Le Livre d'Argent

Comme annoncé suite au dernier sondage, nous allons attaquer une nouvelle petite série de threads en commençant par un voyage dans le temps. Quand on parle de bouleversements scientifiques, en effet, on à tendance à penser au dix-septième siècle avec Galilée, ou au dix-neuvième avec Darwin. Mais le début du vingtième siècle est une période assez chargée aussi à ce niveau.

Consacrons donc les seize pouets de ce #VendrediVulga (avec peu d'illustration car je manque un peu de temps, donc beaucoup de liens pour remplacer) à nous replonger dans les connaissances de l'époque, ce qui nous permettra d'apprécier un peu mieux les deux théories successives dont nous parlerons #Vulgadredi-prochain et les suivants.

2/16 En 1687, dans ses « principes mathématiques de la philosophie naturelle » (Surtout connus par les deux derniers mots de son titre latin, « Philosophiæ naturalis principia mathematica »), un dénommé Isaac Newton avait posé un cadre théorique clair et cohérent pour l'ensemble de la physique, avec notamment ses trois lois sur le mouvement et sa loi de la gravitation universelle.

Deux siècles plus tard, ce cadre semble globalement toujours décrire l'ensemble de la réalité telle qu'on la connaît. On a vu par exemple comment il a servi, en 1846, à déterminer par le calcul rien de moins que la position d'une planète jusque là inconnue, Neptune. Pour autant… on commence aussi à remarquer que quelques trucs clochent un peu.

Oh, je vous l'ai déjà spammée plusieurs fois, mais si l'histoire de la découverte de Neptune vous intéresse, lisez là : https://fadrienn.irlnc.org/notice/AyMztvDdmCsEVRGpYe

3/16 Par exemple, on en a déjà parlé, mais Newton décrit la lumière comme un ensemble de particules, tandis que, dès 1801, certaines expériences semblent montrer sa nature ondulatoire, ce qui marche beaucoup moins bien quand on tente de l'expliquer avec la mécanique newtonienne.

On sait donc déjà très bien dès le dix-neuvième siècle qu'il reste des zones d'ombres dans notre connaissance du monde et que, si brillants soient les travaux de Newton, il va vraisemblablement y avoir besoin, à un moment ou à un autre, de grandement les remettre en question.

Mais si vous voulez en savoir plus sur ces histoires d'ondes ou de particules pour la lumière, on en parlait là : https://fadrienn.irlnc.org/notice/B0ws7jf7pRVSNNn3xY

4/16 Je précise qu'on se doutait déjà de ça car, si vous vous intéressez au sujet, vous avez peut-être déjà croisé une “citation” disant qu'on pensait alors qu'à part deux petits problèmes, tout était déjà connu, que le travail de recherche en physique ne se bornerait plus qu'à préciser un peu les décimales de certaines constantes.

Cette “citation”, attribuée à Lord Kelvin (dont on a déjà parlé notamment pour son rôle dans la détermination de l'âge de la Terre), n'a en fait jamais été prononcée par lui, et les physiciens de l'époque étaient loin d'être aussi naïfs sur l'état des connaissances dans leur discipline.

Mais bon, si vous voulez réviser sur l'âge de la Terre (oui, c'est un peu un thread rétrospective), voyez par là : https://fadrienn.irlnc.org/notice/B27P3TpYpnveRphhxI

5/16 En réalité, dans son discours du 27 avril 1900, Lord Kelvin parle bien de deux problèmes (« dark clouds » en version originale), mais plutôt pour expliquer en quoi, selon lui, étudier ces deux problèmes serait en mesure de grandement chambouler notre vision du monde, ce qui sera effectivement le cas.

Le premier de ces problèmes est l'expérience de Michelson et Morley, une expérience d'optique datée des années 1880, mettant fortement en doute l'existence de l'éther, le supposé support matériel aux ondes électromagnétiques, ce qui ouvrira la porte aux théories de la relativité.

