Début du chapitre 1

(Du livre "Le Principe Moteur de l'Univers et l'Espace-Temps")

 

Chapitre 1

 

Objections philosophiques pouvant avoir des conséquences scientifiques au principe de relativité de la simultanéité.

 

(Ce qu'il y a, à mon avis, de conceptuellement faux dans la relativité avec les conséquences que cela entraîne. Ce chapitre peut paraître un peu complexe et parfois redondant mais il s'agit de présenter jusqu'au bout mes arguments à un partisan de la relativité. C'est une tâche ardue car cette conception est universellement admise et très enracinée. De plus, comme elle aboutit à des résultats pratiques, pourquoi la remettre en cause. Je vais tenter dans ce chapitre de répondre à cette question).

 

            « L'histoire des Sciences montre que les progrès de la Science ont constamment été entravés par l'influence tyrannique de certaines conceptions que l'on avait fini par considérer comme des dogmes. Pour cette raison, il convient de soumettre périodiquement à un examen très approfondi les principes que l'on a fini par admettre sans plus les discuter » Louis de Broglie.[1] 

 

            Dans ce chapitre, trois objections au principe de relativité de la simultanéité vont être présentées. L'objection 1 a une portée plutôt philosophique. L'objection 2 montre un problème important d'interprétation : la conception du temps de la relativité impliquerait que le temps soit déjà écrit, ce qui, on le verra est tout à fait contestable pour diverses raisons. L'objection 3 n'est qu'une variante de l'objection 2. J'ai beaucoup échangé avec un scientifique,[2] qui m'a donné avec patience beaucoup d'explications, tout en ayant une attitude très critique vis-à-vis de ma position, ce qui m'a permis de faire le tri dans mes idées et de relever progressivement les points qui me paraissaient contestables dans la théorie. Il n'est d'ailleurs pas du tout d'accord avec mes objections. Je citerai également un autre scientifique qui a à peu près le même point de désaccord. Si on regarde bien la problématique, on comprend qu'il n'est pas nécessaire d'être scientifique pour formuler ces objections car il s'agit surtout d'un problème de cohérence conceptuelle. D'ailleurs on m'a parfois reproché de m'aventurer dans un domaine qui n'était pas le mien, mais en fait j'explique exactement sur quoi repose mon raisonnement. Je crois aussi que, dans la pratique scientifique, on ne regarde plus tellement les concepts à l'origine de la théorie, ces concepts perdant alors de l'importance. C'est pour cela qu'une analyse des concepts de base est nécessaire, elle n'apparaît pas toujours de manière évidente à un praticien, qui très au fait de tous les aspects de la théorie, a tendance à analyser les choses par le seul biais du formalisme de la théorie.

 

            Einstein, dans son expérience de pensée du train, en posant comme principe la relativité de la simultanéité, n'a pas choisi la seule interprétation possible. On peut voir les choses autrement, bien que cela puisse paraître difficile du fait des résultats pratiques de la science actuelle.

 

 

Expérience de pensée du train d'Einstein :

 

            « Jusqu'à présent notre réflexion avait en vue un corps de référence particulier, que nous désignons par la « voie ferrée ». Supposons un train très long se déplaçant sur cette dernière avec une vitesse constante v dans la direction indiqué sur la figure 1. Les voyageurs de ce train auront avantage de se servir du train comme corps de référence rigide (système de coordonnées), auquel ils rapporteront tous les événements. Tout événement qui a lieu le long de la voie ferrée a aussi lieu en un point déterminé du train. La définition de la simultanéité peut aussi être formulée exactement de la même façon par rapport au train que par rapport à la voie. La question suivante se pose ainsi tout naturellement :

            Deux événements (par exemple les deux éclairs A et B), qui sont simultanés par rapport à la voie, sont-ils aussi simultanés par rapport au train ? Nous montrerons tout à l'heure que la réponse doit être négative.

