Equivalence entre les théories einsteinienne et post-newtonienne de la gravitation


Introduction

Le but de cette réflexion est de mettre en évidence l'équivalence de deux modèles de la gravitation conceptuellement très différents. Il faut entendre le mot équivalence dans le sens restreint d'équivalence prédictive (c'est-à-dire toute observation ou expérimentation qui valide l'une, valide l'autre et vice-versa). En fait nous montrerons qu'elles sont équivalentes en un sens a priori un peu plus plus fort : les équations sont localement équivalentes. Nous terminerons évidemment par une conséquence épistémologique connue mais rarement prise en compte : même si une théorie est validée par l'observation et l'expérimentation, cela ne suffit pas pour valider les concepts sous-jacents de cette théorie. Dans l'exemple que nous allons développer, deux théories de la gravitation prédictivement équivalentes, validées avec une précision extraordinaire, reposent sur des définitions antinomiques du concept d'espace-temps. Dans l'une des théories l'"espace-temps" est courbe avec une courbure non triviale, dans l'autre l'"espace-temps" est plat.

"L'équivalence rigoureuse - et assez paradoxale - entre le modèle cosmologique newtonien le plus simple et le modèle de Friedmann avec courbure spatiale est évoquée ..."

J.-M. Souriau



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Aspect technique . Et épistémologique : Voici le résumé de ce deuxième article :

Que peut nous apprendre la gravitation sur l'espace-temps ?

Résumé:
Dès les années 20 des modèles d'univers ont été construits dans le cadre de la relativité générale. Dans les années 30, on s'est apercu que de tels modèles pouvaient également etre construits dans le cadre newtonien en tenant compte de la relativité restreinte.
Nous exposons d'abord les principes de construction de ces deux types de modèles et nous présentons leur équivalence mathématique (en toute généralité, sans l'hypothèse usuelle de pression nulle). Dans l'une de ces théories, l'espace-temps est courbe, dans l'autre, il est plat. Cette contradiction apparente souligne la difficulté de tirer de ces théories, qui sont en fait des théories du mouvement, des conclusions sur la nature ou les propriétés de l'espace-temps.
Nous présentons aussi l'équivalence des modèles gravitationnels locaux construits dans ces deux cadres théoriques (einsteinien et newtonien) et nous montrons pourquoi l'intervention de ces deux cadres est inévitable quand on veut confronter la relativité générale à l'observation, et utile pour la compréhension des concepts engagés.
Enfin nous examinons le problème général de la relation entre réalité physique et modèles mathématiques, et nous rappellons les positions de Galilée et d'Einstein sur la vérité de leurs théories.



L'ESPACE-TEMPS EST-IL COURBE ET PLAT ?

"La relativité générale est une synthèse entre la gravitation newtonienne et la relativité restreinte."

J.-P. Luminet