Principe de collection, conception et illustration de la couverture :
Marie Sourd, Atelier AAAAA
Crédits typographiques : Grotesque6 © Emilie Rigaud,
A is for (titraille) & Carrara © Hoftype (texte courant)
Illustrations de l’intérieur : Rachid Maraï

© Dunod, 2015, 2017, 2021

11 rue Paul Bert, 92240 Malakoff
www.dunod.com

ISBN : 978-2-10-082803-6

Ce document numérique a été réalisé par PCA

PROLOGUE

UN GÉNIE RÉVOLUTIONNAIRE

Albert Einstein : depuis près d’un siècle, ce nom est devenu synonyme de génie. Unanimement considéré comme l’un des plus grands scientifiques de tous les temps, il a fait progresser la physique dans de nombreux domaines. Il est surtout admiré pour avoir élaboré deux théories parmi les plus fondamentales du XXe siècle : la relativité restreinte en 1905, et la relativité générale en 1915. En bouleversant les conceptions établies du temps, de l’espace et de la matière, Einstein a provoqué une révolution d’une ampleur sans doute unique dans l’histoire des sciences et même des idées.

Né le 14 mars 1879 à Ulm en Allemagne, il n’apparaît pas spécialement remarquable dans ses premières années. Il rencontre même quelques difficultés dans l’apprentissage du langage. Sa scolarité lui pose ensuite certains problèmes, surtout à cause de son mépris de l’autorité imposée. C’est une attitude qu’il conservera toute sa vie. Les enseignants le considèrent comme un élément perturbateur et étourdi… Cependant, il s’intéresse déjà beaucoup à la science et aux mathématiques et y obtient de très bons résultats. À 17 ans, il intègre l’École Polytechnique de Zurich à sa seconde tentative ; la première avait échoué l’année précédente, à cause du test de culture générale. Son anticonformisme lui vaut encore des reproches, et si Einstein obtient bien son diplôme en 1900, ce n’est pas très brillamment…

Pendant deux ans, il approfondit ses connaissances en autodidacte. Il tente en vain de décrocher un poste à l’université, puis y renonce. Il entre en 1902 à l’Institut fédéral de la propriété intellectuelle à Berne, comme « expert technique de troisième classe ». Son travail consiste à évaluer les mérites de diverses demandes de brevets. Cela lui laisse du temps libre pour continuer ses recherches en vue d’obtenir son doctorat. Les circonstances sont devenues très favorables pour le jeune Einstein : il étudie les œuvres de grands physiciens et philosophes, et il en discute avec des amis. Il est sans doute influencé par certains brevets qui lui passent sous les yeux.

1905 est son « année miraculeuse » : alors qu’il n’a pas encore obtenu son doctorat, il publie en quelques mois cinq articles d’une importance extrême. Deux d’entre eux fondent sa théorie de la relativité restreinte, où l’espace et le temps perdent le caractère « absolu » qu’ils avaient jusqu’alors. On y découvre la célèbre équation E = mc². Un autre article est considéré comme le point de départ de la physique quantique…

« La chose la plus incompréhensible à propos du monde, c’est qu’il soit compréhensible. »

Albert Einstein, 1936

Ce n’est pourtant qu’en 1908 qu’Einstein obtient un poste à l’université de Berne. Dès lors, sa notoriété ne cesse de croître dans la communauté scientifique. Il enseigne et donne de nombreuses conférences, et travaille avec acharnement à l’élargissement du cadre de la relativité restreinte. Il la considère en effet incomplète, car elle ne prend pas en compte la gravitation. À la fin de l’année 1915, il achève enfin sa nouvelle théorie, la relativité générale, qui décrit cette interaction d’une manière radicalement nouvelle, entièrement géométrique, en intégrant les acquis de sa relativité restreinte de 1905. Il est alors professeur à l’université de Berlin, considérée à l’époque comme la plus prestigieuse institution scientifique au monde. La publication de cette théorie en 1916, mais surtout sa première confirmation expérimentale le 29 mai 1919, lors d’une éclipse totale de Soleil, confèrent à Einstein une gloire mondiale. La presse et le public l’adorent à la fois pour son génie scientifique, son esprit rebelle, son air photogénique, ses boutades… En 1921, son voyage aux États-Unis suscite un accueil particulièrement enthousiaste.

