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Deux prédictions particulières de la théorie d'EinsteinEinstein ont ainsi attendu près de 40 ans que la technologie progresse suffisamment pour pouvoir être testées, l'effet Einstein-De Sitter et l'effet Lense-Thirring. Le premier a été confirmé, mais on devra encore attendre la fin de l'année 2007 pour savoir si Einstein triomphera une fois de plus ou si une nouvelle physique fera son apparition.
Principes de l'expérience GPB pour mesurer le gravitomagnétisme (Crédits : Stanford University).
Gravity Probe BGravity Probe B a donc tourné pendant trois ans autour de la Terre. En son cœur se trouvent quatre sphères de quartzquartz de la taille d'une boule de pingping-pong et recouvertes d'une couche de niobium. Ce sont les sphères les plus parfaites jamais construites par l'humanité, avec des défauts dont l'épaisseur est de moins de 40 atomes. Refroidies par de l'héliumhélium liquideliquide à moins de 2 K, elles sont dans un état supraconducteursupraconducteur, ce qui permet de constituer des gyroscopesgyroscopes d'une grande précision en mesurant des champs magnétiqueschamps magnétiques faibles associés au moment cinétiquemoment cinétique de ces sphères à l'aide de SQUIDSQUID.
A cause de la nature particulière de la gravitationgravitation en relativité généralerelativité générale, la courbure de l'espace-tempsespace-temps et la rotation de la Terre produisent des modifications spécifiques, bien que très faibles, de l'axe de rotation de ces gyroscopes au cours du temps.
L'effet Einstein-De Sitter (en anglais geodetic precession) est le plus facilement testable et, de fait, la modification de 0,0018°/an de la direction des axes de rotation a bien été mise en évidence. Par contre, l'effet Lense-Thirring, dit encore effet d'entraînement des référentielsréférentiels (en anglais frame-dragging precession ), est lui beaucoup plus faible et difficile à mettre en évidence. Il n'est que de 0,000011°/an et des effets électrostatiquesélectrostatiques imprévus ont rendu sa mise en évidence plus délicate. Il faut en effet tenir compte d'une perturbation supplémentaire du signal mesuré, afin de l'extraire efficacement et sans déformer les résultats des mesures. C'est pourquoi un délai de plusieurs mois a été annoncé, ce qui nous reporte en décembre 2007.
La précision de la mesure de l'effet Einstein-De Sitter atteint quand même 1%. Cet effet avait été prédit par l'astronomeastronome Hollandais Willem De Sitter en 1916, juste après la touche finale apportée par Einstein à sa théorie de la relativité générale. Il s'agissait de modifications des prévisions du mouvementmouvement du système Terre-LuneLune dans le champ de gravitation du SoleilSoleil décrit par la théorie de NewtonNewton.
L'effet Lense-Thirring relève quant à lui de ce qu'on appelle le gravitomagnétisme. Lorsque le champ de gravitation est suffisamment fort pour s'écarter des prévisions de Newton, tout en restant assez faible tout de même, la relativité générale se réduit à un ensemble de lois approchées ayant la forme des lois de l'électromagnétismeélectromagnétisme où le champ tensoriel de la gravitation relativiste se comporte comme si il y avait deux champs vectoriels gravitationnels Eg et Bg vérifiant formellement des équationséquations Maxwelliennes.
Le mouvement de corps matériels neutres sous l'effet de la gravitation ressemble alors à celui de corps chargés. Prévenons tout de suite le lecteur que cette analogieanalogie a des limites, et qu'il serait une très grossière erreur d'expliquer les forces électromagnétiques par de la gravitation relativiste ou, inversement, à l'aide de ces résultats.
Au final, le mouvement des gyroscopes autour de la Terre en rotation est affecté d'effets similaires à ceux qu'ils expérimenteraient s'ils étaient dans un référentiel en rotation ou s'ils possédaient un moment magnétiquemoment magnétique dans un champ magnétique. Cette dernière analogie justifiant à nouveau l'emploi du terme gravitomagnétisme en liaison avec l'effet Lense-Thirring.
Certains attendent beaucoup de la mesure de ce dernier effet car, potentiellement, des théories de la gravitation alternatives à celle d'Einstein commencent à prédire des effets différents précisément au niveau de finesse auquel cette expérience est sensible. Le modèle standardmodèle standard de la physique est en train de devenir passablement frustrant pour les physiciensphysiciens à la recherche de nouveaux territoires à conquérir ; il marche trop bien alors que sa structure théorique comporte de nombreux défauts. Il serait temps que l'expérience nous donne une porteporte ouverte sur un nouveau monde, celui des cordes par exemple.