Le second concerne la chaleur des molécules et mènera de son côté à la physique quantique, mais vous trouverez plus d'infos par ici : https://www.refletsdelaphysique.fr/articles/refdp/abs/2025/01/refdp202580p46/refdp202580p46.html

6/16 Concentrons-nous donc sur le premier. À l'origine se trouvent les travaux de Newton, et même avant lui ceux de Galilée, sur les mouvements. On sait en effet depuis cette époque que la vitesse est relative : si vous lancez un projectile et que vous vous mettez à courir dans la direction opposée, vos vitesses s'additionneront et le projectile s'éloignera de vous d'autant plus vite.

Au contraire, si vous partez dans la même direction que ce projectile, votre propre vitesse vous semblera le faire partir d'autant moins vite. Si vous arrivez à aller plus vite que le projectile, la vitesse à laquelle il s'éloigne de vous deviendra même négative, et vous le verrez se rapprocher de vous. Logique et habituel, en tout cas jusque là.

7/16 Mais il semble possible que cette situation ne s'applique pas dans tous les cas. En effet, le physicien James Clerk Maxwell a publié en 1864 un autre travail théorique particulièrement important et qui depuis porte son nom, les « équations de Maxwell », qui servent de base à notre compréhension de l'électromagnétisme.

Maxwell lui-même se base évidemment sur les travaux d'illustres prédécesseurs comme Carl Friedrich Gauss, André-Marie Ampère ou Michael Faraday, je n'ai pas besoin je pense de vous répéter encore que la recherche scientifique est une activité collective. Mais il est parvenu à unifier ces travaux et à montrer que l'électricité et le magnétisme sont liés.

8/16 Ces équations décrivent donc notamment le comportement des ondes électromagnétiques comme la lumière… et elles semblent impliquer que la vitesse de la lumière ne varie pas selon le référentiel, donc que, contrairement à ce qu'on vient de voir, se déplacer par rapport à un rayon de lumière ne change rien à sa vitesse apparente.

Ce qui semble donc assez incompatible avec les travaux de Newton, et c'est en partie ce qui motivera Albert Abraham Michelson et Edward Morley à tenter une expérience pour tenter de vérifier si la vitesse de la lumière varie ou pas selon la direction dans laquelle on la mesure.

9/16 La lumière est particulièrement rapide (on sait à l'époque qu'elle va à environ 300 000 kilomètres par seconde, la vitesse précise que nous connaissons aujourd'hui n'ayant été finalement mesurée qu'en 1975). Il est donc difficile de construire quelque chose qui avance assez vite pour qu'on puisse mesurer une variation.

Néanmoins, on sait que notre Terre avance sur son orbite à près de trente kilomètres par seconde. C'est immensément plus lent, mais on parvient à l'époque à construire des instruments suffisamment précis : en prenant des mesures à six mois d'écart, donc quand la Terre a deux directions opposées, on devrait, si la lumière se comporte d'après la mécanique newtonienne, parvenir à mesurer un écart.

10/16 Le résultat, vous vous en doutez, sera négatif⁽*⁾. On réessayera d'ailleurs plus tard avec des instruments encore plus précis : quelle que soit la direction dans laquelle on mesure, la vitesse de la lumière reste la même, ce qui donne raison à Maxwell contre Newton : ce qui permet à la lumière de se déplacer n'est sans doute pas un éther suivant les mêmes règles que les objets habituels.

Henri Poincaré, dont on reparlera la semaine prochaine, cherchera à tirer les conséquences de cette découverte en publiant dès 1898 des travaux dans lesquelles la vitesse de la lumière est supposée constante. Albert Einstein lui emboitera le pas en 1905. Ils n'ont évidemment pas été les seuls à travailler là-dessus.

(∗) Les personnes qui lisent l'anglais trouveront le papier original de Michelson et Morley sur Wikisource : https://en.wikisource.org/wiki/On_the_Relative_Motion_of_the_Earth_and_the_Luminiferous_Ether

11/16 D'ailleurs, à ce sujet. Vous aurez peut-être remarqué que j'aime bien, quand c'est possible, rendre la paternité aux oubliées de l'histoire. On sait ainsi que c'est Rosalind Franklin qui a découvert la structure en double-hélice de l'ADN, même si elle s'est fait voler sa découverte⁽*⁾. Ou que Caroline Herschel a participé à toutes les premières observations de son frère, dont la découverte d'Uranus.

