Éther (physique)
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Albert Einstein
Cet article de physique fait
partie de la série relativité
Bases
histoire - théorie
Lorentz - Einstein - Mach
transformation de Lorentz
Feynman - Poincaré - Michelson
espace-temps-c - E=mc² - t
EQR
exp:Michelson et Morley
exp:pensée?-éther
jumeaux-train
relativité restreinte-générale
théorie de la relativité (Cet article traite de la théorie de la relativité à travers les âges. En physique, la notion de relativité date de Galilée. Les travaux d'Einstein en ont fait un important champ d'étude, tant théorique qu'expérimental.)
controverse historique
Techniques
cyclotron (Le cyclotron est un type d’accélérateur circulaire inventé par Ernest Orlando Lawrence en 1931. Dans un cyclotron, les particules placées dans un champ magnétique suivent une trajectoire en forme de spirale et sont...)
accélérateur de particules (Les accélérateurs de particules sont des instruments qui utilisent des champs électriques et/ou magnétiques pour amener des particules chargées électriquement à des vitesses élevées. En d'autres termes,...)
Méta
article
Liens physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et...)
Formulaire

En physique, le terme d'éther a recouvert plusieurs notions différentes selon les époques.

L'éther dans l'Antiquité

À l'origine, Éther est un dieu primordial de la mythologie grecque, personnifiant les parties supérieures du ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.), ainsi que sa brillance (cela nous est resté au travers de la langue poétique classique, où l'on parle d'éther pour un ciel pur).

Se basant sur le principe dictant que la Nature a horreur du vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.), Aristote (Aristote (en grec ancien Ἀριστοτέλης / Aristotélês) est un philosophe grec né à Stagire (actuelle Stavros) en Macédoine (d’où le...) emploie le terme d'éther pour désigner un supposé cinquième élément, composant la sphère céleste (La sphère céleste est une sphère imaginaire de rayons quelconques et dont le centre est occupé par la Terre. Ce concept astronomique, hérité de l'antiquité, permet de représenter tous les astres tel qu'on les voit...), par opposition aux quatre éléments (Dans le cadre de la philosophie naturelle, la théorie des quatre Éléments est une façon traditionnelle de décrire et d'analyser le monde.) terrestres classiques (eau, feu (Le feu est la production d'une flamme par une réaction chimique exothermique d'oxydation appelée combustion.), air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les cabines des avions et autres...), terre).

Cette vision ambiguë de l'éther comme " matière incarnant le vide " connut un succès qui s'étendit bien au-delà de l'Antiquité. On en discute encore au XVIIIe siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la durée d'une génération humaine et...) en dépassant largement le cadre de l'optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) et l'électromagnétisme (L'électromagnétisme est une branche de la physique qui fournit un cadre très général d'étude des phénomènes électriques et magnétiques dans leur synthèse du champ électromagnétique : le champ...) sous des formes plus ou moins adaptées : les métaphysiciens notamment s'en emparèrent, mais aussi les alchimistes et les magiciens.

L'éther en physique pré-relativiste

Pendant très longtemps, les physiciens, dont Christian Huygens, ont supposé que, comme le son dans l'air ou les ondes à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa...) d'un milieu liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.), la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement liée...) se propageait dans un fluide : l'éther. L'éther était censé remplir l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.), puisque la lumière des étoiles nous parvient. Il n'était pas nécessaire dans la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur...) corpusculaire de la lumière de Newton, mais celle-ci fut réfutée par Fresnel.

Partisan de la théorie vibratoire de la lumière, Thomas Young adopta ce point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.), et Lord Kelvin (Le kelvin (symbole K, du nom de Lord Kelvin) est l'unité SI de température thermodynamique. Par convention, les noms d'unité sont des noms communs et s'écrivent en minuscule...) (William Thomson) étendit les propriétés à la transmission des phénomènes électriques et magnétiques. Cette idée fut reprise en 1861 par James Clerk Maxwell lors de sa théorie qui synthétise électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de...) et ondes magnétiques, l'électromagnétisme.

L'interprétation de Fresnel de la célérité (La célérité (traditionnellement notée c) est la vitesse de propagation d'un phénomène ondulatoire. Elle varie selon les composantes fréquentielles de l'onde et son milieu...) c/n dans un milieu matériel va dans ce sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par...): l'onde plane (L'onde plane est un concept issu de la physique de la propagation des ondes. C'est une onde dont les fronts d'onde sont des plans infinis, tous perpendiculaires à une...) incidente trouble le milieu qui réemet à son tour, etc. L'Éther est donc nécessaire comme " substance " support de l'ondulation, car l'ondulation du vide n'est pas envisagée à l'époque.

