Si par exemple, à la même distance de la Terre, on lâche deux objets immobiles au même instant, ils vont tomber vers le centre de la Terre, et par suite vont se rapprocher l'un de l'autre (voir figure)[17]. Avant l'avènement de la relativité générale, la loi de l'attraction universelle de Newton avait été acceptée pendant plus de 200 ans comme une description valable de la force de gravitation entre masses. L'exemple idéal est celui de la pomme légendaire que Newton vit tomber d'un arbre, ce qui lui donna l'idée que tous les corps étaient soumis à la gravitation. De même que le faisceau tournant d'un phare est vu de loin comme un clignotant, ces faisceaux frappent la Terre avec une extrême régularité pour un pulsar isolé, et sont reçus comme une succession d'impulsions très régulières. De même que la plupart des effets de la gravitation peuvent être supprimés en se mettant en situation de chute libre, ces effets peuvent être « provoqués » en observant des objets dans un système en cours d'accélération. Dans un tel système, une des étoiles est un pulsar. Cette Introduction à la relativité générale est conçue de façon à apporter au lecteur, de façon simplifiée, toutes les notions mathématiques nécessaires pour comprendre cette théorie. Par exemple, bien qu'il y ait une preuve indirecte de l'existence des ondes gravitationnelles, leur détection directe fait encore l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) de recherches par plusieurs collaborations internationales de scientifiques, telles les expériences en construction LIGO (LIGO (pour Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) est un projet...), GEO (Geo était une marque de voiture qui appartenait à General Motors. Le modèle standard de la cosmologie actuel est obtenu en combinant cette solution avec les théories décrivant les propriétés de la matière qu'il contient : thermodynamique, physique nucléaire, physique des particules. Ce n'est que lorsque l'on compare des horloges éloignées entre elles que l'on peut détecter ce genre d'effets[8]. Ce décalage de fréquence correspond à une dilatation du temps gravitationnelle : comme l'observateur du haut constate que la même lumière vibre plus lentement, c'est que son horloge tourne plus vite. T est de trouver à concilier la relativité générale avec les lois de la physique quantique (La physique quantique est l'appellation générale d'un ensemble de théories physiques...), et de formuler une théorie complète et cohérente de gravitation quantique. Une géodésique est le plus court chemin entre deux points à la surface de la Terre. La fonction métrique et son taux de variation d'un point à l'autre peuvent être utilisées pour définir une quantité appelée tenseur de courbure de Riemann, qui décrit exactement comment l'espace (ou espace-temps) est courbé en chaque point. Cependant, certaines théories adoptées jusqu'alors n'étaient pas cohérentes avec ces concepts : un exemple majeur était la théorie de la gravitation de Newton, qui décrit l'attraction mutuelle entre deux corps due à leurs masses. La constante G N est la constante de gravitation introduite par Newton[23], c est la vitesse de la lumière, et π est la constante géométrique classique (rapport de la circonférence au diamètre d'un cercle). Introduction à la relativité générale Imprimer Détails Catégorie : Relativité Générale Création : 1 janvier 2017 Mis à jour : 29 janvier 2017 Affichages : 1884 Vote utilisateur: 5 / 5. En conséquence, il y a une composante de mouvement de chaque corps dirigée vers l'autre (voir figure). S'abonner Actions. Test de haute précision de la relativité générale par la, De nouvelles molécules organiques phosphorescentes pour les OLEDs, La domestication des chiens a plusieurs visages, Fusion nucléaire: le tokamak japonais franchit une nouvelle étape, COVID-19: les symptômes persistent dans un tiers des cas, Un effondrement écologique irréversible en Asie provoqué par des changements climatiques, Une nouvelle génération de photons intriqués en haute dimension sur puce, Un nouveau matériau utilise le soleil pour générer du froid, Les chercheurs mettent en évidence d'un nouveau rythme biologique, Vaccination contre les papillomavirus humains et diversité virale, A la recherche des signatures d'ondes gravitationnelles, Le mystère de l'expansion de l'Univers trouve une solution. Introduction à la relativité générale 4 Il faut souligner que pour chacun des observateurs, ils ne peuvent pas observer de changement dans l'écoulement du temps autour d'eux, ou pour des objets qui sont près d'eux, ou qui se déplacent lentement par rapport à eux : le