Les physiciens ont alors quelques difficultés à s’intéresser à la relativité générale : elle se présente comme une théorie ardue, et surtout apparemment éloignée de toute application concrète. Pourtant, dès 1917, Einstein l’applique à l’étude de l’univers dans son ensemble, et fonde ainsi la cosmologie relativiste. Le flambeau de cette discipline est repris par le physicien belge Georges Lemaître puis par bien d’autres ; elle mettra plusieurs décennies à se développer.

C’est en fait à partir des années 1960 que la relativité générale et la cosmologie relativiste trouvent toute leur pertinence, grâce à plusieurs résultats d’observations astronomiques. Einstein avait une belle avance avec sa « révolution relativiste en trois temps » : relativité restreinte, relativité générale, cosmologie relativiste !

Mais ce n’était pas tout, car il a été également l’un des initiateurs de la physique quantique. Cette théorie physique recouvre un tout autre domaine : celui des interactions entre la matière et les rayonnements, essentiellement à l’échelle de l’infiniment petit ; très différent donc de celui de la relativité générale et de la cosmologie… Elle fut initiée par l’un des articles d’Einstein, daté de 1905, qui débouchait sur l’hypothèse des quanta de lumière, et qui lui a valu le prix Nobel de physique en 1921.

Paradoxalement, Einstein s’est ensuite montré très critique sur les développements de la physique quantique. Par la suite, à partir des années 1920 et jusqu’à la fin de sa vie, il a consacré ses efforts à la recherche d’une « théorie des champs unifiés », qui décrirait à la fois la gravitation et l’électromagnétisme. Ses tentatives ont échoué, mais depuis les années 1950, les physiciens continuent cette quête d’une approche unificatrice. Par exemple, ils tentent à présent d’unifier la gravitation et la physique quantique dans une sorte de « théorie du tout »…

La dernière partie de la vie d’Einstein débute en 1932 : peu de temps avant l’arrivée d’Hitler au pouvoir, il quitte l’Allemagne pour s’installer aux États-Unis. Il devient professeur à Princeton, et met sa renommée au service du pacifisme et de l’antinazisme. En août 1939, il envoie au Président Franklin Roosevelt une lettre devenue célèbre. Il y explique que l’uranium dont disposait l’Allemagne nazie pourrait lui servir à la construction d’une bombe atomique. Cette lettre contribue à lancer le « projet Manhattan » pour développer l’arme nucléaire américaine, ce qu’Einstein regrettera plus tard. En 1945, il réécrit à Roosevelt pour le prier de renoncer à cette arme. Et après la guerre, il milite pour un désarmement atomique mondial.

Il meurt à Princeton le 18 avril 1955 d’une rupture d’anévrisme, alors qu’il travaille encore sur un discours et sur sa théorie des champs unifiés. Science et humanisme l’ont accompagné jusqu’au bout…

CHAPITRE 1

LA RELATIVITÉ RESTREINTE SAUVE LA PHYSIQUE

Les physiciens du XIXe siècle sont confrontés à un problème majeur : pourquoi lumière et matière se comportent-elles différemment ? La relativité restreinte d’Albert Einstein résout l’énigme en volatilisant le cadre classique du temps et de l’espace…

CONTINUITÉ ET RUPTURE

Au XVIIe siècle, en Italie, le génial Galilée (1564-1642) énonçait un principe s’appliquant au mouvement de la matière qui, plus tard, sera finalement appelé principe de relativité. En 1905, le jeune Einstein parvient à l’étendre à un nouveau domaine : celui de la propagation des ondes électromagnétiques, c’est-à-dire de la lumière visible mais également des rayonnements invisibles comme l’infrarouge, l’ultraviolet ou les ondes radio. Surtout, Einstein confère un rôle central à ce principe de relativité, en continuité avec celui de Galilée.

