L'Expérience de Michelson-Morley

      En 1887 à la Case School of Applied Science de Cleveland, dans l'Ohio, les Américains Albert Michelson (1852-1931) et Edward Morley tentent de déterminer la vitesse de la Terre par rapport à l'éther, fluide (hypothétique) immobile universel dans lequel les ondes lumineuses sont censées se propager.

Pour cela, Michelson fabrique un interféromètre stellaire, c'est à dire un appareil muni d'une source et d'un récepteur de lumière entre lesquels on interpose un système de miroirs et de plaques. Le principe utilise le phénomène d'interférence des ondes lumineuses, le but est de mesurer très précisément les longueurs d'onde de la lumière.

      Un rayons de lumière est divisé en deux, l'un prend la direction du mouvement terrestre, l'autre suit un chemin optique perpendiculaire, nos rayons sont finalement combinés pour former des franges d'interférences, alternance de bandes sombres et de bandes claires.

     Si la Terre se déplaçait effectivement par rapport à l'éther, les deux rayons lumineux ne devraient pas avoir la même vitesse, les franges devraient subir un léger décalage.


Résultat constaté:
Les franges d'interférences se superposent parfaitement. Ainsi, la vitesse de la lumière reste la même dans toutes les directions. Michelson et Morley en conclurent que la vitesse de la Terre dans l'éther était nulle. Einstein en déduira autre chose..

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Albert Einstein..   ..et 1905

     Albert Einstein naquît en 1879 à Ulm, en Allemagne. Son père et son oncle fondèrent l'année suivante à Munich une petite entreprise d'électrochimie, affaire qui fit faillite en 1894. Le petit Albert fait déjà preuve d'une grande curiosité et s'intéresse aux mathématiques et à la géométrie euclidienne.

      En 1896, il est admis à l'Ecole polytechnique fédérale de Zurich où il suivit les cours de H. Minkowski, grand prix de l'Académie des sciences pour son mémoire sur les formes quadratiques en 1882. Il obtint son diplôme en 1900, mais aucun de ses profs ne lui proposa de devenir son assistant, 1ère étape de toute carrière universitaire, son esprit critique dérangeant autant que son rejet de l'autorité. En 1902, il entra comme ingénieur au Bureau des inventions techniques de Berne.

     En 1905, alors âgé de 26 ans, il obtient son doctorat à l’université de Zurich (Suisse) pour une thèse théorique sur les dimensions des molécules. Il publie également cette année là dans la revue scientifique allemande Annalen der Physik quatre autres articles de physique théoriques qui marqueront le XXème siècle:

- Sur un point de vue heuristique concernant la production et la transformation de la lumière (sujet sur l'effet photoélectrique, il applique la notion des quanta d'énergie de Mr Planck à la lumière et est à l'origine du concept du photon et de la mécanique ondulatoire de L. de Broglie ; Einstein en recevra le prix Nobel en 1921.)

- Sur le mouvement brownien (il établit la théorie statique, c'est à dire le mouvement aléatoire de particules en suspension dans un fluide. Faisant appel aux probabilités, Einstein y formule une description mathématique du phénomène.)

- Sur l’électrodynamique des corps en mouvement     ..et..

- L’inertie d’un corps dépend-elle de son contenu en énergie ? (théorie de la relativité restreinte, en 2 textes très brefs..)

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Théorie de la Relativité Restreinte

      Dans ses 2 derniers article, Einstein expose la théorie fondamentale de la relativité restreinte. Il postule que les lois de la Nature doivent être les mêmes pour tous les observateurs se mouvant librement, et que ceux-ci devaient tous mesurer une vitesse de la lumière identique, quelle que fût leur propre vitesse de déplacement, la vitesse de la lumière (ou célérité = c) étant constante et indépendante de tout mouvement, ce qui explique de manière cohérente le résultat de l'expérience de Michelson-Morley.

      Ainsi, toutes les lois de la physique sont similaires dans tous les repères inertiels, les caractéristiques du Temps et de l'Espace (Continuum) n'étant pas absolues mais dépendant de l'observateur. La relativité restreinte implique les notions de contraction des longueurs et la dilatation du Temps. Einstein y expose aussi la notion nouvelle d’équivalence entre masse (= m) et énergie (= E), introduisant la célèbre formule:

E = mc²

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Théorie de la Relativité Générale

      En 1915, Einstein accoucha sa théorie de la "relativité générale" dans laquelle il étendit les principes de la "relativité restreinte" aux systèmes accélérés dans une théorie générale sur la Gravitation.

     En effet, revisitant le fameux constat de Newton, qui remarqua un jour qu'une pomme tombant d'un arbre subissait une accélération, Einstein adopta une nouvelle approche du concept de gravité, fondée sur le principe de l'équivalence. D'après ce principe, les forces de gravitation sont en tout point équivalentes aux forces d'accélération, l'accélération étant la variation de la vitesse au cours du temps (en mètres par seconde au carré). Il affirme ainsi que, dans une expérience, il est théoriquement impossible de différencier les deux types de forces.

      Considérons un astronaute debout dans une fusée avant son décollage. En raison de la gravité, l'astronaute est maintenu debout par une force équivalente à son poids p.

     Considérons la même fusée dans l'espace interplanétaire, loin de tout corps et ne subissant aucune gravité. Lorsque la fusée accélère, l'astronaute subit à nouveau la poussée qui le maintient debout. Si l'accélération est de 9,8 m/s² (accélération de la pesanteur à la surface de la Terre), la poussée qui s'exerce sur l'astronaute est égale à p, poids de l'astronaute.

     S'il ne regarde pas à travers un hublot, l'astronaute ne sait pas si la fusée est au repos sur la Terre ou en accélération constante dans l'espace interplanétaire.

La force due à l'accélération ne peut donc pas être distinguée de la force de gravitation.

     Revenons sur Terre, Einstein déclare que ce phénomène d'attraction gravitationnelle, la pesanteur, est quand même dû à une accélération de la fusée. Certes, dans l'espace tridimensionnel, la fusée est stationnaire, elle n'est donc pas accélérée, mais dans un espace-temps à quatre dimensions, la fusée est en mouvement suivant sa ligne universelle.

     La courbure du continuum à proximité de la Terre implique une courbure de la ligne universelle de la fusée, ce qui explique son mouvement relativiste. La loi de la gravitation d'Einstein affirme alors simplement que la ligne universelle de chaque corps est une géodésique dans le continuum. Une géodésique est aussi le «chemin» le plus court entre deux points.