Mais ce fluide avait des propriétés étranges : il aurait dû être d'une rigidité quasi infinie pour nous transmettre la lumière d'étoiles situées à plusieurs années-lumière, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en offrant une résistance nulle au déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la valeur, et...) des objets matériels (puisque la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive...) tourne autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis,...) du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une...) sans en être ralentie). On fera en fin de compte l'économie de ce concept qui n'apportait pas grand-chose (voir rasoir d'Occam).

Pour Fresnel, l'Éther est immobile dans le vide de l'Espace Absolu : l'aberration de Bradley s'explique aisément. Pour le vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont lieu sur Neptune et sur Saturne. Il est essentiel à tous les phénomènes...) d'Arago, sa théorie élimine le vent d'éther, après un calcul somptueux ("tour de force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf....)"), appelé : entraînement partiel (Le mot partiel peut être employé comme :) de l'Éther (le fameux facteur (1-1/n^2)) par la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...) en mouvement.

Pour Stokes, l'Éther est immobile par rapport à la matière, donc à la Terre (donc pas de vent d'Arago !) Le problème du vent est rapporté au monde (Le mot monde peut désigner :) loin de la Terre : en prenant un fluide sans rotationnel, le mouvement de la Terre dans ce fluide est estompé : c'est le classique problème d'hydrodynamique qu'a précisément traité Stokes : à la limite des très faibles viscosités, on ne voit rien et l'aberration stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90 espèces...) s'explique donc.

1850 : expérience de Fizeau (Hippolyte, 1819-1896) : de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) en mouvement de vitesse (On distingue :) v sur un bras de l'interféromètre et -v sur l'autre bras. Confirmation éclatante de la théorie de Fresnel, avec un problème subtil à résoudre pour la dispersion (La dispersion, en mécanique ondulatoire, est le phénomène affectant une onde dans un milieu dispersif, c'est-à-dire dans lequel les différentes fréquences constituant l'onde ne se...) ( n(λ. En Angleterre (L’Angleterre (England en anglais) est l'une des quatre nations constitutives du Royaume-Uni. Elle est de loin la plus peuplée, avec 50 763 000...), on " boude " cette expérience.

1855-1865 : célèbres travaux de Maxwell (1831-1879) : équations de Maxwell (Les équations de Maxwell, aussi appelées équations de Maxwell-Lorentz, sont des lois fondamentales de la physique. Elles constituent les postulats de base de...), rerédigées par Hertz (Le hertz (symbole : Hz) est l’unité dérivée de fréquence du système international (SI). Elle est équivalente à une oscillation par seconde (s-1 ou 1⁄s).) plus tard, écartant les théories de Weber, de Riemann (Bernhard, 1826-1866) et de Lorenz (pas Lorentz, attention.) Mise en chantier de la théorie d'Helmholtz, qu'Hertz doit " démontrer expérimentalement ", mais Hertz courageusement dira : Maxwell suffit !

1881 : Expérience de Michelson (1852-1931, nobel 1907), reprise en 1887.

1886 : Michelson refait l'expérience de Fizeau et confirme Fizeau.

1887 : Michelson reprend avec Morley sa célèbre expérience de Michelson-Morley : confirme Stokes.

L'idée que la lumière devait avoir une vitesse fixe par rapport à son milieu porteur, l'éther, a amené Albert Michelson à tenter de mesurer la vitesse de la terre par rapport à l'éther, imaginé comme le repère absolu.

  • Une première expérience tentée en 1881 ne put mesurer de déplacement de la terre par rapport à l'éther.
  • Une seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité...), à laquelle s'associa Edward Morley en 1887 avec un appareillage beaucoup plus précis, fut également négative (voir Expérience de Michelson-Morley).

Michelson pose donc le paradoxe (Un paradoxe est une proposition qui contient ou semble contenir une contradiction logique, ou un raisonnement qui, bien que sans faille apparente, aboutit à une absurdité, ou...) des 2 Éthers : en aucun cas, à cette époque, il n'est question de propagation dans le vide ! Bien au contraire, on va rechercher les propriétés de cet Éther universel. Par exemple, après la découverte des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la...) rares par Ramsey (William, 1852-1916, nobel 1904), Mendéleiev (1834-1907) cherche les propriétés chimiques de l'Éther.

L'éther s'efface devant la Théorie de la Relativité

Il fut donc démontré que l'éther n'existe pas, en même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) que la constance de la vitesse de la lumière (La vitesse de la lumière dans le vide, notée c (pour « célérité », la lumière se manifestant macroscopiquement comme un phénomène ondulatoire), est une constante physique, et donc...).