Mais en même temps, il se montre en rupture avec le savant de la Renaissance dans le domaine de la cinématique. Cette discipline décrit le mouvement des objets « libres » ou « inertiels » (ceux qui ne sont soumis à aucune interaction), par opposition à la dynamique qui décrit leurs mouvements lorsqu’ils sont soumis à des forces. Einstein remplace la cinématique de Galilée par une nouvelle cinématique. Cela va impliquer une théorie nouvelle, mais surtout un abandon radical : celui des notions d’espace et de temps, au profit de celle d’espace-temps, une entité globale aux propriétés étonnantes…

UN NOUVEAU PRINCIPE DE RELATIVITÉ

Quel est donc ce fameux principe de relativité, énoncé par Galilée puis étendu par Einstein ? Chez l’un comme chez l’autre, il déclare la chose suivante : « les lois de la physique s’écrivent exactement de la même façon pour différents “observateurs” (des physiciens effectuant des mesures) en mouvement les uns par rapport aux autres ». Avec l’importante condition, cependant, que ces observateurs soient inertiels, c’est-à-dire qu’ils ne soient soumis à aucune force et n’évoluent que selon leur propre inertie. Cela exclut par exemple un cosmonaute poussé par les moteurs de sa fusée, ou une planète soumise à l’attraction gravitationnelle du Soleil…

Entre observateurs inertiels, le mouvement ne peut être que rectiligne et uniforme : une ligne droite parcourue à vitesse constante, autrement dit sans accélération. Cette loi fondamentale de la cinématique constitue d’ailleurs l’énoncé d’un autre principe, le principe d’inertie.

Un observateur au repos (qui ne se déplace pas) est également un observateur inertiel ; il s’agit d’un cas limite. Le principe de relativité implique donc que les lois physiques s’écrivent pour tout observateur inertiel… comme s’il se trouvait au repos ! Voilà la « substantifique moelle » du principe, que Galilée avait résumé par la belle formule « le mouvement [uniforme] est comme rien ».

Ceci justifie l’usage du terme relativité. Le principe implique que tous les observateurs inertiels jouent des rôles strictement identiques, que les lois s’énoncent identiquement pour tous. Dans ces conditions, impossible d’en distinguer certains, que l’on déclarerait par exemple au repos tandis que les autres seraient en mouvement. Autrement dit, la seule notion de mouvement ayant un sens est celle de mouvement relatif entre différents observateurs. Aucun moyen de donner un sens à celle de « mouvement absolu », ni d’ailleurs de « repos absolu », qui pourrait servir de référence.

Le principe de relativité galiléen a servi de base à la physique de Newton. Il exprime la façon dont les deux savants considéraient l’espace et le temps dans leurs théories.

Le premier mérite d’Einstein sera de parvenir à étendre ce principe aux lois et aux phénomènes de l’électromagnétisme. Cette théorie, élaborée dans les années 1860 par le physicien écossais James Clerk Maxwell, unifie l’électricité et le magnétisme. Le principe de relativité einsteinien, ainsi étendu, va constituer le socle de sa nouvelle théorie, la relativité restreinte. Comme son pendant galiléen, il concerne les observateurs inertiels, en mouvements uniformes ; mais cette fois il prend en compte les lois de l’électromagnétisme. Cette extension n’est pas anodine car, comme l’a compris Einstein, elle implique la disparition des notions de temps et d’espace absolus, qui seront remplacées par celle d’espace-temps !

Une dizaine d’années plus tard, Einstein étendra encore la validité de ce principe aux observateurs non inertiels et aux mouvements non uniformes. Cela constituera la base de la théorie de la relativité générale (détaillée au chapitre suivant), qui manipule la géométrie d’un espace-temps « déformé ». Tout un programme…

1905, « année miraculeuse »

En 1905, Albert Einstein est employé au Bureau Fédéral de la propriété intellectuelle de la ville de Berne. « Sans ce travail, écrira-t-il, […] j’aurais fini par perdre la raison ». Il jouit en tout cas d’une sécurité matérielle qui le laisse libre de réfléchir, et lui permet de publier cinq articles fondamentaux qui vont révolutionner la physique : une véritable annus mirabilis pour lui !

