Partager la publication "Une étude critique de la relativité"
Par Christian Bizouard
Résumé : Depuis un siècle, la théorie de la relativité n’a cessé de rendre perplexes ceux qui estiment que l’homme a vocation à comprendre de quelque manière ce qu’il connaît. Un physicien italien, Roberto Monti, a proposé un examen critique de deux postulats essentiels de la relativité restreinte : la conductivité nulle du « vide », la constance de la vitesse apparente de la lumière quelle que soit la vitesse de l’observateur. En abandonnant ces postulats, contraires au sens commun, il parvient à expliquer le décalage vers le rouge des galaxies sans l’hypothétique expansion de l’univers ni le Big-Bang. L’auteur de cette recension, astronome, expose ici les grandes lignes suivies par R. Monti dans sa démarche.
Bien que la théorie de la relativité définisse le cadre de travail des physiciens et astronomes contemporains, elle fait l’objet d’un certain nombre de critiques et d’objections. Certains savants lui reprochent de compliquer inutilement l’interprétation des phénomènes naturels, d’autres remarquent que telle expérience semble, sinon la contredire, en tout cas échapper à ses prédictions. Mais toutes ces « attaques » sont trop particulières et désordonnées pour remettre en cause l’édifice relativiste. Cependant, dans ce concert cacophonique, une étude nous a paru remarquable par ses hauteurs de vue, sa clarté et sa simplicité : c’est celle du physicien italien Roberto A. Monti, publiée dans le journal canadien « Physics Essays » sous le titre « Theory of Relativity : a Critical Analysis« 1. Aussi nous a-t-il semblé utile d’en faire une brève recension pour les lecteurs du CEP.
Cette étude concerne essentiellement la théorie de la relativité restreinte, dans laquelle on écarte la gravitation et où l’on s’intéresse à la description des phénomènes physiques dans des référentiels idéaux, dits galiléens, en mouvement rectiligne uniforme les uns par rapport aux autres.
Monti discerne dans les postulats de cette théorie deux points clefs, qui sont aussi ses maillons faibles :
(1a) Dans l’équation des ondes électromagnétiques, le terme de dissipation induit par la conductivité du milieu dans lequel elles se propagent (le vide pour les uns, l’éther pour les autres), est nul.
(2a) La célérité des ondes électromagnétiques, c’est-à-dire leur vitesse par rapport au milieu de propagation, est confondue avec la vitesse de ces ondes dans le référentiel de l’observateur (vitesse « cinématique »).
Notons que la célérité ou vitesse « électromagnétique » est conditionnée par les propriétés du milieu de propagation et est exprimée en fonction de sa perméabilité magnétique µ0 et de sa constante diélectrique e0 selon c0 = 1/Öµ0e0
Les points (1a) et (1b) sont contenus implicitement dans les deux postulats de la relativité, à savoir :
(1b) Les équations de Maxwell – qui décrivent le comportement du champ électromagnétique en fonction de la distribution spatiale des charges et courants électriques – gardent la même forme dans tous les systèmes de référence galiléens.
Comme le terme de dissipation dans l’équation d’onde, introduit par Maxwell, ne respecte pas cette condition, il est donc considéré comme nul, autrement dit il est supposé que l’éther ou le vide n’est pas conducteur (hypothèse (1a)).
(2b) Soient deux points A et B liés rigidement, le temps que met la lumière pour aller de A à B est le même que celui qu’elle prend pour effectuer le trajet inverse, quel que soit le mouvement du segment AB. Autrement dit la vitesse de la lumière est la même dans tous les référentiels.
On retrouve ici le point (2a) : confusion entre la célérité de la lumière dans son milieu, défini par la quantité c0 = 1/Öµ0e0, etla vitesse de la lumière c par rapport à l’observateur, qui présente éventuellement un mouvement par rapport au milieu de propagation. Cela revient à rejeter la notion même de milieu de propagation ou d’éther, donc de célérité de l’onde. Cependant les relativistes n’hésitent pas à écrire c= c0 = 1/Öµ0e0.
Monti prend le contre-pied de l’hypothèse (1a).
Après avoir remarqué qu’il n’est en rien établi que le vide ait une conductivité nulle, et que certains résultats expérimentaux de la fin du XIXème siècle semblent même indiquer le contraire, il analyse les conséquences cosmologiques d’un milieu conducteur. Il est aisé de montrer qu’un tel milieu produit un décalage des raies spectrales des galaxies vers le rouge. L’hypothèse conventionnelle d’un effet Doppler causé par l’éloignement des galaxies n’est donc plus exclusive.