            Quand nous disons que les éclairs A et B sont simultanés par rapport à la voie ferrée nous entendons par là que les rayons issus des points A et B se rencontrent au milieu M de la distance A-B située sur la voie. Mais aux événements A et B correspondent des endroits A et B dans le train. Soit M' le milieu de la droite A-B du train en marche. Ce point M' coïncide bien avec le point M à l'instant où se produisent les éclairs (vus du talus), mais il se déplace sur le dessin vers la droite avec la vitesse v. Si un observateur dans le train assis en M' n'était pas entraîné avec cette vitesse, il resterait d'une façon permanente en M et les rayons lumineux issus de A et de B l'atteindraient simultanément, c'est-à-dire que ces deux rayons se rencontreraient au point où il se trouve. Mais en réalité il court (vu du talus) vers le rayon de lumière venant de B, tandis qu'il fuit devant celui qui vient de A. Il verra, par conséquent, le rayon de lumière qui vient de B plus tôt que celui qui vient de A. Les observateurs qui se servent du train comme corps de référence doivent donc arriver à la conclusion que l'éclair B s'est produit antérieurement à l'éclair A. Nous aboutissons ainsi au résultat important suivant :

            Des événements qui sont simultanés par rapport à la voie ferrée ne sont pas simultanés par rapport au train et inversement (relativité de la simultanéité). Chaque corps de référence (système de coordonnées) a son temps propre ; une indication de temps n'a de sens que si l'on indique le corps de référence auquel elle se rapporte. »  Albert Einstein.[3]

 

            On peut sans doute dire qu'Albert Einstein arrive à cette conclusion car il pense que la vitesse de la lumière est constante quel que soit le corps de référence du fait des résultats de l'expérience de Michelson et Morley[4] (la vitesse de la lumière semblant être constante par rapport à la terre). Si la vitesse relative de la lumière est la même par rapport au train en mouvement et par rapport à la gare, la lumière devrait mettre le même temps pour rejoindre un observateur situé dans le train et un observateur situé dans la gare, si les deux observateurs étaient situés au même endroit lors de l'émission du rayon lumineux. On tient compte de la vitesse relative du rayon lumineux et pas du mouvement du train, puisque la vitesse relative du rayon lumineux serait constante par rapport au train quel que soit la vitesse du train (ce qui nous le verrons plus loin peut, à mon avis, être remis en cause). Cela veut dire que le rayon lumineux devrait arriver en même temps aux deux observateurs mais ce n'est pas le cas. Les rayons lumineux arriveront en même temps à l'observateur de la gare, alors que pour l'observateur du train, le rayon lumineux émis à l'avant du train arrivera avec un peu d'avance et le rayon lumineux émis à l'arrière du train arrivera avec un peu de retard. Einstein conclu donc que les deux rayons lumineux, ayant été émis en même temps pour l'observateur de la gare, n'ont pas été émis en même temps pour l'observateur du train.[5] Pour l'observateur du train, le rayon lumineux à l'avant du train aurait été émis avec un peu d'avance (par rapport à l'événement: les deux observateurs se croisent), alors que le rayon lumineux à l'arrière du train aurait été émis avec un peu de retard. Cela permet de tracer des lignes de simultanéité pour l'observateur de la gare et pour l'observateur du train.[6] D’où la formulation du principe de relativité de la simultanéité : deux événements simultanés pour un observateur ne seraient pas forcément simultanés pour un autre observateur. Je rappelle, qu'il s'agit ici des mêmes événements pour les deux observateurs, il n'est pas question ici de comparer les moments de réception d'un même rayon lumineux car il pourrait alors s'agir d'événements différents. Quelqu'un qui n'est pas familiarisé avec la conception de la relativité sera très surpris de cette façon d'aborder les choses, elle est en effet à première vue très étonnante, mais c'est sans doute la seule façon de maintenir la constance de la vitesse de la lumière quel que soit le corps de référence, d'où la position d'Einstein. Bien que cette conception soit universellement admise dans le monde scientifique, je signale tout de même qu'elle reste très étrange (voir objection 1). La solution d'Einstein est très intelligente, mais on peut, à mon avis, démontrer qu'elle est fausse d'un point de vue conceptuel et que c'est peut-être même un problème de logique, en ce qui concerne l'usage de certains concepts initiaux. On peut en effet montrer qu'une définition minimale du concept de temps (le passé précédant le futur) n'est pas respectée (voir plus loin). La relativité tente d'éviter soigneusement cette difficulté, par son approche de la causalité liée au cône de lumière[7]. Mais cette approche de la causalité est, d'un point de vue philosophique, insuffisante et l'on doit bien donner un sens physique aux événements même lorsqu'ils sont en dehors du cône de lumière, ne serait-ce que pour affirmer que la vitesse de la lumière est constante.[8] C'est à partir du moment où l'on donne un sens physique aux événements, situés en dehors du cône de lumière, que l'on peut formuler mes trois objections. Considérer que les événements n'ont de sens physique que dans le cône de lumière, c'est tendre à une approche purement opérationnelle[9] des concepts physiques, ce qui peut vouloir dire que la représentation de l'espace-temps de la relativité n'a qu'une valeur opérationnelle dans un certain nombre de cas mais pas dans d'autres. Je reviendrai plus tard sur cette question.

