I.
5.Dans la vie courante, l’homme n’éprouve pas la moindre difficulté en ce qui concerne l’espace et le temps. Il croit avoir une conception très nette d’un espace absolu à travers lequel se meuvent les corps. Cet espace est celui sur lequel raisonnent les géomètres. Quant au temps, il s’écoule d’une manière régulière et continue, entièrement indépendant de l’espace et indifférent aux phénomènes physiques. À la vérité, pour qui réfléchit quelque peu, la définition de l’unité de temps n’est pas sans présenter de sérieuses difficultés, exigeant divers postulats sur l’égalité de durées de deux phénomènes regardés comme identiques ; la difficulté est atténuée toutefois par le fait expérimental que plusieurs phénomènes de nature différente peuvent concourir d’une manière concordante à l’idée d’égalité de deux temps.
C’est en partant de l’espace et du temps absolus, que s’est peu à peu édifiée la physique moderne. D’après les principes mêmes qui sont à la base de notre Dynamique, aucune expérience mécanique, à laquelle sont étrangers les corps extérieurs, effectuée dans un système animé par rapport à l’espace absolu d’un mouvement de translation rectiligne et uniforme, ne permet à un observateur entraîné avec ce système de mettre le mouvement de celui-ci en évidence ; c’est un principe de relativité. On peut aussi, au lieu de considérer le mouvement par rapport à l’espace absolu, envisager le mouvement d’un système par rapport à un autre, par exemple le mouvement de translation de la Terre par rapport au Soleil ; aucune difficulté n’est apparue, tant qu’il ne s’est agi que de phénomènes mécaniques.
6.Dès le temps d’Arago et de Fresnel, la même question se posa pour les phénomènes lumineux. Il résulta de leurs expériences, et de celles des physiciens qui les ont suivis, que les lois de la réfraction et de la réflexion de la lumière ne se ressentent en rien du mouvement de translation de la Terre ; mais aucune contradiction n’apparut encore à ce sujet, avec les théories admises. Il n’en fut pas de même d’une expérience, aujourd’hui célèbre, imaginée en 1887 par le physicien américain Michelson, et trop souvent décrite pour que nous y revenions.
Si l’on admet que la loi habituelle de composition des vitesses de la cinématique s’applique aux phénomènes lumineux, une contradiction apparaît avec le résultat de l’expérience de Michelson, un déplacement de franges d’interférence prévu par la théorie classique ne se produisant pas. C’est en analysant cette expérience qu’Einstein fut conduit, en 1905, dans son premier Mémoire sur la relativité, à formuler l’hypothèse suivante : la vitesse de la lumière, pour un observateur placé dans un système animé d’un mouvement de translation rectiligne et uniforme, est une constante universelle , indépendante de l’état de mouvement du système. Avec ce postulat se trouvait expliqué le fait que l’expérience de Michelson ne décelait pas le mouvement de la Terre par rapport à l’éther regardé comme immobile, et l’on pouvait poser le principe de la relativité pour les phénomènes lumineux dans les mêmes conditions que pour les phénomènes mécaniques.
À la vérité, certains doutes ont été émis sur l’interprétation de l’expérience de Michelson, le calcul fait à ce sujet prêtant à quelques objections ; mais ces doutes ne paraissent pas partagés par la majorité des physiciens, et nous admettrons le principe d’Einstein de la constance de la vitesse de la lumière, d’où va se tirer toute la théorie de la relativité restreinte[2].