mise à jour le 24 Mars 2005

CONFÉRENCE SUR
"LA RELATIVITÉ :
GALILÉE, EINSTEIN, POINCARÉ"

Par Françoise BALIBAR,
Physicienne, Professeur émérite à
l'Université Paris VII Denis Diderot

Organisée par la SAF

À l'Institut Océanographique rue St Jacques, Paris

Le Mercredi 23 Mars 2005 à 20H30

Photos : JPM pour l'ambiance.

BREF COMPTE RENDU

Françoise Balibar (voir photo) nous surprend tout de suite dès le début de sa conférence, la relativité remonte à Galilée, Albert Einstein n'en serait pas le géniteur.

En fait ce serait une longue évolution depuis cette époque galiléenne en passant pas Newton et Poincaré.

À l'époque de Galilée, la physique n'avait pas évolué depuis Aristote, elle était enseignée dans les Universités et contrôlée par l'Église toute puissante, en effet la vison du monde devait être compatible avec les évangiles.

La physique aristotélicienne était basée sur le fait que tout corps possède "un mouvement naturel" et a une tendance à rejoindre son "lieu naturel". Chaque objet occupe un "lieu" qui lui est propre.

La physique de Galilée sur les mouvements va être une révolution : un corps pouvait être déplacé sans qu'il soit modifié comme le prétendait Aristote.

C'était aussi une révolution de langage, en effet Galilée écrivait en Italien, ce qui n'était pas courant à l'époque, où tous les textes "sérieux" étaient publiés en latin; Galilée utilisait le langage du peuple.

Il annonce un monde nouveau.

Sa façon d'annoncer ce monde nouveau est aussi originale , ce ne sera pas un livre tout bête, mais ce sera un dialogue entre trois personnages (Dialogue sur les deux grands systèmes) : un imbécile aristotélicien : Simplicio; un homme nouveau : Salviati et un troisième homme, l'honnête homme : Sagredo, il n'accepte pas tout facilement mais il est ouvert.

Ce genre de dialogue est pédagogique et permet la discussion, il se conduit sur 4 journées pendant lesquelles ces trois personnages vont procéder à des expériences de pensée comparant la qualité des deux systèmes du monde (Aristote et Copernic).

Notamment la célèbre expérience à bord d'un navire :

Dessin tiré du site de Pierre Main (http://www.astrosurf.com/cieldaunis/conf-masse/renaiss.htm )

On lance une balle du sommet d'un mat, suivant que le bateau est immobile ou en déplacement à vitesse constante, où tombe la balle?

Aristote dit qu'elle tombe en arrière du bateau, Galilée dit qu'elle tome au pied du mât dans tous les cas.

Les choses se passent de la même façon que la bateau soit fixe ou en déplacement à vitesse uniforme.

De plus un observateur à quai voit la balle décrire une trajectoire parabolique mais la balle tombe quand même au pied du mât.

Il y a aussi les papillons et les petits poissons qui se comportent à bord du bateau en mouvement ou immobile de la même façon.

Tout mouvement est RELATIF c'est la révolution galiléenne!!

Le référentiel bateau et le référentiel quai sont en translation uniforme l'un par rapport à l'autre et les lois de la nature sont les mêmes dans ces deux référentiels. C'est radicalement nouveau.

Pour Galilée tous les lieux se valent, et ceci permet d'induire que l'on ne peut pas dire par exemple si la Terre est en mouvement ou pas.

Aie Aie Aie,! L'église n'aime pas cela, car le dogme de la Terre immobile centre du monde est mis en cause.

Notre ami va avoir les problèmes que l'on sait, mais il a quand même lancé l'idée.

(Nombreux public présent écoute la suite de l'histoire.)

Newton reprend plus tard les idées de Galilée.

Il énonce plusieurs lois aussi révolutionnaires : (en quelques mots)

1^ère loi : de l'inertie

2^ème loi : F = m A m est un coefficient appelé masse inertielle (s'oppose au mouvement) par opposition à la masse gravitationnelle de la loi de gravitation.