Le premier article, Une vue heuristique concernant la production et la transformation de la lumière, propose l’hypothèse du « quantum de lumière ». Il constituera le fondement de la physique quantique, et vaudra à Einstein le prix Nobel de physique en 1921 (le seul de sa carrière, étrangement).

Les deux articles suivants, Sur une nouvelle détermination des dimensions moléculaires et Sur le mouvement des petites particules en suspension dans un liquide stationnaire, en fonction de la théorie cinétique moléculaire de la chaleur, sont liés à sa thèse de doctorat. Il y explique l’irrégularité du « mouvement brownien », celui des particules en suspension dans un liquide, par les chocs incessants qu’elles subissent avec les molécules de ce liquide. Cette description valide pour de bon l’hypothèse de l’existence des atomes et molécules, encore débattue à l’époque.

Le quatrième article, Sur l’électrodynamique des corps en mouvement, fonde la relativité restreinte, accompagné du cinquième, L’inertie d’un corps dépend-elle de l’énergie qu’il contient ?, qui propose l’équation E = mc².

UN FÂCHEUX PROBLÈME DE VITESSES

Mais comment Einstein en est-il arrivé à renier la notion de temps ?

À cause d’un épineux problème rencontré par la cinématique galiléenne. La cinématique décrit, nous l’avons dit, les mouvements des objets libres, ceux qui ne sont soumis à aucune interaction. Un tel mouvement ne peut donc dépendre de rien d’autre que des propriétés… de l’espace et du temps eux-mêmes ! La cinématique apparaît ainsi comme l’expression des propriétés de l’espace et du temps et des relations qu’ils entretiennent.

La cinématique galiléenne (ou newtonienne) possède une propriété remarquable et familière : les vitesses des objets s’y composent en s’additionnant simplement. Si vous marchez à la vitesse V₁ dans un train qui roule à la vitesse V₂, vous vous déplacez à la vitesse V₁ + V₂ par rapport aux rails. Une évidence totale, en apparence, qui fut pourtant au cœur d’une crise décisive…

En effet, les physiciens du XIXe siècle s’aperçoivent peu à peu que la lumière semble ne pas se plier à cette loi : sa vitesse, au lieu de se composer avec la vitesse de la source qui l’émet, reste toujours la même ! Une apparente aberration, pourtant confirmée en 1887 avec l’expérience cruciale de Michelson et Morley (voir l’encadré ci-contre). La communauté scientifique en est alors convaincue : la lumière n’obéit pas aux mêmes lois cinématiques que la matière. Pourtant, si la cinématique exprime les rapports fondamentaux de l’espace et du temps, comment interpréter cette différence ? Comment les propriétés fondamentales de l’espace et du temps pourraient-elles différer, selon que l’on s’y intéresse par l’intermédiaire de la lumière ou de la matière ? Un vrai mystère…

Pas d’éther en vue

Au XIXe siècle, les physiciens pensaient que la lumière a besoin d’un support pour se propager, tout comme les vagues se propagent dans la mer. Ils l’appelaient « éther luminifère », selon le terme introduit par Christian Huygens au XVIIe siècle. Mais comment le mettre en évidence ?

Si la lumière, en se propageant dans l’éther, suivait la cinématique de Galilée et Newton, sa vitesse devrait se composer avec celle de sa source lorsque celle-ci est en mouvement. Or l’éther emplit tout l’espace, et la Terre baigne dans cet éther. On devrait alors pouvoir mettre en évidence le mouvement de la Terre par rapport à l’éther, en mesurant les vitesses (a priori différentes) de deux rayons lumineux : par exemple l’un se propageant dans le sens du mouvement orbital de la Terre, qui devrait être ralenti par un « vent d’éther » contraire, et l’autre dans le sens opposé ou dans une direction perpendiculaire.

