Karl Schwarzschild

Karl Schwarzschild

Karl Schwarzschild (9 octobre 1873, Francfort-sur-le-Main – 11 mai 1916, Potsdam) était un astrophysicien allemand.

Sa curiosité pour les étoiles se manifesta dès ses premières années scolaires, lorsqu'il construisit un petit télescope. Témoin de cet intérêt, son père le présenta à un ami mathématicien qui avait un observatoire privé. Schwarszchild apprit à utiliser un télescope et étudia des mathématiques plus avancées qu'à l'école. Il devint célèbre dès l'âge de 16 ans pour sa théorie des orbites.

Il étudia à l'université de Strasbourg, puis de Munich, et obtint son doctorat à l'âge de 23 ans pour des travaux sur les théories de Henri Poincaré. Il fut alors engagé en tant qu'assistant à l'Observatoire Kuffner à Ottakring. Il se consacra principalement à la photométrie : il accomplit un travail de pionnier pour améliorer les plaques photographiques et implanter leur utilisation en astronomie, ainsi que dans l'étude spectrale des étoiles. Il développa en particulier une formule modélisant l'évolution de la sensibilité d'un matériau photosensible en fonction du temps d'exposition et de l'éclairement :

$i = f ( I\cdot t^p ),$

où p est l'exposant de Schwarschild, et vaut entre 0,6 et 0,7, ce qui représente le fait que plus une pellicule est exposée, moins elle est sensible.

De 1901 à 1909, il officia comme professeur au prestigieux institut de Göttingen, où il eut l'occasion de travailler avec des personnalités telles que David Hilbert et Hermann Minkowski. Il occupa ensuite un poste à l'Observatoire d'astrophysique de Potsdam en 1909.

Il énonça par ailleurs les lois du transport et de l'équilibre radiatif, du mouvement ellipsoïdal des étoiles et découvrit la pression de radiation. On lui doit également des travaux sur la structure atomique et les rayonnements associés dont il identifia la nature quantique.

Il est le premier à avoir trouvé une solution aux équations gravitationnelles d'Einstein en 1916. Avec la métrique de Schwarzschild, il démontra que dans les équations décrivant la gravitation d'une quantité de matière concentrée en un point, il apparaît une singularité à la distance du rayon de Schwarzschild du centre, qui n'est en fait qu'apparente, comme le montre la métrique de Kruskal-Szekeres.

Il est aussi le premier à avoir défini les lois d'interaction entre les champs magnétiques et la lumière, et à avoir décrit les phénomènes de courbure des rayons lumineux au voisinage de points gravitationnels, contribuant ainsi à fonder la théorie du trou noir (Cf. Rayon de Schwarzschild).

Engagé sur le front russe par l'armée allemande en tant qu'artilleur, il lut pour la première fois la formulation de la relativité générale d'Einstein dans l'édition de 25 novembre 1915 des Comptes rendus de l'Académie de Prusse. Aussitôt, il se mit à chercher les conséquences que pouvaient avoir ces lois sur la gravitation des étoiles. Comme il serait très compliqué mathématiquement d'analyser une étoile en rotation ou une étoile non-sphérique, Schwarzschild se limita aux étoiles sphériques qui ne tournent pas. Il s'intéressa d'abord à décrire mathématiquement l'extérieur de l'étoile, reléguant à plus tard leur étude interne. Quelques jours plus tard, il avait calculé, dans tous ses détails, à partir des équations d'Einstein, la courbure de l'espace-temps à l'extérieur de n'importe quelle étoile sphérique qui ne tourne pas. Le calcul était élégant, et la géométrie courbe qu'il prédisait, la géométrie de Schwarzschild, devait avoir un immense impact sur notre compréhension de l'Univers. Il envoya donc une lettre à Einstein lui décrivant ses calculs, qu'Einstein présenta en son nom à l'Académie des sciences de Prusse le 13 janvier 1916. Quelques semaines plus tard, Einstein présenta un second article de Schwarzschild : le calcul exact de la courbure à l'intérieur d'une étoile.

À peine quatre mois plus tard, le 19 juin, Einstein eut la triste tâche d'annoncer la mort de Schwarzschild à l'Académie des sciences de Prusse, à la suite d'une maladie contractée sur le front russe.

Observatoire Karl-Schwarzschild

La ville de Iéna crée en 1960 un observatoire en hommage à son nom.

L'astéroïde (837) Schwarzschilda et un cratère lunaire ont été nommés en son honneur.