temps nécessaire pour cuire un œuf à la coque est toujours de trois minutes. ), (La physique quantique est l'appellation générale d'un ensemble de théories physiques...), De la relativité restreinte à la relativité générale, Recherche actuelle : la relativité générale et au-delà. 4- Co u rbure. Pour assurer la précision du système, les horloges des satellites sont ralenties par un facteur relativiste, ou alors ce facteur est pris en compte dans le calcul des positions. Et certes, les effets gravitationnels d'une pomme sur un autre corps sont totalement négligeables par rapport à ceux qu'exerce la Terre. Les plus utiles sont ceux dont les deux composants sont des pulsars, parce qu'ils donnent les tests les plus précis de la relativité générale[38]. Deux chapitres donnent les éléments essentiels sur le calcul tensoriel et la théorie des espaces de Riemann. RG est une théorie métrique de la gravité. Ces forces fictives sont dues à l'inertie des objets, c'est-à-dire à leur tendance à suivre une trajectoire rectiligne à vitesse constante. 1- Intr o d u ction. Théories relativistes de la gravitation et de l'électromagnétisme. On a aussi longtemps espéré qu'une théorie de la gravitation quantique pourrait éliminer une autre structure problématique de la relativité générale : la présence de singularités gravitationnelles de l'espace-temps. Dans le modèle de Newton, la gravitation est le résultat d'une force attractive entre les objets massifs. Une théorie est refutée, et donc fausse, si elle donne des résultats incorrects, ne fût-ce que pour une seule expérience. DEA. La relativité générale est devenue un outil essentiel de l'astrophysique moderne. Mais d'une part on s'aperçut que l'univers n'était pas statique, mais en dilatation et d'autre part que l'artifice ne résolvait pas le problème : des concentrations locales de matière ne pouvaient que s'accentuer. Par ailleurs la solution de Kerr décrit un trou noir en rotation. La relativité générale prévoit que ces deux ensembles d'horloges battent à des rythmes légèrement différents, en raison de leurs vitesses (effet Doppler-Fizeau déjà prédit par la relativité restreinte), et de leurs positions différentes dans le champ gravitationnel terrestre. D'autres tests de la relativité générale comprennent des mesures de précision de l'effet Shapiro, ou retard gravitationnel de la lumière, la dernière mesure ayant été faite avec la sonde spatiale Cassini-Huygens. Introduction à la relativité restreinte. 8 Ce que cela signifie va être détaillé dans les trois sections suivantes : Pour faire la carte des influences gravitationnelles d'un corps, il est utile de penser en termes de ce que les physiciens appellent particules test : ce sont des corps qui sont influencés comme tout par la gravitation, mais qui sont eux-mêmes si petits et légers que l'on peut négliger leurs propres effets gravitationnels. Einstein a formulé cette relation en utilisant le tenseur de courbure de Riemann et la métrique pour définir une autre quantité géométrique G, maintenant appelé tenseur d'Einstein, qui décrit certains aspects de la courbure de l'espace-temps. Quand ce terme est présent, l'espace vide agit comme une source de gravitation attractive, ou répulsive, selon le signe qu'on lui donne. La matière tombant sur un objet compact est l'un des mécanismes les plus efficaces pour émettre de l'énergie sous forme de rayonnement électromagnétique, et la matière tombant sur des trous noirs passe pour l'un des phénomènes astronomiques les plus brillants. Pour les surfaces, la généralisation de la géométrie du plan – une surface plate – à la géométrie de surfaces courbées avait été décrite au début du XIXe siècle par Carl Friedrich Gauss. Einstein avait introduit ce terme en 1917 dans son papier pionnier sur la cosmologie[49], et avec une motivation très spéciale : à l'époque, l'univers était tenu pour statique et éternel, et le nouveau terme – pris avec un signe répulsif – devait compenser l'attraction de la matière, qui provoquait le Big Bang. De plus, il existe des théorèmes sur les singularités de Stephen Hawking et de Roger Penrose, qui expriment la nécessité de ce type de singularité dans un univers soumis aux lois de la relativité générale, en l'absence de toute modification quantique. Depuis, plusieurs autres pulsars binaires ont été trouvés. Selon la relativité générale, l'attraction gravitationnelle que l'on observe entre les masses est provoquée par une déformation de l'espace et du temps par ces masses. Selon ces modèles, notre univers actuel a explosé d'un état extrêmement dense et chaud (le Big Bang), il y a environ 