En 1887, les physiciens américains Albert Michelson et Edward Morley ont utilisé un interféromètre (un instrument très précis inventé par Michelson) pour réaliser cette expérience. Le résultat s’est révélé négatif : quelle que soit sa direction de propagation, la lumière va toujours à la même vitesse ; aucun signe d’un quelconque « vent d’éther » !

L’expérience de Michelson et Morley

Certains physiciens entrevoient pourtant une solution. Au début du XXe siècle, George Fitzgerald, Hendrik Lorentz et Henri Poincaré proposent séparément une même formule capable de résoudre le problème. Elle modifie en fait la loi (cinématique) de la composition des vitesses : il ne s’agit plus d’une simple addition, mais d’une combinaison nouvelle exprimée précisément par cette formule, que l’on baptisera plus tard « transformation de Lorentz ». Son mérite, c’est qu’elle rend aussi bien compte des comportements de la matière et de la lumière.

En premier lieu, lorsque les vitesses des objets en jeu ne sont pas très élevées (par rapport à celle de la lumière), son résultat s’identifie presque à celui de la loi classique d’addition. C’est le cas de tous les objets « du quotidien », auxquels la composition par addition s’applique donc avec une précision suffisante.

Par ailleurs, si l’une des deux vitesses est c, vitesse de la lumière dans le vide, la formule donne pour résultat également c ; cela exprime précisément que la vitesse de la lumière est toujours constante ! Et la formule implique qu’aucun objet matériel ne peut atteindre cette vitesse c, qui devient donc une limite absolue.

La nouvelle formule semble donc résoudre le problème posé ; mais elle « mélange » les coordonnées de temps et d’espace d’une curieuse façon. Il semble alors bien difficile de la concilier avec les notions usuelles d’espace et de temps, et elle échappe à toute interprétation jusqu’en 1905… Date à laquelle Einstein comprend que cette formule exige une remise en cause très profonde du cadre classique posé par Galilée et Newton, et en particulier nécessite d’abandonner les notions de temps et d’espace absolus. Un peu plus tard, le physicien allemand Hermann Minkowski (ancien professeur d’Einstein) introduira la notion d’espace-temps. Et celui-ci sera reconnu comme le cadre le plus adapté pour rendre compte des nouvelles transformations cinématiques et pour formuler la relativité restreinte d’Einstein.

À vitesse lumière

En 1676, en observant les satellites de la planète Jupiter, l’astronome danois Ole Römer se rend compte, le premier, que la lumière se propage à vitesse finie. Rien n’indique alors que cette vitesse ait quoi que ce soit de particulier. Le changement survient au XIXe siècle : en premier lieu, Maxwell comprend que la lumière est un phénomène de nature électromagnétique. Surtout, l’expérience établit qu’au lieu de s’additionner avec d’autres vitesses (comme celles des objets matériels), sa vitesse reste toujours absolument constante.

Albert Einstein rendra compte de cette étrangeté par sa théorie de la relativité restreinte : le fait que la lumière se propage à cette vitesse précise (notée c) découle des propriétés mêmes de l’espace-temps. Et tout autre rayonnement doit aussi se propager à la même vitesse c. Les physiciens considèrent aujourd’hui c comme une constante fondamentale de la Nature, qui caractérise l’espace-temps plutôt que la lumière…

Nous avons l’habitude de dire que c vaut environ 300 000 kilomètres par seconde ou 300 000 000 mètres par seconde, par exemple. Mais la relativité met les dimensions d’espace et de temps sur le même pied. Notre habitude de mesurer les durées (en secondes) et les longueurs (en mètres) par des unités différentes ressemble à un « accident de l’Histoire » ! Dans le cadre des théories einsteiniennes, il serait tout à fait légitime d’utiliser une unité commune pour longueurs et durées. C’est d’ailleurs ce que pratiquent les astronomes : ils expriment une distance en heures-lumière ou en années-lumière1. Dans un tel système d’unités communes, par exemple « secondes-lumière et secondes », la valeur de c est tout simplement 1… Cet usage est très commode pour les physiciens (il évite de manipuler de trop grands nombres), mais ne le serait guère au quotidien ; c’est pourquoi nous préférons les mètres et les secondes.