 

(Suite voir livre.............................................................................................................................................................

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[1]  de Broglie, Louis. Nouvelles perspectives en microphysique:  Champs Flammarion, (1992)  p. 142.

[2] Je voulais citer son nom, ou son pseudo, mais il m'a dit qu'il ne préférait pas.

[3] Einstein, A.,  « La théorie de la relativité restreinte et générale » pages 28-29  Gauthier-Villars.

[4] « L'expérience de Michelson-Morley est une expérience d'optique qui a tenté de démontrer l'existence de l'éther luminifère. Pour y parvenir, Albert Abraham Michelson et Edward Morley ont cherché à mettre en évidence la différence de vitesse de la lumière entre deux directions perpendiculaires et à deux périodes espacées de 6 mois, et concluent que cette différence était inférieure à ce que le dispositif permettait de mesurer (l'effet attendu étant environ 4 fois supérieur à la précision du dispositif).

En fait, il s'agit de toute une série d'expériences entre 1881 (Michelson seul) et 1887 (ensemble), date à laquelle le résultat est définitivement admis (bien que cette expérience soit régulièrement refaite à chaque fois qu'un progrès technique permet de gagner en précision, avec toujours le même résultat).

L'interprétation de ce résultat a conduit les physiciens à mettre en doute l'existence de l'éther (qui était supposé être le support matériel des vibrations d'une onde électromagnétique comme la lumière) ou tout au moins de son mouvement. Cela montrait aussi que la vitesse de la lumière était la même dans toutes les directions jusqu'au deuxième ordre en (v/c), qui était la précision de l'expérience.

C'est dans l'histoire de la physique une des plus importantes et une des plus célèbres expériences, elle valut à Michelson le prix Nobel de physique en 1907. » Contenu soumis à la licence CC-BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.fr voir annexe2)

Source : Article Expérience de Michelson-Morley de Wikipédia).

http://fr.wikipedia.org/wiki/Exp%C3%A9rience_de_Michelson-Morley

Si la lumière avait une certaine vitesse par rapport à un éther, la terre étant elle aussi nécessairement en mouvement par rapport à l'éther, car l'éther serait ce qui constitue le tissu de l'espace, la lumière ne devrait pas arriver à la même vitesse dans toutes les directions et donc la lumière ne devrait pas aller à la même vitesse dans les deux bras de l’interféromètre. Il faut tout de même noter que dans cette expérience on ne mesure pas directement une vitesse pour la lumière, mais on regarde des figures d'interférences que l'on interprète, ce qui n'est pas tout à fait la même chose. La vitesse de la lumière serait donc la même dans toutes les directions par rapport à la terre et pourquoi alors le cas de la terre serait-il différent de n'importe quel autre corps? C'est ce qui amène le monde scientifique à penser que la vitesse de la lumière est la même quel que soit le corps de référence, ce qui aboutira, au principe de relativité de la simultanéité et à la conception de l'espace-temps de la relativité (voir les diagrammes d'espace-temps de Minkowski).