3^ème loi : Action = Réaction

C'est la dynamique newtonienne qui fonde une nouvelle physique qui amène au principe de la relativité.

Cette nouvelle physique permet de calculer les orbites des planètes et même d'en découvrir de nouvelles (le Verrier et Neptune).

Elle aboutit aussi à la composition des vitesses.

Newton convient en fait parfaitement à notre vie de tous les jours.

Maxwell rentre en scène : il pense que la lumière se propage dans un milieu matériel baptisé éther, ce qui est une erreur, mais il pense aussi que la lumière est un champ électromagnétique, ça c'est révolutionnaire.

Il met au point ses célèbres équations dans lesquelles la vitesse de la lumière est la même dans l'éther (référentiel absolu) et dans tout autre référentiel en translation uniforme.

Contradiction : la Terre se déplace dans l'espace à une vitesse v et suivant les référentiels on devrait avoir v+c = c

Ce qui pose problème. (on sait que Michelson et Morley vont résoudre ce problème avec leur expérience)

VIENT ENFIN L'ANNÉE 1905 :

La physique était donc dans l'embarras en ce début de siècle. Lumière et matière semblaient avoir deux physiques différentes.

Il fallait rendre les équations de Maxwell invariantes dans un changement de référentiel.

Alors, Zorro-Albert est arrivé!

Henri Poincaré et Albert Einstein étaient convaincus que la lumière devait obéir au principe de relativité ; une seule physique devait prévaloir, c'est ce que pensaient aussi Hertz et Lorentz.

Le 5 Juin 1905 Poincaré communique à l'Académie des Sciences de Paris: les équations de Maxwell sont invariantes par translation de référentiels à condition que le temps ne soit pas le même dans ces deux référentiels. Le temps est donc RELATIF, le mot est lâché! Il ne s'écoule pas de la même façon suivant les référentiels.

Le 20 Juin 1905 Einstein envoie à la célèbre revue "Annalen der Physik" (la revue "Nature" de l'époque!) un article avec les mêmes idées, cet article paraîtra en Septembre.

Là commence la polémique, certains prétendent qu'Albert a eu vent de la communication de Poincaré et s'en est inspiré, mais notre oratrice nous précise que c'était impossible pour des raisons de temps, en effet il n'avait pas la possibilité de connaître cette communication et en si peu de temps bâtir son article pour la revue allemande. Donc il n'a pas copié! C'est une coïncidence extraordinaire.

En cette année 1905, éminemment fructueuse pour Einstein, il publie plusieurs articles fondateurs de la physique nouvelle, notamment :

Le mouvement brownien

E = mc2

L'effet photo électrique (pour lequel il aura le prix Nobel) : la lumière est onde ET corpuscule, adieu l'éther!

Poincaré et l'éther : lui il n'arrive pas à se passer de l'éther et il est oblige de faire des contorsions compliquées pour le contourner : il passe par un référentiel intermédiaire dans l'éther qui n'apparaît plus à la fin des calculs.

Il avait aussi une grande idée : les particules étaient des concentrations d'énergie : on n'est pas loin de E=mc2!!!

L'ANNÉE 1916 : ON GÉNÉRALISE

Cette année là, Einstein avec beaucoup de mal arrive à la théorie de la relativité générale.

Elle est générale, car Einstein veut s'affranchir des référentiels en translation , il énonce le principe d'équivalence :

L'INERTIE ET LA GRAVITATION C'EST LA MÊME CHOSE

Avec la fameuse expérience par la pensée de l'ascenseur qui tombe; on ne peut pas savoir si on est immobile ou si on tombe.

La gravitation c'est l'effet produit par une masse sur l'espace temps.

Françoise Balibar nous laisse sur notre faim, merci à elle de nous avoir promené dans le temps.