Retenons qu’en considérant l’espace-temps de manière rigoureuse, longueurs et durées ont la même dimension, celle de la métrique de l’espace-temps ; la « constante » c apparaît seulement comme un facteur de conversion entre ces unités.

Tout ceci est pris en compte (depuis 1983) pour la définition légale de l’unité de longueur : selon la prescription officielle du Bureau International des Poids et Mesures, l’unité de longueur est définie à partir de la seconde ; le mètre étant une unité dérivée, définie comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458e de seconde. Il faut juste un peu de temps pour s’y habituer…

UNE RÉVOLUTION CONCEPTUELLE

Einstein l’a bien senti : il fallait renoncer aux notions d’espace et de temps absolus définis par Newton. Notre perception d’un temps unique et d’un espace unique, bien définis pour tous, n’est qu’une apparence trompeuse : ces notions n’ont pas de réalité physique absolue. Ce que nous considérions comme « l’écoulement du temps », chacun de nous doit le voir comme l’écoulement de son « temps propre », qui n’a de pertinence que pour lui et qui n’a aucune portée au-delà de la position occupée par lui.

Comment cette révolution conceptuelle peut-elle s’accorder avec notre vision usuelle ? La théorie en rend très bien compte. Tout est une question de précision… Les conditions qui nous environnent, dans lesquelles nous effectuons nos mesures « ordinaires », n’impliquent que de faibles vitesses relatives et de faibles champs gravitationnels. Qualifiées de non-relativistes, ces conditions permettent d’accorder nos temps propres, voire de les confondre, car ils diffèrent très peu les uns des autres. Dans notre vie quotidienne, à notre échelle, nous pouvons donc, nous les Terriens, considérer chacun de nos temps propres comme la manifestation d’un temps unique, que nous avons pris l’habitude d’appeler « temps universel »2. Cela revient à considérer le « système » constitué de l’ensemble des êtres humains et de ce qui les environne (la Terre, ou même le Système solaire) comme un « objet physique » unique, minuscule à l’échelle de l’univers relativiste.

Dès qu’il faut être plus précis, il devient impossible « d’amalgamer » tous les humains et tous les objets terrestres comme s’ils constituaient un seul et unique objet physique ; l’approximation devient trop grossière et rend inadmissible l’hypothèse qu’un temps commun (universel ou non) s’écoule pour tout le monde. Toute notion de temps devient inapplicable lorsque l’on s’intéresse à des objets qui se déplacent très rapidement tels que les particules dans les accélérateurs ou les rayons cosmiques (qui sont également des particules, mais accélérées par des processus cosmiques naturels).

En dehors de ces questions pratiques, il est important de comprendre qu’il est fondamentalement impossible de concilier les phénomènes de la Nature avec la notion d’un temps global qui s’écoulerait pour tous les objets. Cette notion est aujourd’hui devenue désuète. Elle n’a plus sa place dans le cadre d’une réflexion théorique ou philosophique sur la nature du monde. Einstein l’avait proclamé, mais aujourd’hui encore, trop peu de physiciens et de philosophes s’en sont apparemment aperçus ! Il faut se contenter de la notion d’un temps propre pour chacun, qui reste pertinente non pas pour réfléchir à la manière dont le monde fonctionne, mais à celle dont nous percevons le monde.

Cependant (et heureusement), il existe bien un cadre absolu au sein duquel se déroulent les phénomènes : c’est l’espace-temps. Ses propriétés géométriques sont définies sans ambiguïté. Il constitue le cadre commun à tous les objets physiques, à tous les observateurs, et aussi à tous les phénomènes physiques : nous vivons tous – sans exception – dans l’espace-temps et non « dans l’espace et le temps »…

