Avant de poursuivre notre étude des différentes morts stellaires en abordant celle qui conduit
aux trous noirs, faisons d'abord connaissance avec la théorie
qui permet de décrire ces astres étranges : la relativité.
Jusqu'au début de ce siècle, la perception que les physiciens avaient de l'espace et du temps
était plus ou moins celle d'Isaac Newton. Il
devait exister un espace absolu, rigide et immuable emplissant l'univers, un cadre de référence
par rapport auquel on pouvait définir de façon absolue le mouvement ou le repos. Il devait également
exister un temps absolu et universel, s'écoulant de façon uniforme et indépendamment de toute
influence extérieure. Avec ces concepts d'espace et de temps absolus, identiques pour tous les
observateurs, Newton put établir les lois que nous avons passées en revue au premier chapitre
et donner naissance à la science moderne.
Plus tard, avec les progrès dans la compréhension de l'électromagnétisme,
un autre concept lié aux précédents fit son apparition. Il s'agissait de l'éther, une sorte
de milieu immatériel qui était supposé servir de support à la propagation des ondes lumineuses
et qui devait être au repos dans l'espace absolu. La question qui intéressait alors les physiciens
était de savoir si la Terre était au repos ou en mouvement par rapport à l'éther et à l'espace
absolu.
L'aberration
Une première réponse fut apportée par l'observation d'un phénomène appelé l'aberration. En
effet, observée depuis la Terre, chaque étoile semble parcourir chaque année une petite ellipse
dans le ciel, ceci indépendamment de la parallaxe. Cette variation fut interprétée par l'astronome
anglais James Bradley en 1729 comme le résultat du mouvement de la Terre sur son orbite, combiné
au fait que la vitesse de la lumière est finie. Un phénomène analogue se produit lorsque vous
vous déplacez sous la pluie. En supposant qu'il n'y a pas de vent, la pluie tombe verticalement.
C'est bien ce que vous observez si vous restez immobile. Mais ce n'est plus le cas si vous vous
mettez à courir. Bien que la pluie continue à tomber verticalement, la vitesse vous donne l'impression
que la pluie tombe en biais, un effet d'autant plus marqué que vous vous déplacez vite.
Le phénomène est le même pour la Terre. Du fait de la vitesse de déplacement de notre planète
autour de Soleil, la direction apparente des rayons lumineux est légèrement perturbée. Comme
le mouvement de révolution de la Terre est périodique, ces variations le sont également. Ainsi
la position apparente d'une étoile, qui dépend de la direction de propagation de la lumière,
parcourt une petite ellipse en une année. Cette interprétation repose clairement sur l'hypothèse
que la Terre se déplace. Pour les physiciens de la fin du siècle dernier, le fait que l'aberration
ait été effectivement observée prouvait donc que la Terre devait être en mouvement par rapport
à l'éther, le présumé support des ondes lumineuses.
L'expérience de Michelson
Une fois ce point démontré, l'étape suivante consistait à mesurer la vitesse de la Terre par
rapport à l'éther. La contribution majeure fut le fait du physicien américain Albert Michelson,
qui développa un instrument pour effectuer cette mesure. Ce système, appelé un interféromètre,
était constitué d'une source de lumière et d'un jeu de miroirs. Il fonctionnait de la manière
suivante : un rayon lumineux à fréquence bien déterminée entrait dans l'instrument et était
divisé en deux. Les faisceaux lumineux ainsi créés se propageaient dans des directions perpendiculaires,
avant d'être réfléchis et finalement recombinés en un rayon unique. L'analyse de ce dernier
montrait comment les deux faisceaux s'étaient comportés lorsqu'ils étaient séparés. L'interféromètre
pouvait ainsi mettre en évidence une possible différence entre la propagation de la lumière
suivant les deux directions perpendiculaires. Or, si la Terre était en mouvement par rapport
à l'éther, la direction de propagation parallèle à ce déplacement était privilégiée. Les deux
faisceaux lumineux devaient donc se comporter différemment et l'instrument de Michelson était
en mesure de le montrer.
L'expérience eut lieu en 1887 et montra que l'effet attendu ne se produisait pas. Si l'éther
existait, la Terre devait y être au repos. Exactement l'inverse de ce que l'aberration avait
montré. Le concept d'éther aboutissait donc à une impasse. La Terre ne pouvait pas être à la
fois en mouvement et au repos par rapport à lui. La seule conclusion possible était que l'éther,
et l'espace absolu, n'existaient pas. Ce qui signifiait également qu'il fallait revoir la physique
newtonienne, puisqu'elle reposait sur l'hypothèse d'un tel espace.
Plusieurs tentatives de révision furent faites après l'expérience de Michelson. Mais elles
n'allaient pas assez loin dans le renouvellement des concepts de base. Il fallut attendre qu'un
jeune physicien allemand, Albert Einstein, apporte une vision totalement nouvelle des choses.
Ceci se fit en deux temps. D'abord, en 1905, Einstein présenta un premier travail, la théorie
de la relativité restreinte, qui révolutionnait notre vision
de l'espace et du temps, mettait en évidence l'interdépendance des deux notions et éliminait
l'idée d'absolu dans ces concepts. Ensuite, en 1915, il publia la théorie de la relativité
générale, qui complétait la précédente en traitant des effets de l'accélération et de la
gravité, et allait encore plus loin dans la remise en cause de la physique de Newton.
