La paternité de la théorie de la relativité, englobant la relativité restreinte, la relativité générale, et l'équation E=mc², a été un sujet de débat passionné et parfois polémique. Bien qu'Albert Einstein soit largement reconnu pour ces avancées, il est crucial de reconnaître les contributions significatives d'autres scientifiques de l'époque. Comprendre le rôle de chacun dans le développement de ces théories est une question complexe d'histoire des sciences.
Avant Einstein : Les Précurseurs
L’idée de relativité s’est forgée au cours des siècles par un développement qui a soulevé de nombreux débats sur la nature des phénomènes. Avant le XXe siècle, l’espace et le temps sont les acteurs majeurs du principe de relativité. La première notion clé est le mouvement des objets. Aristote considère le mouvement comme absolu, ce qui entraine l’existence d’un observateur privilégié. Au Moyen Âge, les savants essayent de rattacher le caractère absolu de l’immobilité et du mouvement à un contexte expérimental. Le concept de relativité est toutefois véritablement découvert par Galilée (1564−1642), lui-même tenant …
À partir de 1895, Lorentz et Poincaré ont cherché à résoudre les contradictions posées par les échecs successifs de la mise en évidence du mouvement de la Terre dans l’éther. En ce début de XXe siècle, les progrès de la science montrent en physique les limites des théories newtoniennes. De nombreux savants y travaillent, dont Lorentz et Poincaré.
Les Acteurs Clés et Leurs Contributions
Henri Poincaré
Henri Poincaré a apporté des contributions fondamentales à la théorie de la relativité. En 1900, il a publié un article affirmant qu'un rayonnement pouvait être considéré comme un fluide fictif d'une masse équivalente m = E / c², s'inspirant de la "Théorie des électrons" de Lorentz. Poincaré avait décrit une procédure de synchronisation pour des horloges en repos les unes par rapport aux autres, très similaire à celle publiée par Einstein en 1905.
Le 5 juin 1905, Poincaré a complété les transformations de Lorentz et a prouvé l'invariance des équations de Maxwell dans une note de 5 pages développée en un mémoire de 50 pages. Il est important de noter que l'article d'Einstein du 26 septembre 1905 ne contient aucune référence à d'autres articles, bien qu'il mentionne Lorentz en relation avec le traitement du champ électromagnétique.
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Poincaré a donné à l'ensemble des formules de transformation le nom d'« équations de Lorentz ». Il indique dans son cours de 1898 que le temps local que Lorentz présentait comme un paramètre fictif n'avait pas de raison de ne pas être considéré comme le temps tout court, qui serait relatif et non pas absolu. En juin 1905, Poincaré signale également que l'ensemble des transformations en question forme une structure de groupe sur l'espace-temps, et que le terme (x² + y² + z² − c² t²) constitue un invariant du groupe.
Hendrik Lorentz
Lorentz avait déjà découvert, par l’analyse des équations de Maxwell, la transformation qui porte son nom. Einstein lui-même a reconnu l'importance des travaux de Lorentz.
Albert Einstein
Le 30 juin 1905 marquera à jamais l’histoire de la Physique. Albert Einstein énonce clairement pour la première fois la théorie de la relativité restreinte et impose au monde la plus célèbre des formules mathématiques : E=MC2. En 1905, Albert Einstein a été le premier à suggérer que lorsqu'un corps matériel perd une énergie E (sous forme de radiation ou de chaleur), sa masse décroît d'une valeur égale à E/c².
Einstein, quant à lui, travaillant à l'office des brevets à Berne était assez coupé du monde de la recherche. De plus, il possédait un esprit critique qui lui faisait remettre en cause beaucoup de concepts. Il a découvert que la portée de la transformation de Lorentz dépassait sa connexion avec les équations de Maxwell et mettait en cause la nature de l’espace et du temps.
Synthèse des Controverses : Les Différentes Thèses
Un grand nombre de thèses, attribuant plus ou moins de mérites à Einstein et à Poincaré, sont défendues dans une abondante bibliographie.
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Concernant Einstein :
- E1 : Einstein a découvert la relativité restreinte, en ignorant les résultats de Poincaré, ou en étant indifférent vis-à-vis de ceux-ci.
- E2 : Einstein a été influencé de manière décisive par les résultats de Poincaré (voire les aurait plagiés), et n'aurait pu aboutir sans ceux-ci.
Concernant Poincaré :
- P1 : Poincaré n'a pas compris (et jamais compris) la signification physique profonde des transformations de Lorentz, et l'essence de la relativité restreinte.
- P2 : Poincaré a compris les conséquences physiques, aurait pu découvrir la RR, mais a été effrayé par ses conséquences, ou les a rejetées pour des raisons épistémologiques.
