Cet article a été écrit par MargaretWertheim de l’Université de Melbourne. Il a été initialement publié par The Conversation.
la théorie générale de la relativité. Rien auparavant n’avait préparé les scientifiques à une révision aussi radicale des fondements de la réalité. Encodée dans un ensemble d’équations compactes et soignées, l’idée que notre univers est construit à partir d’une sorte de maillage magique, désormais appelé “espace-temps”. Selon cette théorie, la structure de ce maillage serait révélée par la courbure de la lumière autour d’étoiles lointaines.
Pour tout le monde à l’époque, cela semblait peu plausible, car les physiciens savaient depuis longtemps que la lumière voyageait en ligne droite. Pourtant, en 1919, l’observation d’une éclipse solaire a révélé qu’à l’échelle cosmique, la lumière se courbe effectivement, et du jour au lendemain, Einstein est devenu une superstar.
On dit qu’Einstein a réagi avec nonchalance à la nouvelle de la vérification de sa théorie. Lorsqu’on lui a demandé comment il aurait réagi si cela n’avait pas été le cas, il a répondu : “J’aurais eu de la peine pour ce cher Seigneur. La théorie est correcte.”
Ce qui le rendait si sûr de ce jugement était l’extrême élégance de ses équations : comment quelque chose d’aussi beau pourrait-il ne pas être correct ?
Le théoricien des quanta Paul Dirac résumera plus tard cette attitude à l’égard de la physique en empruntant au poète John Keats, déclarant que, vis-à-vis de nos descriptions mathématiques de la nature, “la beauté est la vérité, et la vérité la beauté “.
L’art de la science
La quête de la beauté a fait partie de la tradition de la physique tout au long de son histoire. Et en ce sens, la relativité générale est l’aboutissement d’un ensemble spécifique de préoccupations esthétiques. La symétrie, l’harmonie, le sens de l’unité et de la totalité, voilà quelques-uns des idéaux que la relativité générale formalise. Là où la théorie quantique est un mash-up nerveux et jazzy, la relativité générale est une valse majestueuse.
À l’heure où nous célébrons son centenaire, nous pouvons applaudir cette théorie non seulement comme une œuvre scientifique visionnaire, mais aussi comme un triomphe artistique.
Qu’entendons-nous par le mot “art” ?
De nombreuses réponses ont été proposées à cette question et beaucoup d’autres seront données. Une réponse provocante nous vient de la poétesse-peintre Merrily Harpur, qui a noté que “le devoir des artistes, où qu’ils soient, est d’enchanter le paysage conceptuel”. Plutôt que d’identifier l’art à des méthodes ou pratiques matérielles, Harpur l’associe à un résultat sociologique. Les artistes, dit-elle, apportent quelque chose d’envoûtant à notre expérience mentale.
Il n’est peut-être pas du devoir des scientifiques d’enchanter notre paysage conceptuel, mais c’est pourtant l’un des objectifs que la science peut atteindre ; et aucune idée scientifique n’a été plus envoûtante que celle d’Einstein. Bien qu’il ait déclaré qu’il n’y aurait jamais plus de 12 personnes qui comprendraient sa théorie, comme c’est le cas pour de nombreuses œuvres d’art conceptuelles, il n’est pas nécessaire de comprendre toute la relativité pour en être ému.
NASA
En substance, la théorie nous donne une nouvelle compréhension de la gravité, une compréhension qui est étrangement préternaturelle. Selon la relativité générale, les planètes et les étoiles se trouvent à l’intérieur, ou sur une sorte de tissu cosmique – l’espace-temps – souvent illustré par l’analogie avec un trampoline.
Imaginez une boule de bowling posée sur un trampoline ; elle forme une dépression à la surface. Selon la relativité, c’est ce que fait une planète ou une étoile à la toile de l’espace-temps. Seulement, vous devez considérer que la surface a quatre dimensions au lieu de deux.
En appliquant le concept d’espace-temps à l’ensemble du cosmos et en tenant compte de l’effet gravitationnel de toutes les étoiles et galaxies qui le composent, les physiciens peuvent utiliser les équations d’Einstein pour déterminer la structure de l’univers lui-même. Cela nous donne un plan de l’architecture cosmique.
Synthèse
Einstein commençait ses réflexions par ce qu’il appelait des expériences gedunken (ou de pensée) ; des scénarios “et si ?” qui ouvraient sa pensée dans des directions follement nouvelles. Il a loué la valeur d’un tel jeu intellectuel dans son célèbre commentaire selon lequel “l’imagination est plus importante que la connaissance”.
La citation se poursuit par un adage auquel de nombreux artistes pourraient souscrire : “La connaissance est limitée, l’imagination fait le tour du monde”
Mais l’imagination seule n’aurait pas produit un ensemble d’équations dont l’exactitude a été vérifiée à plusieurs ordres de grandeur, et qui permet aujourd’hui aux satellites GPS de rester précis. Einstein a donc puisé dans une autre source de pouvoir créatif : les mathématiques.
Il se trouve que les mathématiciens avaient mis au point de formidables techniques pour décrire les surfaces non euclidiennes, et Einstein a réalisé qu’il pouvait appliquer ces outils à l’espace physique. En utilisant la géométrie riemannienne, il a élaboré une description du monde dans laquelle l’espace-temps devient une membrane dynamique, qui se plie, se courbe et se plie comme un vaste organisme.
Alors que le cosmos newtonien était un vide statique sans caractéristiques, l’univers einsteinien est un paysage en constante évolution, déchiré par des forces titanesques et peuplé de monstres. Parmi eux : les pulsars qui émettent des jets géants de rayons X et les trous noirs dévoreurs de lumière, où, dans la gueule d’un “horizon des événements”, le tissu de l’espace-temps se déchire.
L’une des caractéristiques d’un artiste important est la mesure dans laquelle il ou elle stimule d’autres penseurs créatifs. La relativité générale a été tissée dans l’ADN de la science-fiction, nous donnant les moteurs à distorsion de Star Trek, le trou de ver de Contact de Carl Sagan et d’innombrables autres merveilles narratives. Des romans, des pièces de théâtre et une symphonie de Philip Glass ont repris ses thèmes.
À une époque où l’on cherche de plus en plus à rapprocher les mondes de l’art et de la science, la relativité générale nous rappelle que la science peut être artistique.
Les sauts créatifs sont ici motivés à la fois par une spéculation ludique et par les pouvoirs ludiques de la logique. Comme l’a fait remarquer le mathématicien du XIXe siècle John Playfair en réponse aux bizarreries de la géométrie non euclidienne, “nous prenons conscience que la raison peut parfois aller beaucoup plus loin que l’imagination n’ose le faire”.
Dans la relativité générale, la raison et l’imagination se combinent pour synthétiser un tout qu’aucune des deux ne pourrait atteindre seule.
Cet article a été initialement publié par The Conversation. Lire l’article original.