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Einstein et l’expérience cruciale de Michelson et Morley

Ce texte est un « article presslib’ » (*)

Dans un article publié en 1905, « Sur l’électrodynamique des corps en mouvement », l’un des cinq articles qu’il rédigea cette année-là (et dont John Stachel qui les republia dans un volume, dit à juste titre qu’ils « changèrent la face de la physique » – Stachel 1998 : 6), Einstein évoque, pour reprendre ses propres termes : « la conjecture dont le contenu sera appelée par la suite, « le principe de relativité »… » (Stachel 1998 : 124). En 1969, l’historien des sciences Gerald Holton se pencha sur un paradoxe apparent à propos de cet article d’Einstein. Comment est-il possible, alors que les explications habituelles de l’origine de ce que nous appelons aujourd’hui la « théorie de la relativité » considèrent que sa justification expérimentale est l’« expérience cruciale de Michelson et Morley » (que je décrirai un peu plus loin), Einstein non seulement ignore cette expérience dans son article mais aussi n’établira jamais qu’à regret un lien entre sa théorie, telle qu’il la formula pour la première fois dans cet article de 1905, et l’expérience qui avait eu lieu dix-huit ans auparavant à Cleveland dans l’Ohio (au Case Institute of Technology, dont le nom est aujourd’hui « Case-Western Reserve University »). Ou, en inversant alors la perspective, pourquoi la plupart des exposés relatifs à la physique au XXe siècle s’évertuent-ils à établir une connexion entre cette expérience et la théorie de la relativité, alors qu’Einstein dénie implicitement qu’il existe entre les deux une connexion déterminante (Holton [1969] 1973 : 261 – 352) ?

La réponse à ces questions n’est pas indifférente car elle touche à l’essence-même de la démarche scientifique et révèle le fossé inquiétant existant entre l’image que le public profane se fait du travail du savant et sa réalité profonde.

En 1887, à l’aide d’un appareil qu’il avait inventé, appelé depuis interféromètre de Michelson, Michelson aidé de Morley mirent en évidence qu’un principe familier des physiciens, établi par Newton, celui de l’additivité des vitesses, ne s’applique pas à la lumière.

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Récupéré ! L’éther et la théorie de la relativité restreinte, par Henri-François Defontaines (18/10/09)

Henri-François Defontaines est déjà l’auteur de deux « billets invités » : Revoir la relativité restreinte et Paradoxe des jumeaux et accélération des référentiels.

Dans ces billets, comme dans le troisième, qui va suivre, Defontaines prend au sérieux l’hypothèse de l’éther, hypothèse abandonnée par les physiciens depuis le début du XXe siècle. On lit souvent que l’existence de l’éther a été infirmée par l’expérience de Michelson-Morley. Ce n’est pas le cas. Comme l’expliqua fort bien Ernst Cassirer dans La théorie de la relativité d’Einstein considérée d’un point de vue épistémologique (1923) :

« Il n’était pas possible de trancher entre les théories de Lorentz [supposant l’existence d’un éther] et celle d’Einstein [qui l’exclut] sur une base expérimentale. Il était devenu clair qu’on ne pouvait mettre au point pour les départager une experimentum crucis. »

Mais Cassirer ajoutait, et ceci est fondamental :

« Il apparaissait surtout que la supposition de Lorentz était insatisfaisante sur un plan épistémologique parce qu’elle attribuait à un objet physique, l’éther, des effets spécifiques, alors qu’il résulterait de ces mêmes effets que l’éther ne pourra jamais constituer un objet d’observation. [L’éther] contrevenait à un principe général que Leibniz avait invoqué lorsqu’il combattait les concepts newtoniens d’espace et de temps, principe qu’il appela le principe de l’observabilité. »

Tout ça ne sont bien sûr encore que des considérations précisément, « épistémologiques » : cela ne prouve pas que l’éther n’existe pas. Que faudrait-il pour que nous considérions qu’il existe du point de vue de la science ? Il faudrait encore, pour utiliser un terme qu’Henri Poincaré chérissait, qu’il soit « commode » en tant que concept scientifique. Je cite ce que celui-ci disait à propos des systèmes de Ptolémée et de Copernic dans La valeur de la science (1913) :

Voici le mouvement diurne apparent des étoiles, et la mouvement diurne des autres corps célestes, et d’autre part l’aplatissement de la Terre, la rotation du pendule de Foucault, la giration des cyclones, les vents alizés, que sais-je encore ? Pour le Ptoléméen, tous ces phénomènes n’ont entre eux aucun lien ; pour le Copernicien, ils sont engendrés par une même cause. »

… ce qui fait que le système copernicien est beaucoup plus « commode » que le système ptoléméen. De même, me semble-t-il, il ne vaudrait la peine de ressusciter l’éther que s’il s’avérait un jour que supposer son existence se révélait beaucoup plus « commode » – au sens de Poincaré – que supposer son inexistence.

L’éther et la théorie de la relativité restreinte, par Henri-François Defontaines

… On voit dans ce qui précède, qu’en ce début du 21ème siècle, la possibilité d’existence d’une forme d’éther,
support permettant la propagation des ondes lumineuses à vitesse constante est largement niée par les physiciens.

Ont-ils raison malgré le revirement tardif d’Einstein après mures réflexions, ou cela provient-il d’une
incompréhension des phénomènes mis en jeu ? …

Le texte complet est ici

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