L'éther et la révolution de l'électromagnétisme

Depuis Galilée (1564-1642), notre perception du monde qui nous entoure était gouvernée par les lois de relativité dites «classiques». Mais une découverte a établi les fondements de ce qui a mené, plus tard, à la relativité restreinte d'Einstein.

On pense principalement à l'apparition de la théorie de l'électromagnétisme de Maxwell-Lorentz. Celle-ci a mené à une nouvelle compréhension des ondes électromagnétiques comme la lumière, ce qui est fondamental, puisque, comme on pourra voir plus loin, la lumière est à la base même de la relativité. Ainsi, cette nouvelle théorie a mené à plusieurs expériences, dont on retient celles de Fiseau et de Michelson-Morley (les deux équipes ayant découvert à peu près en même temps le phénomène). Leur expérience, assez spéciale, visait à démontrer la présence de l'éther, cette substance que les physiciens ont imaginé pour expliquer la propagation de la lumière. Ainsi, selon eux, comme le son est une onde qui se propage dans l'eau et l'air, la lumière est aussi une onde, mais dans quoi se propage-t-elle? Elle passe du Soleil à la Terre, donc par l'espace... donc ils ont supposé l'existence d'un éther, une sorte de substance invisible qui engloberait tout l'univers. Pourquoi pas. Bref, leurs expériences ont plutôt montré, à leur grand étonnement, que cet éther n'existait pas.

Enfin, ces deux expériences ont démontré un phénomène plutôt bizarre: la vitesse de la lumière semble toujours la même, peu importe comment on tente de la forcer à aller plus vite ou plus lentement. Plusieurs scientifiques, perplexes, ont alors tenté de trouver l'erreur dans l'expérience, mais en vain. Le problème est qu'une vitesse constante, absolue, gêne beaucoup; en fait, cette conclusion mène directement à une contradiction de la théorie de la relativité utilisée à l'époque.

Les physiciens se trouvèrent alors devant les deux éventualités suivantes :

Soit les lois de la physique ne sont pas les mêmes d’un référentiel galiléen à un autre, et il devient très gênant de constater que ce qui a été vérifié de nombreuses fois pour le domaine si vaste de la mécanique n’est plus vrai pour les phénomènes électromagnétiques, et donc la physique en général. En d'autres termes, cela revient à dire que les ondes mécaniques (e.g. le son) se comportent de façon radicalement différentes des ondes électromagnétiques (e.g. la lumière).

Soit la mesure du temps dépend du référentiel dans le quel elle est faite. Mais c’est une hypothèse extrêmement audacieuse, car elle attaque « nos convictions profondes ». En effet, cela revient à dire que parce qu’une personne est en mouvement et seulement pour cela, elle rajeunirait (ou vieillirait) par rapport à une personne à l’arrêt.

La deuxième hypothèse paraît bizarre en effet. Pourtant, c'est bien la bonne. On peut voir maintenant l'immense gouffre qui séparait les scientifiques du début du siècle d'Einstein, dont les idées ne seront vraiment acceptées qu'après la première guerre mondiale, lorsque des physiciens britanniques profiteront d'une éclipse de Soleil pour vérifier un phénomène prédit avec précision par Einstein.