Notre conférence de septembre
Ce vendredi 23 septembre à 19 h 30, dans l’auditoire de l’institut d’anatomie au 20 de la rue de Pitteurs à Liège, c'est notre nouveau président Marko Sojic que nous écouterons. Physicien formé à l'ULg il nous a habitués à des sujets passionnants. Ce soir il nous parlera de la célèbre expérience de Michelson-Morley dont les résultats inattendus allaient révolutionner la Physique.
L’expérience de Michelson-Morley
Depuis la nuit des temps, les hommes savent que le ciel tourne autour de la Terre. En effet, rien n’est plus évident que cette vérité qui saute aux yeux : tout un chacun peut constater par lui-même l’immobilité de notre monde et la fermeté de sa position dans l’Univers. Même si la révolution majestueuse de la sphère céleste peut rationnellement s’expliquer par la rotation de la Terre en sens inverse de celle-ci – et de nombreux penseurs ont pu l’imaginer dès l’Antiquité –, cette idée se heurte à de solides arguments tendant à la contredire. L’une des meilleures preuves avancées depuis des siècles dans le but de réfuter l’hypothèse de la rotation du globe terrestre consiste à imaginer que l’on saute en l’air : si la Terre tournait aussi vite que l’impliqueraient ses dimensions et sa période de rotation, on retombe-rait à une distance notable de son point de départ. Or, visiblement il n’en est rien. La Terre est donc bien immobile, CQFD. Cependant, les physiciens ne peuvent se contenter de raisonnements certes séduisants, dans un sens ou dans l’autre, mais nettement insuffisants par eux-mêmes, car ils ont besoin de preuves tangibles, c’est-à-dire d’expériences de physique seules susceptibles d’apporter ces preuves de manière objective. C’est ainsi que Léon Foucault, ayant remarqué qu’un pendule tend à conserver l’orientation de son plan d’oscillation fixe par rapport aux étoiles et non par rapport à la Terre, imagina en 1851 sa célèbre expérience appelée depuis « pendule de Foucault » : si le plan d’oscillation du pendule nous semble tourner dans le sens des aiguilles d’une montre, c’est que son déplacement, si du moins on l’observe depuis la verticale de son pôle Nord, est le reflet du mouvement de rotation de la Terre en sens inverse. Toutefois, les difficultés de mise en œuvre de l’expérience, notamment en raison des précautions à prendre en vue d’en assurer le succès, sont d’une tout autre nature que celles auxquelles se heurte la théorie. Mais Léon Foucault était un expérimentateur hors pair qui a pu en surmonter tous les obstacles – c’est pourquoi la Physique a besoin et aura toujours besoin d’expérimentateurs pourvus du talent qui les rend aptes à vérifier les théories et leurs conséquences prévisibles, ou à faire des découvertes intéressantes, voire fondamentales. Néanmoins, depuis le succès de la vision copernicienne héliocentrique de notre Système solaire et de la théorie des ellipses de Képler, il manquait encore la preuve d’un autre mouvement de la Terre indépendant du précédent, à savoir celui de translation à travers l’espace. En effet, la plupart des phénomènes célestes connus à cette époque pouvaient encore assez bien s’expliquer par la vision géocentrique concurrente de celle de Copernic. Ainsi, on pouvait encore admettre le mouvement de rotation de la Terre sur elle-même, mais rien n’obligeait à penser en même temps que c’était la Terre qui tournait autour du Soleil et non l’inverse. Pour mettre en évidence ce second mouvement de la Terre – ce dont le pendule de Foucault était bien incapable –, il fallait donc en trou-ver une preuve physique directe. La situation est tout à fait comparable à celle que l’on donne aujourd’hui en exemple à nos étudiants : lorsqu’on est assis dans un train au départ d’une gare, il n’est pas toujours évident, en l’absence de repères extérieurs que masquerait un second train, de conclure aussitôt au mouvement de celui dans lequel on est assis ou à celui de l’autre train. Seuls l’irruption soudaine de ces repères dans notre champ de vision ou les cahots que nous feraient subir l’irrégularité du profil des voies et les « accidents » de celles-ci, comme par exemple le franchissement d’un aiguillage, nous ramèneraient brusquement à la « réalité » du mouvement de notre train et donc à la « bonne » conclusion.C’est ainsi qu’Albert Michelson, d’abord seul en 1881, puis en collaboration avec Edward Morley à partir de 1887, construisit le premier interféromètre destiné à tenter de prouver une fois pour toutes la réalité du mouvement de translation de la Terre autour du Soleil, même si plus aucun physicien de l’époque n’en doutait. Cet interféromètre utilisait une des propriétés physiques de la propagation des rayons lumineux, contrairement au pendule de Foucault, purement mécanique. Or les physiciens savaient déjà qu’il était inutile de compter sur les expériences de mécanique pour obtenir leur preuve ; c’est pourquoi seules les expériences d’optique offraient encore un espoir en ce sens, fût-il ténu en raison des difficultés plus grandes de leur mise en œuvre. Il faut savoir que les résultats attendus étaient conditionnés par le modèle de la lumière dont les physiciens du XIXe siècle avaient « prouvé » la validité, à savoir le modèle ondulatoire, concurrent, lui, du modèle corpusculaire de Newton, tombé en désuétude. Comment Albert Michelson et Edward Morley ont ainsi monté leur expérience dont le résultat négatif allait se révéler comme l’un des plus inattendus de toute la physique, et comment sa discussion allait amener Einstein, pour l’expliquer, à bâtir sa théorie de la Relativité Restreinte, c’est ce que l’exposé s’efforcera d’illustrer et de faire comprendre, et ce comme toujours de la manière la plus abordable possible.
Marko Sojic
