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Pourquoi la lumière est sensible à la gravité

La relativité générale nous dit qu'il n'y a pas de différence entre ce qui se passe dans un champ de gravitation, et ce qui se passe dans un référentiel accéléré. Alors pour savoir ce qui se passe avec la lumière dans un champ de gravitation, on va regarder ce qui se passe dans une boîte accélérée.

Imaginez que vous soyez dans une boîte, en apesanteur. Il y a un observateur a côté de la boîte, qui peut voir à l'intérieur. A départ, la boîte est immobile par rapport à lui, mais elle prend de la vitesse, donc elle accélère. A l'intérieur de la boîte, on ressent alors une accélération, comme une force qui plaquerait au fond. Mettons qu'il y ait un laser dans la boîte. Le laser tire dans la direction perpendiculaire au mouvement de la boîte. Pour l'observateur extérieur, le rayon de lumière va tout droit. Il n'atteint pas la paroi exactement en face, car vous avez changé de vitesse entre temps. Vous avez pris de la vitesse, et la boîte s'est déplacée. C'est ce que dit l'observateur extérieur.

Pour vous, le rayon lumineux est donc courbé juste parce que vous avez lancé la lumière puis accéléré. Vous interprétez ça comme l'effet de l'accélération. Vous en déduisez donc que la lumière est sensible à l'accélération. Elle aussi semble attirée par le fond de la boîte.

Donc il doit en être de même dans un champ de pesanteur, puisqu'il n'est pas possible de distinguer les effets d'une accélération de ceux d'un champ de pesanteur ! C'est donc que la trajectoire de la lumière doit être courbée par la présence d'une masse importante.

C'est bien le cas. On s'est aperçu en regardant les étoiles qui apparaissaient lors d'une éclipse juste à côté du soleil, qu'il s'agissait en fait d'étoiles qui aurait dûes être derrière ! Leur lumière avait été déviée jusqu'à nous, par un effet de "loupe gravitationnelle".