La nouvelle théorie d’Einstein – la relativité restreinte – se formule donc dans l’espace-temps. Ses qualités apparaissent dès qu’elle est formulée ainsi : les lois prennent « comme par magie » une expression plus simple et plus élégante ! Par exemple, la combinaison des vitesses selon la formule de Lorentz, qui déroutait complètement les physiciens au début du XXe siècle, s’interprète simplement comme une rotation dans l’espace-temps (autrement dit, une généralisation à quatre dimensions de la rotation usuelle à trois dimensions). Il s’agit donc bien, finalement, d’une addition, mais d’une addition d’angles dans l’espace-temps. Et un changement de vitesse (dans le sens habituel) n’est alors rien d’autre qu’un angle dans l’espace-temps… La cinématique – vue jusque-là comme une variation au cours du temps – devient une géométrie dans l’espace-temps, une « chronogéométrie ».

Souvenons-nous par exemple de l’énoncé newtonien du principe d’inertie : « un corps libre (soumis à aucune force) reste au repos ou bien parcourt une droite de l’espace à vitesse constante ». En relativité restreinte, ce principe devient : « un corps libre parcourt une droite de l’espace-temps ». On gagne en clarté de l’énoncé et en simplicité conceptuelle…

Ainsi, la théorie d’Einstein se révèle globalement simple pour exprimer les lois de la physique. Bien sûr, cette simplicité ne prouve pas à elle seule que la théorie soit correcte… mais elle en est un bon indice. Un grand nombre de physiciens – y compris Einstein – ont toujours considéré que la simplicité et le caractère condensé et unificateur d’une théorie sont des signes favorables. On se doute pourtant – et Einstein a toujours insisté là-dessus – que le critère final reste la confrontation à l’expérience : il ne suffit pas qu’une théorie soit élégante ou simple pour qu’elle s’applique correctement au monde réel. Les règles de la physique sont drastiques ! De ce point de vue, la relativité restreinte a passé tous les tests avec excellence ; et comme nous le verrons plus loin, ces tests ont été nombreux et ont touché de multiples domaines : la physique des particules, les rayons cosmiques, la physique spatiale, l’astrophysique… À l’énoncé de cette longue liste, l’exceptionnel mérite d’Einstein ressort d’autant : ce dernier a formulé sa théorie alors qu’aucun de ces indices n’était encore disponible, le seul étant la constance de la vitesse de la lumière !

NOTES

1. Les heures-lumière et les années-lumière sont des unités qui correspondent respectivement à la distance parcourue par la lumière en une heure ou en une année.

2. Voir M. Lachièze-Rey, Voyager dans le temps : la physique moderne et la temporalité, Seuil, 2013.

Dans la même collection

Marie-Odile André, Colette à la plage. Une femme libre dans un transat, 2018

Charles Antoine, Schrödinger à la plage. La physique quantique dans un transat, 2018

Arnaud Cassan, Galilée à la plage. L’astronomie dans un transat, 2020

Eddy Chevalier, Shakespeare à la plage. Être ou ne pas être dans un transat, 2020

Sophie Doudet, Churchill à la plage. Le vieux lion dans un transat, 2020

Jean-Numa Ducange, Marx à la plage. Le Capital dans un transat, 2019

Johan Faerber, Proust à la plage. La Recherche du temps perdu dans un transat, 2018

Richard Fremder, Napoléon à la plage. Un stratège dans un transat, 2021

Jean Garrigues, À la plage avec Charles de Gaulle. L’homme providentiel dans un transat, 2020

Elsa Godard, Freud à la plage. La psychanalyse dans un transat, 2021

Rachid Guerraoui, Lê Nguyên Hoang, Turing à la plage. L’intelligence artificielle dans un transat, 2020

Yann Mambrini, Newton à la plage. La relativité dans un transat, 2021

Francis Métivier, Kant à la plage. La raison pure dans un transat, 2019

Jean-Baptiste de Panafieu, Sapiens à la plage. L’origine de l’Homme dans un transat, 2018

Jean-Baptiste de Panafieu, Darwin à la plage. L’Évolution dans un transat, 2017

Hélène Soumet, Épicure à la plage. Le plaisir dans un transat, 2021

Hélène Soumet, Platon à la plage. L’invention de la philosophie dans un transat, 2020