 

[5] Je place un observateur afin de faciliter la compréhension, c’est une façon  de voir ce qui est impliqué par le texte d'Einstein.

[6] Ligne de simultanéité : ce qui serait simultané pour un observateur. On peut tracer la ligne de simultanéité de la gare par une horizontale et la ligne de simultanéité du train par une seconde ligne en diagonale par rapport à la première. Les distances étant représentées sur l'axe horizontal et l'axe du temps étant vertical. De plus, si la distance est en horizontale et le temps en vertical, il est facile de tracer le déplacement d'un corps. Selon la relativité, tout ce qui est sur la ligne de simultanéité de la gare (horizontale) est simultané pour la gare, tout ce qui est sur la ligne de simultanéité du train (diagonale par rapport à la première ligne de simultanéité) est simultané pour le train. La ligne de simultanéité du train va changer d'inclinaison en fonction de la vitesse du train. Si le train accélère, sa ligne de simultanéité effectue une rotation, le point central de la ligne étant déterminé par la position de l'observateur. Si on prend le point de vue du train, on représentera alors le train selon une ligne horizontale et le quai en diagonale par rapport à la première ligne de simultanéité. Le train pouvant lui aussi être considéré comme au repos, puisqu'il est en « état d'inertie » s'il n'accélère pas ou ne freine pas. Je ne considère pas les frottements et il faut aussi préciser que freiner c'est aussi pour la science accélérer dans une autre direction (c'est un point qui peut être discuté).

[7] Cône de lumière : « En physique, le cône de lumière est un objet fondamental de la relativité restreinte. C'est cet objet qui crée la distinction entre un évènement passé et un événement futur. Soit un événement e0 singularisé, tous les autres événements de l'espace-temps se divisent en trois catégories : le passé absolu et le futur absolu de e0 d'une part — ces événements se produisant à l'intérieur du cône, et l'ailleurs d'autre part — qui est constitué des autres événements. Les événements intérieurs du cône peuvent être liés causalement avec e0 ; par contre les événements situés dans l'ailleurs de e0 sont dits causalement déconnectés de e0 et ne peuvent l'influencer ou être influencés par lui. » Contenu soumis à la licence CC-BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.fr annexe2) Source : Article Cône de lumière de Wikipédia en français (http://fr.wikipedia.org/wiki/C%C3%B4ne_de_lumi%C3%A8re)..

Tous les événements qui sont séparés par un intervalle de genre espace ne sont pas « dans » le cône de lumière (voir note 10).

[8] La vitesse d'un rayon lumineux doit être constante vis-à-vis d'un référentiel inertiel (référentiel non accéléré), même s'il n'est pas situé dans le cône de lumière. Sinon comment tracer un diagramme d'espace-temps de Minkowski autrement ?

[9] Approche opérationnelle des concepts physiques : « La notion de vision du monde n'a pas très bonne presse dans la physique actuelle. En effet  l'opérationnalisme peut être considéré comme la « philosophie-maison » des scientifiques », (Fondements Conceptuels et théorie, Philippe de Bellescize, page 26). « Pour les tenants de cette philosophie, un symbole (par exemple une équation) n'a de sens physique que dans la mesure où il se rapporte à l'une des opérations humaine possibles ; il s'ensuit que la physique ne concerne pas la nature mais certaines opérations (essentiellement des mesures et des calculs) », (Bunge, 1975) page 68.