Après sa conférence elle répond aux nombreuses questions du public.

QUELQUES RÉFÉRENCES :

DES LIVRES :

Galilée Newton lus par Einstein par F Balibar (Editions PUF collection Philosophies 2001 10€) :

Ce n'est pas Einstein, mais Galilée, qui a "inventé" la relativité. Ce livre entend rendre à César ce qui est à César, c'est-à-dire montrer comment l'idée selon laquelle les papillons volètent de la même façon sur un navire, qu'il soit au port ou en mer, a donné naissance à la théorie du mouvement développée par Newton. Comment Newton fut détrôné par Einstein qui, ayant démoli une partie de l'édifice de Newton, le reconstruisit plus beau qu'avant.

De l'atome au quark de F Balibar, JM Lévy Leblond et R Lehoucq éditeur Le Pommier paraît en Avril 2005

Résumé fourni par l'éditeur :
Pour définir la matière, des Grecs à nos jours, en passant par l'âge d'or de la science arabe et le Moyen Age européen, deux conceptions se sont opposées. Pour Démocrite, la matière est faite d'atomes qui circulent dans le vide, pour Aristote, on ne peut séparer la matière de sa forme, l'ensemble, appelé «substance », excluant l'idée du vide. Après quelques épisodes importants, notamment au XVIIème siècle, le XXème siècle vient bouleverser toutes ces conceptions. L'espace-temps d'Einstein et la découverte du monde microscopique avec ses lois si particulières décrites par la mécanique quantique, remettent en cause notre appréhension du monde. Ce petit livre nous révèle les secrets de cet Univers qui nous entoure et que nous connaissons si mal.
Et sur le plan cosmologique, pourquoi les étoiles brillent-elles ? De quel feu brûlent-elles ? Quel message nous envoie leur lumière ? Lorsque Cortès demanda aux Aztèques d'où venait le fer de leurs poignards, ils lui montrèrent le ciel. Ils avaient raison : c'est bien dans les étoiles que se fabrique le fer, comme tous les autres atomes dont sont faites les choses. Ce petit livre va nous plonger dans le creuset de l'alchimie stellaire. Comment expliquer la variété et la répartition des atomes ? Quand et comment ont-ils été formés ? Le secret des secrets n'est plus la fabrication de l'or mais l'émergence de toute la matière, dans les débris des étoiles explosées. Ne sommes-nous pas tous faits de « poussières d'étoiles » ?

CD Audio sur Einstein par F Balibar. : Les physiciens Françoise Balibar et Thibault Damour nous racontent un homme, Albert Einstein, qui a façonné la physique du XXè siècle. Ses découvertes ont profondément modifié notre conception du monde et permis l’avènement de notre univers technologique (électronique, énergie nucléaire etc.). C’est aussi un savant engagé, qui a choisi d’agir en citoyen : paix en Europe, lutte contre le développement des armes nucléaires… Ses préoccupations restent d’actualité, ses théories n’ont pas, pour l’essentiel, été démenties. Il y a un avant et un après Einstein

2h30 19€

DES SITES INTERNET UTILES POUR ALLER PLUS LOIN :

Excellent texte sur Galilée par l'Université de Lille : 79 pages en format pdf :

Galilée dialogue :

Newton par Th Lombry :

Galilée Newton Einstein par Alain Bouquet de IN2P3.

TPE de Poitiers sur la relativité restreinte clair et concis

À voir aussi sur la relativité restreinte

Einstein portrait d'un rebelle par F Balibar

La dilatation du temps

La philosophie de Galilée

Expérience du bateau et de la pierre qui tombe chez Futura Sciences :

Très didactique sur la relativité par Gabrielle Bonnet :

La relativité générale par la SAF et l'IAP (aspirine nécessaire si vous êtes allergiques aux formules de math) :

Bon ciel à tous

Jean Pierre Martin www.planetastronomy.com

Membre de la SAF