- P3 : Poincaré a parfaitement bien compris la relativité et l'a présentée sous sa forme complètement moderne, correcte, et définitive le 5 juin 1905, avec quelques semaines d'avance sur Einstein.
La thèse E1/P2 est par exemple défendue par Gérard Holton dans son livre "L'imagination scientifique". La thèse P3 est défendue par Sir Edmund Whittaker, Jules Leveugle, Jean-Paul Auffray, G. H.
Arguments des défenseurs du point de vue P2
À cette époque, la physique newtonienne avait une emprise très forte sur les physiciens. Plusieurs siècles de vérification des lois newtoniennes par l'expérience rendait sa remise en cause difficile. Poincaré, bien qu'ayant approché par les mathématiques bien des aspects de la relativité restreinte, ne put se résoudre à franchir le pas qu'imposait la relativité.
Arguments des défenseurs du point de vue P3
Jules Leveugle a comparé le célèbre article d'Einstein du 26 septembre 1905 et l'article de Poincaré du 5 juin 1905. Leveugle affirme qu'Einstein a présenté exactement les mêmes équations sans aucune interprétation nouvelle par rapport à Poincaré.
Analyse des Différences d'Approches
Il est essentiel de distinguer les approches d'Einstein et de Poincaré pour comprendre la nature de leurs contributions respectives.
Poincaré attache essentiellement la relativité aux équations de Maxwell, et donc à l'électromagnétisme, alors qu'un des fondements de la Relativité Restreinte est de considérer qu'elle s'applique à toute la physique. Dans les transformations de Lorentz, Poincaré introduit un coefficient arbitraire epsilon dont la seule caractéristique est d'être inférieure à 1, alors que si on considère les transformations de Lorentz comme une transformation de l'espace et du temps, ce coefficient prend une signification physique v/c. Poincaré considère les transformations de Lorentz comme une forme de contraction physique qui serait due à une force quelconque, alors que si on considère la Relativité Restreinte comme une théorie de l'espace-temps, les transformations de Lorentz ne sont qu'un effet de perspective.
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T. Damour a fait une analyse comparée du concept de temps chez Poincaré et Einstein montrant la valeur de ce qu'apporte Einstein. « Une conséquence cruciale de la limitation de l'horizon conceptuel de Poincaré est que le "temps local", dont il parle dans le texte de 1904 cité ci-dessus diffère de façon essentielle du "temps" qu'Einstein attribue à un référentiel en mouvement.
Einstein, pour sa part, rejette l'éther, traite les espaces et les temps mesurés dans divers repères inertiels exactement sur le même pied et montre que leurs relations mutuelles peuvent s'obtenir à l'aide du principe de relativité et du principe de constance de la vitesse de la lumière, indépendamment de toute référence à l'électrodynamique de Lorentz. Il tire de sa formulation originale un nombre important de conséquences physiques dont la plus spectaculaire est la dilatation du temps. Poincaré n'a pas cette idée qu'une horloge qui a fait le tour de monde à grande vitesse retarde par rapport à une horloge fixe.
L'Équation E=mc² : Une Attribution Généralement Admise
L'équation E=mc² est généralement attribuée à Einstein. En 1900, Henri Poincaré a publié un article dans lequel il affirmait qu'un rayonnement pourrait être considéré comme un fluide fictif d'une masse équivalente m = E / c². Il s'est inspiré pour cette interprétation de la "Théorie des électrons" de Lorentz qui incorporait la pression de radiation de Maxwell. En 1905, Albert Einstein a été le premier à suggérer que lorsqu'un corps matériel perd une énergie E (sous forme de radiation ou de chaleur), sa masse décroît d'une valeur égale à E/c².
L'Importance de la Perspective Historique
Il est crucial de prendre en compte le contexte historique et les influences mutuelles entre les scientifiques de l'époque. Einstein avait lu La Science et l'Hypothèse d'Henri Poincaré avant la rédaction de ses articles majeurs.
Einstein lui-même a reconnu l'importance des travaux de Lorentz. En 1946, il a déclaré : « Il est hors de doute que si l’on jette un coup d’œil rétrospectif sur son évolution, la théorie de la relativité était mûre en 1905. Lorentz avait déjà découvert, par l’analyse des équations de Maxwell, la transformation qui porte son nom. De son côté, H. Poincaré a pénétré plus profondément dans la nature de ces relations. Quant à moi, je n’avais connaissance, à cette époque, que de l’œuvre importante de 1895 de Lorentz mais non des travaux ultérieurs de Lorentz et, pas davantage, des recherches consécutives de Poincaré. En ce sens, mon travail de 1905 est indépendant. Ce qui est nouveau dans ce mémoire, c’est d’avoir découvert que la portée de la transformation de Lorentz dépassait sa connexion avec les équations de Maxwell et mettait en cause la nature de l’espace et du temps.
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