14 milliards d'années, et s'est étendu constamment depuis[48]. Dans le langage de l'espace-temps, ceci signifie que sa ligne d'univers est droite. L'argument d'Einstein a été que ce genre de décalage de fréquence doit également être observé dans des champs gravitationnels. Carroll@ theory. L'équivalence entre inertie et gravitation ne peut expliquer les effets de marée – elle ne peut pas expliquer les variations de champ gravitationnel[10]. Bien que Newton lui-même fût ennuyé par la nature inconnue de cette force, sa théorie permettait de décrire très correctement les mouvements terrestres et célestes. Ce genre de variation de force est responsable, dans le cadre de la loi de Newton, des marées sur les océans terrestres, d'où l'utilisation de l'expression effet de « marée » pour ce phénomène. Une des deux au moins est un pulsar – un objet astronomique qui émet un étroit faisceau d'ondes radio en tournant très vite sur lui-même. Une introduction détaillée à la théorie de la relativité générale d’Einstein Voici un ouvrage d'introduction à la théorie d'Einstein de la gravitation qui s'adresse avant tout à un public d'étudiants ou d'enseignants en physique au niveau du deuxième et troisième cycle. Évidemment, ces chemins ne sont pas droits, puisque ce sont des arcs de cercle tracés sur la sphère. En particulier les lentilles gravitationnelles sont une manière de mesurer la distribution de la matière noire, qui n'émet pas de lumière, et qui ne peut être observée que par ses effets gravitationnels. Le calcul tensoriel et la théorie des espaces de Riemann sont décrits. Mais un système de référence tombant en chute libre sur un point de la Terre d'un côté de la Terre ne peut pas expliquer pourquoi les gens de l'autre côté de la Terre ressentent la gravitation en sens opposé. Cependant il reste un certain nombre de questions ouvertes : la plus fondamentale est de trouver à concilier la relativité générale avec les lois de la physique quantique, et de formuler une théorie complète et cohérente de la gravitation quantique. C'est le fondement de la compréhension actuelle des trous noirs, qui sont des régions où l'attraction gravitationnelle devient tellement intense que la lumière elle-même ne peut s'en échapper, sa vitesse étant inférieure à la vitesse de libération. De façon semblable, Einstein a prédit la déflexion de la lumière par un champ gravitationnel : dans un champ gravitationnel, la lumière est défléchie vers le bas. Une raison est que les trous noirs sont les objets les plus compacts qui puissent orbiter autour l'un de l'autre dans un système binaire ; par conséquent, les ondes gravitationnelles émises par un tel système sont spécialement fortes. Par exemple, quand les ondes radio passent à proximité de l'autre étoile, ils doivent être défléchis par son champ gravitationnel. Comme tout tombe ensemble dans la cabine, on n'observe aucun effet gravitationnel. Une personne dans une cabine d'ascenseur dans une expérience de chute libre ressent l'apesanteur pendant toute la durée de la chute : tous les objets situés dans la cabine l'accompagnent, ou se déplacent à vitesse constante par rapport à lui. R.Penrose Les lois de la physique , chapitre sur la physique : livre de vulgarisation, mais passionnant, d'une justesse extrème, et très pédagogique. À l'échelle cosmique, la gravitation au sein du système solaire est faible. Trois tests expérimentaux ont été proposés par Einstein lui-même, et sont maintenant connus sous le nom de tests historiques de la théorie. Supposons que sur ce vaisseau, il y ait deux observateurs placés l'un plus haut que l'autre. Bien que la relativité générale ne soit pas la seule théorie relativiste, c'est la plus simple qui soit en cohérence avec les données expérimentales. Après avoir réussi à écrire ces relations, que l'on connaît depuis sous le nom d'équations d'Einstein ou, plus précisément, ses équations du champ de gravitation, il présente sa nouvelle théorie de la gravitation au cours de plusieurs séances de l'Académie des sciences de Prusse à la fin de l'année 1915[14]. Relativité générale pour débutants. Et même, pour compléter, il faut inclure les quantités qui sont directement liées à celles-ci, c'est-à-dire la pression, la tension ou autres contraintes internes au corps. Pour prendre une analogie, la géodésie[16] est l'art de mesurer les distances et les formes sur la Terre. Ceci est illustré par la figure de gauche, qui montre une onde lumineuse progressivement décalée vers le rouge en remontant le champ de gravitation[7]. Un ensemble d'autres tests ont mis à l'épreuve la validité de diverses versions