vendredi, mars 13, 2009

ALBERT EINSTEIN (1879-1955), PHYSICIEN ET REBELLE (4/8)

Cela demandait une grande audace. Rappelons toutefois que la conception newtonienne du temps et de l’espace ne s’était pas imposée sans combattre. Prenons l’exemple de l’espace, justement.

Quand la physique classique s’est constituée, deux réponses s’affrontaient. La première assurait que l’espace, ce n’est rien d’autre que les relations entre les objets du monde. Si vous voulez, l’espace, ici, est compris un peu sur le modèle d’un contrat, dans le sens où un contrat est quelque chose qui lie deux personnes. Supprimez l’une ou l’autre de ces personnes (ou les deux) ou leurs relations et il n’y a plus de contrat, lequel n’existe donc pas en dehors des contractants et des relations qui les lient. De même, le monde est constitué d’objets en relation et l’espace, assurent les partisans de cette théorie, n’est rien d’autre que ces objets et leurs relations. Cette position était défendue par plusieurs personnes, dont le philosophe et mathématicien G. W. von Leibniz (1646-1716).

Le fondateur de la physique moderne, Isaac Newton, n’était pas d’accord. Il pensait, lui, qu’il existe un espace (et un temps) absolu(s). Newton, si on ose simplifier beaucoup, pense l’espace sur le modèle d’une boîte de céréales. De ce point de vue, il existe bel et bien un espace (l’intérieur de la boîte) dans lequel les objets (les morceaux de céréales) se trouvent et on peut décrire les relations de ces objets par rapport à ce référent absolu. Vous l’avez deviné : il y a une grosse différence entre la boîte de céréales et l’espace absolu : pour Newton, l’espace absolu est un contenant comme la boîte mais qui se prolonge infiniment dans toutes les directions. De la même façon, pour Newton, il existe un temps absolu.

Comment décider entre ces deux théories, celle de Newton et celle de Leibniz? Newton a cru pouvoir trancher en faveur de la sienne à l’aide d’une expérience de pensée.

Imaginez un seau à demi rempli d’eau. Il est suspendu par une longue corde au plafond d’une pièce. Moment 1 : l’eau est immobile relativement au seau et la surface de l’eau est plane. À présent vous tournez la corde, de très nombreuses fois. Puis vous relâchez. Moment 2 : le seau se met à tourner; l’eau reste plane et immobile pendant que le seau est en mouvement (il tourne) par rapport à l’eau. Moment 3 : le seau continue à prendre de la vitesse et communique son mouvement à l’eau qui se meut avec lui et à sa vitesse; eau et seau sont alors immobiles l’un par rapport à l’autre; on constate alors aussi que l’eau a monté sur la paroi du seau et que sa surface n’est plus plane, mais se creuse au centre.

Newton pose la question suivante : qu’est-ce qui fait monter l’eau sur les parois du seau au moment 3? Son mouvement, sans doute. Mais mouvement par rapport à quoi? Pas par rapport au seau, évidemment puisqu’ils sont alors immobiles l’un par rapport à l’autre, comme au moment 1. Newton répond à sa propre question : l’eau est en mouvement par rapport à l’espace absolu et c’est ce qui explique la courbature de sa surface. C’est aussi ce qui permet de distinguer absolument le moment 1 du moment 3. L’espace absolu existe donc, conclut Newton, et il a, on vient de le voir, des effets observables. CQFD.



C’est à cette conception de l’espace et du temps qu’Einstein va s’en prendre. Ou plutôt, il va faire remarquer que si on l’abandonne, les contradictions apparentes que connaît la physique s’estompent. Il est vrai que des conséquences extrêmement étonnantes surgissent alors, mais, encore une fois, elles ne sont étranges que parce que nos concepts de temps et d’espace sont issus de notre expérience courante où nous ne faisons jamais l’expérience des vitesses s’approchant de c. Il écrit :

Ces échecs répétés suggèrent plutôt que […] les mêmes lois de l’électrodynamique et de l’optique seront valables pour tous les référentiels pour lesquelles vaudront les équations de la mécanique. Nous élèverons cette conjoncture (que nous appellerons dorénavant le «Principe de relativité») au statut de postulat et nous introduirons un deuxième postulat, lequel n’est qu’en apparence irréconciliable avec le premier, à savoir que la lumière se propage toujours dans le vide à la vitesse c laquelle est indépendante du mouvement du corps qui l’émet. Ces deux postulats suffisent pour produire une théorie simple et cohérente de l’électrodynamique des corps en mouvement fondée sur la théorie de Maxwell pour les corps stationnaires. On montrera que l’introduction d’un «éther luminiférien» est superflue puisque la conception développée ici ne suppose pas une «espace absolument stationnaire» pourvu de propriétés spéciales […]

[à suivre]

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