussi passionnantes. Le caractère Euclidien ou non de la géométrie de notre univers est une de ces questions qu'il est difficile d'attacher à une seule discipline. Elle vient dans les dernières années d'entrer de plein pied dans la science expérimentale. Les moyens observationnels spatiaux liés à des progrès technologiques très pointus sur les détecteurs ont permis une part importante de ces vérifications spectaculaires. On retracera leur histoire durant le vingtième siècle.
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Affiche du document Les trous noirs et la forme de l'espace

Les trous noirs et la forme de l'espace

Jean-Pierre LUMINET

1h16min11

  • Mathématiques
  • Astronomie, Astrophysique, Recherche spatiale, Géodésie
La théorie de la relativité générale, les modèles de trous noirs et les solutions cosmologiques de type " big-bang " qui en découlent, décrivent des espace-temps courbés par la gravitation, sans toutefois trancher sur certaines questions fondamentales quant à la nature de l'espace. Quelle est sa structure géométrique à grande et à petite échelle ? Est-il continu ou discontinu, fini ou infini, possède-t-il des " trous " ou des " poignées ", contient-il un seul feuillet ou plusieurs, est-il " lisse " ou " chiffonné " ? Des approches récentes et encore spéculatives, comme la gravité quantique, les théories multidimensionnelles et la topologie cosmique, ouvrent des perspectives inédites sur ces questions. Je détaillerai deux aspects particuliers de cette recherche. Le premier sera consacré aux trous noirs. Astres dont l'attraction est si intense que rien ne peut s'en échapper, les trous noirs sont le triomphe ultime de la gravitation sur la matière et sur la lumière. Je décrirai les distorsions spatio-temporelles engendrées par les trous noirs et leurs propriétés exotiques : extraction d'énergie, évaporation quantique, singularités, trous blancs et trous de ver, destin de la matière qui s'y engouffre, sites astronomiques où l'on pense les avoir débusqués. Le second aspect décrira les recherches récentes en topologie cosmique, où l'espace " chiffonné ", fini mais de topologie multiconnexe, donne l'illusion d'un espace déplié plus vaste, peuplé d'un grand nombre de galaxies fantômes. L'univers observable acquiert ainsi la forme d'un " cristal " dont seule une maille correspond à l'espace réel, les autres mailles étant des répliques distordues emplies de sources fantômes.
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Affiche du document Le big-bang

Le big-bang

Marc LACHIÈZE-REY

1h28min10

  • Astronomie, Astrophysique, Recherche spatiale, Géodésie
  • Physique
Notre cosmologie décrit l'univers (sa structure et son évolution) par les modèles de big-bang, en rupture par rapport aux conceptions des siècles et des millénaires passés, en opposition avec le mythe d'un univers éternellement identique à lui-même. Je montrerai le cheminement des idées et des résultats d'observations qui ont mené notre pensée vers ces modèles. Je détaillerai leurs fondements, principes et théories. Je montrerai comment les résultats actuels des observations, y compris les plus récents, y conduisent irrémédiablement. J'exposerai leurs principales caractéristiques, en soulignant ce qui les distingue des conceptions antérieures. J'indiquerai enfin quelques unes des voies de recherche actuelles à leur sujet.
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Affiche du document La relativité générale

La relativité générale

Thibault DAMOUR

1h15min29

  • Physique
Conférence du 1er juillet 2000 par Thibault Damour. La Théorie de la Relativité Générale, due à Einstein (1915), est une des théories fondamentales de la physique du vingtième siècle. On exposera les concepts de base de cette théorie : la conception de l'espace-temps comme une quantité dynamique, qui peut être "courbée" par la présence de matière ; et l'identification de cette "courbure" à la gravitation. On passera en revue ses vérifications expérimentales. Toutes les données expérimentales présentées confirment, avec un haut niveau de précision, la validité de cette théorie. Enfin, on évoquera le fait que les développements actuels de la physique fondamentale (problème d'une description unifiée dans le cadre de la théorie quantique confirment le rôle clef que joue la Relativité Générale dans la description de la réalité.
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