du principe d'équivalence ; à strictement parler, toutes les mesures de la dilatation du temps gravitationnelle sont des tests de sa version faible, et non pas de la relativité générale elle-même. Relativité Restreinte et Espace-temps plat Introduction Nous allons commencer par un tour d’horizon sur la RELATIVITÉ RESTREINTE (RR) et l’ESPACE-TEMPS plat associé : est plat un espace-temps dont la métrique peut être mise sous une forme où les coefficients ne dépendent pas des coordonnées. En relativité générale, la métrique de l'espace-temps et le tenseur de courbure de Riemann sont des quantités définies en chaque point de l'espace-temps. le mouvement de particules-test (assez légères pour n'avoir aucune influence gravitationnelle) dans un espace-temps courbé ; les propriétés de la matière qui servent de source à la gravitation, et qui peuvent donc influencer la courbure de l'espace-temps ; finalement les relations d'Einstein qui relient ces propriétés de la matière à la courbure de l'espace-temps. Selon la relativité générale, l'attraction gravitationnelle que l'on observe entre les masses est provoquée par une déformation de l'espace et du temps par ces masses. Pour les champs de gravitation, l'absence ou la présence de forces de marée détermine si l'on peut éliminer l'influence de la gravitation en choisissant un système de référence en chute libre. Seule la théorie d'Einstein se montra compatible avec les expériences et les observations. Les confirmations expérimentales ultérieures de ses autres prédictions, spécialement les premières mesures de la déflexion de la lumière par le Soleil en 1919, ont catapulté Einstein à la célébrité internationale[31]. Aucune théorie scientifique n'a de valeur apodictique; chacune est un modèle qui doit être vérifié par l'expérience. Tout à fait, et si Amanuensis en fait la demande, toute intervention sur ce sujet serra supprimé. Ce problème tourmentait les physiciens depuis quelque temps déjà. Cette derni`ere th´eorie, profonde et difficile, n´ecessite des d´eveloppements math´ematiques importants. , Avant l'avènement de la relativité générale, la loi de l'attraction universelle de Newton avait été acceptée pendant plus de 200 ans comme une description valable de la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) de gravitation entre masses. Dans la théorie d'Einstein, et ses parentes, la courbure en chaque point de l'espace-temps est régie par la présence de matière. Ainsi, la relativité générale explique l'expérience quotidienne de la gravitation à la surface de la Terre non pas comme l'attraction par une force gravitationnelle, mais comme une force fictive d'inertie analogue à celles évoquées. Par exemple, si la lumière d'un objet très éloigné, et suffisamment brillant, comme un quasar, passe à côté d'une galaxie massive, elle est défléchie vers un observateur sur la Terre, et simultanément, elle peut passer de l'autre côté de la même galaxie, et être défléchie en sens inverse, atteignant ainsi l'observateur d'une direction légèrement différente. Dans ce genre d'espace courbe, on ne peut plus parler de lignes d'univers droites mais de géodésiques, c'est-à-dire de lignes qui sont « le moins courbes possible ». Un autre ensemble de tests se porte sur des effets prédits par la relativité générale concernant le comportement de gyroscopes se déplaçant dans des champs gravitationnels. L'entité de base de cette nouvelle géométrie est un espace-temps à quatre dimensions. Alors que le principe d'équivalence fait encore partie des exposés modernes sur la relativité générale, il y a des nuances entre la version moderne et le concept original d'Einstein, cf. Mais en 1974, cette perte d'énergie a été observée dans un pulsar binaire (PSR 1913+16). Selon la relativité générale, l'attraction gravitationnelle que l'on observe entre les masses est provoquée par une déformation de l'espace et du temps par ces masses. La relativité générale est une théorie de la gravitation qui a été développée par Albert Einstein entre 1907 et 1915. Dans la formulation mathématique de la théorie, toutes ces quantités ne sont que divers aspects d'une quantité physique plus générale appelée tenseur énergie-impulsion[21]. Une personne assise sur une chaise a tendance à suivre une géodésique, c'est-à-dire à tomber en chute libre vers le centre de la Terre. Selon la relativité générale, l'attraction gravitationnelle que l'on observe entre les masses est provoquée par une déformation de l'espace et du temps par ces masses. Essentiellement, ce principe énonce qu'une personne située dans une cabine, et qui ne ressent pas de pesanteur, ne