Françoise Balibar, Galilée, Newton lus par Einstein

Résumé du document

Cet ouvrage traitant essentiellement d'une relecture des constructions de la mécanique classique par Einstein, donc du lien entre la théorie physique de Galilée et Newton et celle d'Einstein, nous en synthétiserons les principaux points à l'aune d'une réflexion sur les révolutions scientifiques.
Le concept de révolution, et plus particulièrement celui de révolution scientifique, est aujourd'hui très largement entendu comme la destruction d'un ordre pour lui substituer un ordre neuf, sans aucun lien avec le précédent. Or il n'en est rien. Ainsi, si la définition par Thomas Kuhn des révolutions scientifiques comme « épisodes non cumulatifs de développement, dans lesquels un paradigme plus ancien est remplacé en totalité ou en partie par un nouveau paradigme incompatible » pourrait nous conforter dans cette idée de rupture tranchée en soulignant la discontinuité instaurée par une révolution scientifique, elle signifie tout autre chose. En effet, les termes « non cumulatifs » et « incompatible » ne signifient en rien que la doctrine nouvelle et la doctrine ancienne ne sont pas liées : on ne repart pas de zéro. Bien au contraire, le travail de refonte des concepts et des hypothèses dans lequel s'origine une révolution scientifique ne saurait s'effectuer sans la prise en considération du paradigme ancien : la construction d'un nouvel ordre scientifique s'opère sur les pièces de l'ordre ancien. Par ailleurs, et Thomas Kuhn l'a bien mis en évidence, le paradigme ancien n'est pas nécessairement remplacé « en totalité » par le nouveau paradigme : des constructions anciennes peuvent perdurer dans l'édifice nouveau. Ainsi nous voyons bien que la distinction radicale qui en aujourd'hui faite entre la théorie de la relativité d'Einstein et la mécanique, ou physique classique, de Galilée et Newton, est vide de sens.

Extraits

[...] Mais rappelons que la validité de la mécanique repose aussi sur le concept d'espace absolu c'est-à-dire d'un espace vide, qui ne se définirait pas par les objets matériels qui s'y trouveraient, et serait le lieu d'action des forces ainsi que la véritable cause du mouvement dynamique en générant les forces inertielle (celle qui ferait persévérer un corps pseudo-isolé dans un mouvement rectiligne uniforme ou un état de repos) et centrifuge, aujourd'hui perçues comme purement fictives. Voyons maintenant, à la lumière de ce récapitulatif des démarches de Galilée et de Newton pour établir la mécanique, comment Einstein a pu se s'appuyer sur ces procédés et cette doctrine scientifiques pour construire sa propre théorie de la relativité. [...]

[...] Prenant le cas d'un mouvement circulaire uniforme, Newton établit que, à chaque instant du mouvement, la vitesse instantanée du mobile est dirigée sur une tangente à sa trajectoire, et que celui-ci doit donc être ramené constamment sur cette trajectoire. Le mouvement naturel des corps est donc bien rectiligne, et pas circulaire comme le pensait Galilée. Partant de là, Newton conclut que tout changement de vitesse instantanée du mobile entre deux instants implique que lui soit appliquée une force égale au produit de sa masse et de son accélération, ce qui constitue sa deuxième loi. [...]

[...] Une fois réalisée cette conception cinématique du mouvement par Galilée, Newton prend le relai véritablement théoriser la mécanique en associant ces conceptions empiriques à une description dynamique du mouvement. Il parvient à donner un sens causal à ces lois du mouvement en introduisant le concept de force, qui s'appliquerait à un objet pour lui imprimer un mouvement. Remarquons que ce concept était déjà annoncé chez Galilée où il était défini par son absence : dans le principe d'inertie, le mouvement rectiligne uniforme ne s'opère qu'en l'absence de force. [...]

[...] Dans n'importe quel ensemble, les lois que Galilée utilise pour décrire le mouvement sont les mêmes selon que cet ensemble est au repos ou mu par un mouvement uniforme. Notons qu'il s'agit bien là d'un mouvement uniforme et, si Galilée considérait ce mouvement comme circulaire, le mouvement rectiligne uniforme étant selon lui contre-nature tant il est impossible qu'il puisse durer éternellement (pour Galilée, il est impossible pour un objet de ne jamais rencontrer un obstacle quelconque en suivant indéfiniment une trajectoire rectiligne), Newton ajoutera comme nous le verrons plus tard la précision rectiligne et sera conforté en cela par Einstein qui emploiera le terme de translation : Étant donné deux référentiels en translation uniforme l'un par rapport à l'autre, les lois auxquelles sont soumis les changements d'état des systèmes physiques restent les mêmes, quel que soit le référentiel auquel ces changements sont rapportés Or, pour satisfaire à l'exigence du principe d'invariance, le mouvement propre des papillons ne doit pas être perturbé par le besoin de faire des efforts pour suivre le navire : le mouvement comme nul n'a pas de moteur. [...]

[...] Par sa solution au problème de la pierre qui tombe du mât, Galilée va par ailleurs ruiner l'argument principal de Ptolémée en faveur d'une Terre immobile. En effet, cet argument énonçait justement que la Terre, si elle était en mouvement, irait à une telle vitesse que tout objet chuterait en arrière du point au-dessus duquel on le lâcherait, et devient obsolète avec le raisonnement de Galilée. Il s'ensuit une équivalence entre les deux hypothèses géocentrique et géocentrique. Galilée, en posant le principe de relativité (et donc d'invariance) dont découlent l'inexistence d'un repos absolu et le principe d'inertie, fonde donc la physique classique. [...]