Eh bien, au moment qui nous intéresse, Einstein était marié (il s'en séparera vers 1914 pour plus tard épouser sa cousine Elsa) à une de ses anciennes camarades d'étude, Mileva Marić, physicienne comme lui. Elle a très vraisemblablement travaillé avec lui, et une partie de ces travaux devrait lui être attribuée. Hélas, on ne sait pas quelle part exactement.

(∗) J'avais donné un poil plus de détails là-dessus dans mon thread sur l'hérédité : https://fadrienn.irlnc.org/notice/AzJ7XthgnYWeEl0gwS

12/16 Ça aussi, malheureusement, c'était une caractéristique de l'époque. Ainsi, le comité Nobel aurait « oublié » en 1903 de récompenser Maria Skłodowska si son mari Pierre Curie, un des rares types de l'époque à avoir ce genre de respect pour les travaux de sa conjointe, n'avait insisté sur le fait qu'elle y était pour au moins autant que lui.

Et c'était hélas loin d'être le seul exemple de ce type. D'ailleurs, si on a progressé depuis, le souci est encore loin d'être complètement réglé. Mais se lancer davantage dans ce genre de considérations nous éloignerait hélas un peu trop du sujet. On reviendra au moins sur le cas de Marie Curie, mais dans un thread qui sera dédié à ses découvertes.

En attendant, si vous voulez d'autres exemples de la même époque, vous en trouverez deux de plus ici : https://xkcd.com/896/

13/16 Pour en revenir au sujet, donc, on peut noter qu'une des conséquences d'avoir une vitesse de la lumière fixe et qui ne varie pas selon notre mouvement, c'est… qu'il est donc impossible de la rattraper, sans même parler d'aller plus vite qu'elle !

Cela place immédiatement une grande partie de notre univers loin, très loin, hors de notre portée, puisque nous ne pouvons y accéder que par la lumière qui nous arrive des autres étoiles, qui a dû cheminer de son côté pendant des années, voire des siècles avant d'arriver jusqu'à nous.

Et c'est encore pire pour les autres galaxies, mais on ne le réalisera que dans les années 1920, on l'a déjà vu : https://fadrienn.irlnc.org/notice/B0FBBndEMU321GJpGC

14/16 Cela fait donc plus d'un siècle que l'on sait que les phénomènes étranges auxquels on peut parfois assister dans le ciel ont assez peu de chances d'être le signe de visites extraterrestres, en tout cas en provenance de l'extérieur de notre système solaire, qui pour sa part reste environ à notre portée.

Pour ce qui est d'extraterrestres un peu plus locaux… les observations de Mars par Schiaparelli qui ont donné naissance à toutes ces histoires de martiens datent de 1877, donc pas longtemps avant la période qui nous intéresse ici, mais au début du vingtième siècle, on avait déjà commencé à comprendre ce qu'il en était réellement.

Ceci dit, si cette histoire vous intéresse, j'en parlais plus en détails par là : https://fadrienn.irlnc.org/notice/B7xvWdWRtZEFHujeyW

15/16 On sait donc qu'il est bien plus raisonnable de chercher d'autres explications quand on observe quelque chose de bizarre. Mais on en a déjà parlé la semaine dernière⁽*⁾, où je vous ai listé quelques unes des explications les plus communes.

Pour autant, la théorie de la relativité nous a amené pas mal d'autres considérations assez étranges et expériences de pensées intéressantes, et donc on va consacrer les prochains threads à entrer davantage dans les détails à ce sujet.

(∗) Comme d'hab, si vous avez loupé ce thread, il est là : https://fadrienn.irlnc.org/notice/BBTaTQzIDE1BdssUpU

16/16 Voilà, avec le sondage qui s'est terminé un peu tard et une fin de semaine chargée, je n'avais pas vraiment le temps de vous faire quelque chose de plus soigné que ça, mais je pense que cette petite remise en contexte sera utile pour aborder les choses sérieuses la semaine prochaine.

J'espère en tout cas que ça vous plaît toujours, et comme d'hab, si je vous remercie par avance pour les likes et les partages, je précise aussi que tous les retours sont les bienvenus, ainsi que les questions ou autres, n'hésitez pas, ça peut donner des idées pour de prochains threads !