peut pas détecter si la cabine est en chute libre ou s'il est suffisamment loin dans le cosmos pour échapper à l'influence de toute source de gravitation[3]. University of Chicago, Chicago, IL, 60637. Ce sont des ondes de distorsion de la géométrie de l'espace, qui se propagent dans le vide à la vitesse de la lumière. L'intuition fondamentale d'Einstein a été de trouver une raison profonde pour que ces deux énoncés concernant des phénomènes apparemment bien différents fassent intervenir la même masse. Une autre, reliée aux masses en rotation est appelée effet Lense-Thirring. π Les solutions exactes de ces équations décrivent une géométrie particulière de l'espace-temps ; par exemple la solution de Schwarzschild décrit la géométrie autour d'une masse sphérique, sans rotation, comme une étoile. Elle devait être testée par le satellite Gravity Probe B lancé en 2004, avec des résultats fin 2008[32] ; en raison de difficultés techniques, ce n'est qu'en 2011 que la NASA a annoncé la confirmation de l'effet avec les valeurs annoncées par la théorie. Par comparaison avec les planètes et autres objets astronomiques, les objets de la vie quotidienne (gens, voitures, maisons, et même montagnes) ont une masse petite. E=mc2 vu sous un autre angle. Les exemples les plus connus sont les singularités présentes dans la description des trous noirs et du Big Bang[52]. Inversement, de la lumière émise du haut arrivera à une fréquence supérieure à celle d'émission à l'observateur du bas. En présence de gravitation, l'espace-temps est courbé, c'est-à-dire qu'il n'est plus un espace de Minkowski, qui est un analogue à 4 dimensions du plan d'Euclide, mais c'est un espace plus général, décrit par un analogue de la géométrie de Riemann. Il faut souligner qu'aucun des deux observateurs ne peut observer de changement dans l'écoulement du temps autour de lui, ou pour des objets qui sont près de lui, ou qui se déplacent lentement par rapport à lui : le temps nécessaire pour cuire un œuf à la coque est toujours de trois minutes. Mais la chaise lui applique une force externe sous les fesses, qui l'empêche de suivre cette tendance. Des fleurs pour Schrödinger. D'autre part, il existe des trous noirs supermassifs, dont la masse peut varier du million au milliard de masses solaires, au centre de la plupart des galaxies, et ils jouent un rôle clef dans les modèles actuels de la formation des galaxies au cours des milliards d'années[45]. En relativité restreinte, l'énergie est très liée avec la quantité de mouvement, que l'on nomme encore impulsion ou moment linéaire. Des centaines de fois la masse de la Terre en or et platine, Page générée en 0.022 seconde(s) - site hébergé chez Amen, (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...), (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...), (Une sonde spatiale est un vaisseau spatial non habité envoyé par l'homme pour...), (La mission Cassini-Huygens est une mission spatiale automatique réalisée en collaboration par le...), (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...), (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des...), (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...), (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...), (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...), (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...), (La gravitation est le phénomène d'interaction physique qui cause l'attraction...), (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de...), (Albert Einstein (né le 14 mars 1879 à Ulm, Wurtemberg, et mort le...), (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...), (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...), (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...), (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...), (Une lentille est un élément, traditionnellement en verre, destiné à faire converger ou diverger...), (La dilatation est l'expansion du volume d'un corps occasionné par son réchauffement,...), (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...), (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...), (LIGO (pour Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) est un projet...), (Geo était une marque de voiture qui appartenait à General Motors. Une manifestation plus élémentaire du même effet implique deux corps tombant l'un à côté de l'autre vers la Terre. Cours d'introduction à la relativité générale Richard Taillet. De la même manière, les lignes d'univers de particules test en chute libre sont, en relativité générale, des géodésiques de l'espace-temps. La recherche d'une version quantique de la relativité générale aborde l'une des questions ouvertes les plus fondamentales de la physique. Cependant, il a déjà réussi à faire des prédictions originales, et vérifiables, basées sur son point de départ : le principe d'équivalence[5]. La relativité générale prédit aussi de nouveaux effets de la gravitation, tels que les ondes gravitationnelles, les effets de lentille optique gravitationnelle et l'effet de la gravitation sur le temps, connu sous le nom de dilatation gravitationnelle du temps. 