La théorie de l’expansion de l’univers, qui s’appuie sur cette hypothèse, doit être remise en cause par la même occasion. En outre la présence d’un milieu dissipatif confère aux galaxies et aux quasars des magnitudes absolues raisonnables, contrairement à la théorie de l’expansion de l’univers.
Dans la seconde partie, Monti met en cause l’hypothèse selon laquelle il n’y a pas lieu de distinguer la vitesse électromagnétique de la lumière de sa vitesse mesurée dans un référentiel donné (hypothèse 2b). La vitesse électromagnétique c0 = 1/Öµ0e0 – mesurée pour la dernière fois au début du siècle – présente une valeur différente de celle des déterminations cinématiques. Cependant les bornes d’erreurs de ces déterminations sont trop grandes pour conclure que c et c0 sont différentes, et c’est pourquoi il faudrait procéder à de nouvelles mesures de c0.
Selon nos conceptions classiques de l’espace et du temps, la différence entre c et c0 est produite par le mouvement de l’observateur dans le milieu électromagnétique ou éther. Il existe des dispositif variés pour détecter cette différence si elle existe. Cependant on peut les réduire à deux grandes classes. Soient deux points A et B fixes dans le référentiel de l’observateur ; considérons le temps tA->B que met un faisceau de lumière pour parcourir le segment [AB] de A vers B, et tB->A, le temps nécessaire pour faire le chemin inverse. Dans le premier type de dispositif, on s’attache à déceler l’effet du mouvement du segment [AB] dans la durée du trajet aller-retour d’un faisceau de lumière entre A et B, c’est-à-dire Dt = tA->B + tB->A . Il est aisé de montrer que l’effet de la vitesse v de [AB] sur Dt est 2L/c0(v/c0)2 , où L est la longueur [AB]. Dans le second type de dispositif, on cherche à détecter la vitesse dans la différence tA->B – tB->A en utilisant deux faisceaux parcourant [AB] en sens inverse. Cette différence vaut précisément 2L/c0(v/c0).
L’interféromètre de Michelson illustre au mieux le premier type d’appareils. Il n’a jamais pu donner le résultat escompté (30 km/s pour la vitesse orbitale de la Terre, 200 km/s pour son mouvement dans la galaxie), tout au plus 10km/s (expérience de Miller, 1921-1925).
D’après Monti l’effet de la vitesse de la Terre serait inhibé par l’apparition d’ondes stationnaires dans les bras de l’interféromètre. Kennedy et Thorndike (1939) ont tenté de pallier ce problème en prenant des bras de longueur différente, et en faisant en sorte que la surface délimitée par le parcours du faisceau soit non-nulle. Ils ont observé une variation diurne de la vitesse de la lumière.
Les seconds dispositifs sont surtout représentés par les interféromètres de type Sagnac. Il faut remarquer que la durée en jeu, 2L/c0(v/c0), est beaucoup plus grande que celle qui intervient dans l’appareillage de Michelson (2L/c0(v/c0)2 et par conséquent plus facile à déceler. Dès 1913, Sagnac montrait que la rotation de son interféromètre provoquait un déplacement des franges d’interférences, fonction de la vitesse de rotation. En 1925 Michelson et Gale construisirent au sol un interféromètre géant de ce type. L’observation des franges d’interférences révéla l’effet de la rotation diurne. L’interprétation la plus simple s’obtient en posant l’existence de l’éther, avec la Terre tournant en 23h56 minutes par rapport à celui-ci.
D’autres résultats expérimentaux, moins connus, montrent que la vitesse cinématique de la lumière varie dans le référentiel terrestre selon sa vitesse diurne, orbitale ou cosmique (détermination radar de la vitesse de la lumière entre la Terre et Vénus par Wallace (1967) et Tolchel’nikova (1991), expériences de Marinov de 1979 à 1986).
En conclusion, différents tests expérimentaux semblent réfuter les deux postulats de la théorie de la relativité restreinte d’Einstein, et cette théorie physique aurait donc une validité expérimentale limitée. L’hypothèse de l’éther conducteur offre une alternative prometteuse pour interpréter les phénomènes électromagnétiques de la Terre aux confins du cosmos.
1 Physics Essays, Volume 9, Number 2, p.238-260 (1996).