Le 4 mai dernier la NASA (agence de recherche spaciale des Etat-Unie) a démonté une fois de plus que la théorie de la relativité de Einstein est exacte.
Les chercheurs ont confirmé ces points lors d’une conférence de presse au siège de la NASA où ils ont annoncé les résultats tant attendu du projet «Gravity Probe B (GP-B)».
« L’espace-temps autour de la Terre semble être déformé comme la relativité générale le prédit», explique l’Université de Stanford qui le principal investigateur de la mission Gravity Probe B.

« C’est un résultat épique», ajoute Clifford Will de l’Université Washington à St. Louis. Un expert dans les théories d’Einstein, Will préside un comité indépendant du Conseil national de recherches mis en place par la NASA en 1998 pour suivre et analyser les résultats de Gravity Probe B. « Un jour », prédit-il, « ce sera écrit dans les manuels scolaires comme l’une des expériences classiques de l’histoire de la physique.  »

Temps et l’espace, selon les théories de la relativité d’Einstein, sont tissées ensemble, formant un tissu à quatre dimensions appelé « espace-temps. » La masse de la Terre fossettes ce tissu, un peu comme une personne lourds assis au milieu d’un trampoline. Gravity, dit Einstein, est tout simplement le mouvement des objets suivant les lignes courbes de la fossette.

Si la Terre était immobile, ce serait la fin de l’histoire. Mais la Terre n’est pas immobile. Notre planète tourne, et le spin faut tourner la fossette, un peu, en tirant dans un tourbillon autour de quatre dimensions. C’est ce GP-B est allé à l’espace en 2004 pour vérifier.

L’idée derrière l’expérience est simple:
Placez un gyroscope (L’essentiel du dispositif est une roue (ou tout objet correctement équilibré) tournant sur un axe qui, une fois lancée tend à résister aux changements de son orientation) en rotation en orbite autour de la Terre, avec l’axe de rotation dirigé vers une étoile lointaine comme un point de référence fixe. Libre à partir de forces externes, l’axe du gyroscope devrait continuer de pointage à l’étoile – pour toujours. Mais si l’espace est tordu, la direction de l’axe du gyroscope doit dérive au fil du temps. En notant ce changement de direction par rapport à l’étoile, les méandres de l’espace-temps peut être mesurée.
Dans la pratique, l’expérience est extrêmement difficile.

L’un des gyroscopes super-sphérique de Gravity Probe B.
Les quatre gyroscopes de Gravity Probe B sont les sphères les plus parfaites jamais fait par les humains. Ces balles de ping pong entreprises de quartz et de silicium sont de 1,5 pouces de diamètre et de ne jamais varier d’une sphère parfaite de plus de 40 couches atomiques. Si les gyroscopes n’étaient pas aussi sphérique, leurs axes de spin serait oscillation, même sans les effets de la relativité.
Selon les calculs, l’espace twisted-temps autour de la Terre devrait amener les axes des gyroscopes à la dérive simplement 0,041 secondes d’arc sur une année. Une seconde d’arc est 1/3600th d’un degré. Pour mesurer cet angle assez bien, GP-B avait besoin d’une précision de 0,0005 secondes d’arc fantastique. C’est comme mesurer l’épaisseur d’une feuille de papier tenue bord sur 100 miles.
«Les chercheurs GP-B avait pour inventer ensemble de nouvelles technologies pour rendre cela possible», souligne Will.
Ils ont développé un «glisser-libre » par satellite qui pourrait frôler les couches supérieures de l’atmosphère terrestre sans déranger les gyroscopes. Ils ont compris comment garder le champ magnétique terrestre de pénétrer dans le vaisseau spatial. Et ils ont créé un dispositif pour mesurer la rotation d’un gyroscope – sans toucher le gyroscope. Plus d’informations sur ces technologies peut être trouvée dans l’histoire des sciences.
Tirant l’expérience a été un défi exceptionnel. Mais après une année de prise de données et près de cinq ans d’analyse, les scientifiques GP-B semblent l’avoir fait.
«Nous avons mesuré une précession géodésique de 6,600 plus ou moins 0,017 secondes d’arc et un effet de glisser de 0,039 plus ou moins 0,007 secondes d’arc», dit Everitt.
Pour les lecteurs qui ne sont pas experts en la relativité: la précession géodésique est la quantité d’oscillation provoquée par la masse statique de la Terre (la fossette espace-temps) et le cadre en faisant glisser l’effet est le montant de flottement provoqué par la rotation de la Terre (la torsion dans l’espace-temps). Les deux valeurs sont en accord précis avec les prédictions d’Einstein.
«De l’avis de la commission que je préside, cet effort a été vraiment héroïque. Nous avons été époustouflés», dit Will.
Les résultats de Gravity Probe B donnent les physiciens confiance renouvelée que les étranges prédictions de la théorie d’Einstein sont bien corrects, et que ces prévisions pourraient être appliquées ailleurs. Le type de vortex espace-temps qui existe autour de la Terre est une copie agrandie et ailleurs dans le cosmos – étoiles à neutrons massive, les trous noirs, et les noyaux galactiques actifs.
« Si vous avez essayé de tourner un gyroscope dans l’espace-temps fortement tordue autour d’un trou noir», dit Will, «il ne serait pas juste doucement précession par une fraction de degré. Il serait oscillant follement et peut-être même retourner. »
Dans des systèmes binaires trou noir – qui est, où un trou noir orbites un autre trou noir – les trous noirs se tournent et se comportent donc comme des gyroscopes. Imaginez un système de défilement, rotation, oscillation, renversant les trous noirs! C’est le genre de la relativité générale prédit chose et qui GP-B nous dit peut être vrai.
L’héritage scientifique de GP-B ne se limite pas à la relativité générale. Le projet a également touché la vie de centaines de jeunes scientifiques:
« Parce qu’il était basé à l’université de nombreux étudiants ont pu travailler sur le projet», explique Everitt. « Plus de 86 thèses de doctorat à Stanford, plus 14 autres à d’autres universités ont été accordées à des étudiants travaillant sur GP-B. Plusieurs centaines de premier cycle et 55 élèves du secondaire ont également participé, y compris l’astronaute Sally Ride et, éventuellement, lauréat du prix Nobel Eric Cornell. »
financement de la NASA pour Gravity Probe B a commencé à l’automne de 1963. Cela signifie Everitt et certains collègues ont été la planification, la promotion, la construction, l’exploitation et l’analyse des données de l’expérience de plus de 47 ans, vraiment, un effort épique.
Quelle est la prochaine?
Everitt rappelle quelques conseils qui lui sont données par son directeur de thèse et le prix Nobel Patrick Blackett MS: « Si vous ne pouvez pas penser à ce que la physique pour faire ensuite, d’inventer une nouvelle technologie, et cela conduira à une nouvelle physique. »
«Eh bien», dit Everitt, « nous avons inventé 13 nouvelles technologies pour Gravity Probe B. Qui sait où ils vont nous prendre? »

Article inspiré de : http://science.nasa.gov

 

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