2- Relati v ité R estreinte. Cette force s'appelle le poids. Relativité générale (2016) Introduction to general relativity, black holes, and cosmology (2015) Equations of Motion in Relativistic Gravity (2015) Relativité générale et astrophysique (2015) Data 2/12 data.bnf.fr. La relativité générale est une théorie de la gravitation qui a été développée par Albert Einstein entre 1907 et 1915. La relativite generale est quelquefois consideree comme la plus importante creation in- tellectuelle jamais realisee par un seul homme: Albert Einstein. Ce document réunit les notes qui accompagnent les vidéos du cours d'introduction à la relativité générale donné en M1 de physique à l'université de Savoie au début de l'année 2013. Par exemple, certaines des composantes du tenseur énergie-impulsion sont les densités d'énergie et de quantité de mouvement. c'est-à-dire qu'à une constante multiplicative près, la quantité G (qui décrit certains aspects de la courbure de l'espace-temps) est égale à la quantité T (qui décrit certains aspects du contenu en matière). En l'absence de gravitation, et bien sûr d'autres forces, une particule test se déplace en ligne droite à vitesse constante. Mais dans son premier chapitre, elle n'est que classique, c'est à dire qu'elle aurait pu être écrite en 1850 sans problème, puisqu'elle pose le problème de la pesanteur sans faire appel à la relativité. G Cependant, avec l'amélioration de la précision des mesures expérimentales, on observa quelques discordances avec les prédictions de la théorie de Newton. Pour des étoiles ordinaires comme le Soleil, la perte de masse serait trop faible pour être détectable. Si l'on veut dévier ou accélérer cette vitesse, l'objet réagit avec une force fictive proportionnelle à sa masse. En été 1912, inspiré par cette analogie, Einstein a recherché une formulation géométrique de la gravitation[11]. Plus de 100 ans après la publication de la théorie, la recherche est toujours plus active[57]. Avec...), (Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a...), (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système...), (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...), (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...), (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens. Cependant il reste un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de questions ouvertes : la plus fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) Dans les bonnes conditions, la matière qui tombe en s'accumulant sur un trou noir peut conduire à la formation de jets relativistes, où des faisceaux focalisés de matière sont lancés dans l'espace avec une telle énergie qu'ils atteignent des vitesses proches de celle de la lumière[46]. Ces singularités sont des lignes ou des surfaces dans l'espace-temps où la géométrie perd sa signification, avec la conséquence que la relativité générale y perd son pouvoir de prédiction. Un des aspects les plus importants de la relativité générale est qu'elle permet de construire un modèle global de l'univers. Plus concrètement, elles sont formulées en termes de géométrie de Riemann, où les propriétés d'un espace (ici, d'un espace-temps) sont décrites par une quantité nommée métrique. Par exemple, la transition d'un système de référence inertiel (dans lequel les particules libres se déplacent sur des lignes droites à vitesse constante) à un système en rotation (dans lequel des termes supplémentaires correspondant à des forces fictives doivent être introduits pour expliquer le mouvement des particules) : c'est analogue à la transition d'un système de coordonnées cartésiennes (dans lequel les lignes de coordonnées sont des lignes droites) à un système de coordonnées curvilinéaire (où les lignes de coordonnées n'ont pas besoin d'être droites). Une autre raison découle de ce qui est connu comme le théorème de calvitie, qui énonce qu'un trou noir ne dépend que de trois choses : sa masse, sa charge électrique et sa rotation, et non d'autres paramètres individuels divers.
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