En effet, si l'éther existe :

  • Ou bien il est indépendant de la matière et, dans ce cas, il constitue un référentiel fixe, absolu : la relativité est inutile et on doit observer une variation de la vitesse de la lumière selon la direction (en raison de notre propre déplacement dans l'espace, par rapport à l'éther) ;
  • Ou bien il est au moins partiellement dépendant de la matière (de sorte que la matière entraîne l'éther dans son mouvement) et, on doit là encore observer des phénomènes optiques (comparables à ceux qu'on observe dans une eau tourbillonante), phénomènes en fait absents.

Parmi les physiciens qui tentèrent d'expliquer cette apparente vitesse absolue (L'absolue est un extrait obtenu à partir d’une concrète ou d’un résinoïde par extraction à l’éthanol à température ambiante ou plus...) de la lumière (même si le référentiel est lui-même en mouvement par rapport à l'éther), Hendrik Lorentz imagina un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut...) d'équations pour prouver que cela était dû à une contraction des longueurs dans le sens du mouvement. Celles-ci, retravaillées par Henri Poincaré (Henri Poincaré (29 avril 1854 à Nancy, France - 17 juillet 1912 à Paris) est un mathématicien, un physicien et un philosophe français. Théoricien de...) et reconsidérées par Albert Einstein (Albert Einstein (né le 14 mars 1879 à Ulm, Wurtemberg, et mort le 18 avril 1955 à Princeton, New Jersey) est un physicien qui fut successivement allemand, puis apatride (1896), suisse (1901),...), aboutirent en 1905 à la théorie de la relativité restreinte (On nomme relativité restreinte une première version de la théorie de la relativité, émise en 1905 par Albert Einstein, qui ne considérait pas la question des accélérations d'un...).

Poincaré disait: ”Peu nous importe que l'éther existe réellement, c'est l'affaire des métaphysiciens ; l'essentiel pour nous c'est que tout se passe comme s'il existait et que cette hypothèse est commode pour l'explication des phénomènes. Après tout, avons-nous d'autre raison de croire à l'existence des objets matériels. Ce n'est là aussi qu'une hypothèse commode ; seulement elle ne cessera jamais de l'être, tandis qu'un jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent...) viendra sans doute ou l'éther sera rejeté comme inutile.”[1]

Cette dernière phrase fut prophétique: dans la relativité restreinte dotée du sens physique que lui donne Einstein, l'Ether est une hypothèse inutile et même encombrante; par conséquent, cette hypothèse est définitivement abandonnée.

L'éther après 1905

Le temps de réception de la Relativité Restreinte est long : surtout les conséquences aussi absurdes que le paradoxe des jumeaux (Le paradoxe des jumeaux est une expérience de pensée en relativité restreinte imaginée par Paul Langevin en 1911. Langevin n'imagina pas cette expérience pour mettre en défaut la relativité...) de Langevin, la dilatation (La dilatation est l'expansion du volume d'un corps occasionné par son réchauffement, généralement imperceptible. Dans le cas d'un gaz, il y a dilatation à...) du temps, la contraction des longueurs, la précession (La précession est le nom donné au changement graduel d'orientation de l'axe de rotation d'un objet ou, de façon plus générale, d'un vecteur sous l'action de l'environnement, par exemple, dans le cas de l'axe de rotation d'un objet,...) de Thomas, tout ce qui contre-carrait la notion de temps absolu, faisaient obstacle. Dans les années 1920, Gamow a été écœuré de voir que les plus grands physiciens soviétiques croyaient encore à l'éther.

Bref, il y a réticence. Et des dizaines de contradicteurs et d'Einstein encombrent la littérature scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les...), alors que des dizaines d'accélérateurs ont délimité la précision de la RR, au-delà des étalons primaires.

Et surtout, la relativité générale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale qui étend le principe de relativité aux référentiels non-inertiels, est une...) en déformant " la texture de l'espace " en une géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le XVIIIe siècle, les figures d'autres...) riemannienne, a fait disparaître définitivement l'éther du XIXe siècle.

Enfin, bizarrerie du XXIe siècle, les nouvelles propriétés découvertes concernant le vide (énergie du vide, énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) sombre) rappellent les propriétés mystérieuses de l'éther. Mais les physiciens soulignent bien qu'il ne s'agit pas de revenir aux hypothèses d'avant Einstein. Il règne néanmoins une certaine incompréhension sur ce sujet, qui devient de fait une porte ouverte à la pseudo-science.

Si la physique n'a plus besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois...) de l'éther, le mot et l'idée sont maintenant employés en heroic fantasy. L'éther est donc souvent décrit comme le milieu de transmission de la magie.

Notes

  1. La Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir...) et l'hypothèse - Chapitre 12, (lien)

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