La course de la terre dans l'éther

Ken Tapping, 23 septembre 2015

Dans le ciel cette semaine…

  • Saturne frôle l’horizon au sud-ouest, en soirée.
  • Vénus et Mars brillent bas dans le ciel, à l’est, peu avant l’aube, tandis que Jupiter, qui n’est guère plus haut, se perd dans l’éblouissement du Soleil renaissant.
  • La lune sera pleine – et connaîtra une éclipse – le 27.

Si vous avez déjà voyagé en avion, peut-être aurez-vous noté la présence de deux ou de plusieurs petits tubes ouverts à l’avant, sur le nez de la plupart des appareils de ligne. On dirait des sarbacanes. Ce sont des sondes Pitot et l’on s’en sert pour mesurer la vitesse de l’appareil, c’est-à-dire celle à laquelle il se déplace dans l’air. En 1887, Albert Michelson et Edward Morley entreprirent de calculer la vitesse de la Terre dans l’éther, à savoir la rapidité avec laquelle notre planète traverse l’espace.

L’espace est presque vide et, pendant longtemps, les savants se demandèrent comment la lumière parvenait à le traverser. Sachant que le son est supporté par l’air et les vagues par l’eau, quel support la lumière utilisait-elle pour se propager dans l’espace? Faute de matériau convenable permettant de répondre à cette question, l’idée naquit que l’univers était rempli d’éther, une substance indétectable, mais agitée de vibrations, qui transportait les ondes lumineuses. Michelson et Morley se mirent donc en tête de mesurer la course de la Terre dans l’éther.

Notre planète tourne autour du Soleil à une vitesse d’environ 110 000 kilomètres à l’heure. Lorsque l’on regarde une étoile située directement face à la Terre, la lumière qu’elle émet devrait nous atteindre à la vitesse à laquelle la lumière traverse l’éther additionnée de celle à laquelle la Terre se déplace dans le sens opposé. Quand on examine une étoile située derrière, la lumière émise par celle-ci devrait approcher à la vitesse à laquelle la lumière traverse l’éther moins 110 000 km/h. Si le système solaire et la galaxie se déplacent eux aussi dans l’éther, on devrait relever d’autres écarts de vitesse selon la direction dans laquelle porte le regard. Michelson et Morley voulurent établir de combien la vitesse de la lumière variait selon la direction dans laquelle était orienté leur laboratoire. Le résultat obtenu fit sensation et rendit leur expérience célèbre : de variation, il n’y avait pas! Rien ne différenciait les mesures, peu importe la direction dans laquelle on regardait. On estimait qu’il était très peu probable que l’éther se déplaçait avec la Terre. Cela aurait fait de notre planète un cas très particulier. L’autre possibilité était qu’il n’y avait pas d’éther, que cette mystérieuse substance n’existait pas. On possédait pourtant déjà un élément d’explication. En effet, en 1865, James Clerk Maxwell avait montré que les ondes électromagnétiques comme la lumière ou les ondes radio n’ont besoin d’aucun support pour se déplacer. L’éther était donc redondant.

Un problème demeurait toutefois irrésolu. Lorsque l’on jette un cœur de pomme par la fenêtre d’une voiture roulant à 80 km/h et que l’objet heurte le parebrise d’une automobile arrivant en sens inverse à la même vitesse, le cœur de pomme frappera la vitre à une vitesse relative de 160 km/h, une des nombreuses raisons pour lesquelles je vous conjure de ne pas tenter l’expérience. Par conséquent, si rien ne transporte la lumière, la vitesse de celle-ci devrait varier en fonction de la vitesse et de la direction de l’objet qui l’émet, ainsi que de la vitesse et de la direction du laboratoire qui la capte. Pourtant, ainsi que Michelson et Morley le constatèrent, tel n’est pas le cas. La vitesse de la lumière est immuable, peu importe la façon dont la source lumineuse ou le laboratoire se déplacent.

Albert Einstein expliqua ce paradoxe en proposant qu'en réalité, l’espace et le temps n'étaient pas absolus. On ne les perçoit pas de la même manière partout dans l’univers. Chacun a sa propre perception du temps et de l’espace, selon les conditions qui l’entourent et la façon dont il se déplace. Cette distorsion de l’espace et du temps fait en sorte que tous les observateurs, peu importe l’endroit où ils se trouvent dans l’univers, ont l’impression que la lumière voyage toujours à la même vitesse. Personne n’est unique. Et plus on réalise d’expériences sur la Terre ou dans l’espace, plus les résultats semblent donner raison à Einstein.

Le 22 septembre, le Soleil traversera l’équateur dans sa course vers le sud. Il se lèvera exactement à l’est, se couchera précisément à l’ouest, et la nuit sera aussi longue que le jour : 12 heures. C’est ce que l’on appelle l’équinoxe d’automne.

Ken Tapping est astronome à l'Observatoire de radio-astrophysique du Conseil national de recherches du Canada, à Penticton (C.-B.) V2A 6J9.

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