EINSTEIN ET LE DÉVELOPPEMENT DE LA THÉORIE DE LA RELATIVITÉ RESTREINTE15 l'existence d'un éther au repos et en séparant les champs des sources La théo-

rie montrait également qu'il était possible de concilier un principe de relativité du premier ordre avec un principe de constance de la vitesse de la lumière du même ordre. Cette théorie pourtant, la meilleure de l'époque, ne résolvait pas le problème d'Einstein puisqu'elle ne permettait pas d'obtenir une covariance au second ordre (en v/c) des équations de Maxwell et inrmait donc le principe de relativité en permettant, en principe, la détermination d'une vitesse absolue. L'hypothèse de la contraction des corps que Lorentz introduisit pour expliquer le résultat négatif de Michelson-Morley (1887) fut ressentie par Einstein comme étant une hypothèse ad hoc50_{puisqu'Einstein était déjà convaincu de la stricte}

validité du principe de relativité (pour n'importe quel ordre d'approximation). Ainsi, si tant est qu'Einstein t attention à l'expérience de Michelson-Morley mentionnée dans le livre de Lorentz de 1895, il ne fut pas surpris par le résultat mais s'y attendait contrairement à Lorentz.51

Rejet de la notion d'éther

Einstein devait bientôt abandonner l'éther de Lorentz ; ceci à un moment où pour la plupart des scientiques l'existence de l'éther paraissait plus certaine que jamais. Ainsi, dans son excellent manuel publié en 1902, O. D. Chwolson écrivait : "La probabilité de l'hypothèse de l'existence de cet agent est proche de la certitude. Nous appellerons cet agent, l'éther."52

A part la critique dévastatrice de Mach de la pensée mécaniste, Einstein avait une autre raison de rejeter l'éther venant des travaux de Planck, couronnés de succès de 1900. Dans ces travaux, Planck avait introduit une quantication de l'énergie d'oscillateurs électriques qui était plutôt incompatible d'une part avec les lois de la mécanique classique, d'autre part avec les lois de l'électromagné- tisme.53 _{Ceci renforça l'idée d'Einstein que les lois électromagnétiques n'étaient}

peut-être pas d'une validité stricte, mais pouvaient être en défaut à l'échelle mi- croscopique. Cette conviction, combinée aux résultats de ses propres recherches en mécanique statistique,54 _{conduisit Einstein à une théorie corpusculaire de la}

50_{Wertheimer, "Einstein," p. 218 ; Albert Einstein, "Über die Entwicklung unserer An-}

schauungen über das Wesen und die Konstitution der Strahlung," Physikalische Zeitschrift, 10 (1909), 819.

51_{Wertheimer, "Einstein," p. 217 ; Robert S. Shankland, "Conversations with Albert Ein-}

stein," American Journal of Physics, 31 (1963), 55.

52_{"Die Wahrscheinlichkeit der Hypothese von der Existenz dieses einen Agens grenzt ausse-}

rordentlich nahe an Gewissheit. Dieses Agens wollen wir den Äther nennen," O. D. Chwolson, Lehrbuch der Physik (Braunschweig, 1902), 1, 9. Nos traductions, sauf indication contraire. Pour plus de détails sur les conceptions de l'éther autour de1900, voir Conceptions of Ether : Studies in the history of ether theories, 1740-1900, eds. G. N. Cantor and M. J. S. Hodge (Cambridge University Press, 1981).

53_{Einstein, "Autobiographical Notes," p. 53.}

54_{Albert Einstein, "Kinetische Theorie des Wärmegleichgewichtes und des zweiten Haupt-}

satzes der Thermodynamik," Annalen der Physik, 9 (1902), 417-33 ; "Eine Theorie der Grund- lagen der Thermodynamik," ibid., 11 (1903), 170-87 ; "Zur allgemeinen molekularen Theorie der Wärme," ibid., 14 (1904), 354-62. Voir également M. J. Klein, "Thermodynamics in Ein- stein's Thought," Science, 157 (4 Aug. 1967), 509-16

16 CHAPITRE 2. LA THÉORIE DE LA RELATIVITÉ RESTREINTE lumière.55 _{Les investigations quantiques d'Einstein devaient ultimement abou-}

tir au premier de ses trois fameux articles de 1905.56 _{Concernant le problème}

de relativité d'Einstein, une théorie corpusculaire avait l'avantage d'éliminer le concept d'éther, qui s'opposait si fortement au principe de relativité. Mais en même temps, une théorie corpusculaire rendait le principe de la constance de la vitesse de la lumière (quel que soit le mouvement de la source) plus du tout évident. A cette époque toutefois, Einstein connaissait l'importance de ce prin- cipe à cause de son propre échec de pouvoir s'en passer et particulièrement à cause des recherches de Lorentz.57

Résolution épistémologique

L'échec d'Einstein d'aboutir à une synthèse des principes de relativité et de la constance de la lumière le conduisit à une analyse plus profonde du problème. Einstein essaya de comprendre ce qui se passe durant la mesure d'une vitesse en général et en conséquence en vint à examiner le concept de temps.58_{Sa démarche}

suivante fut d'associer le concept de temps au concept de simultanéité. Poincaré avait déjà associé ces deux concepts dans son livre La Science et l'Hypothèse (1902), qu'Einstein avait lu avec ses amis Habicht et Solovine à Berne. Dans cet ouvrage, Poincaré écrit :

2. Il n'y a pas de temps absolu ; dire que deux durées sont égales, c'est une assertion qui n'a par elle-même aucun sens et qui n'en peut acquérir un que par convention ;

3. Non seulement nous n'avons pas l'intuition directe de l'égalité de deux durées, mais nous n'avons même pas celle de la simultanéité de deux événements qui se produisent en des théâtres diérents.59

Une fois qu'il eut pris conscience du rôle du concept de simultanéité dans la dénition du temps, l'idéalisme épistémologique d'Einstein le conduisit à exi- ger une dénition opérationnelle de ce concept. Dans son livre La Relativité, La Théorie de la Relativité restreinte et générale écrit en 1916 et présentant les idées principales "en gros, dans l'ordre et la connexion dans lesquels elles ont réellement pris naissance,"60_{Einstein écrit : "Cette notion [de simultanéité]}

n'existe pour le physicien que s'il a trouvé la possibilité de vérier, dans le cas concret, si elle est ou si elle n'est pas exacte. Nous avons donc besoin d'une dénition de la simultanéité."61 _{L'exigence d'une dénition du concept de si-}

55_{Shankland, "Conversations with Albert Einstein" (1963), p. 49.}

56_{Albert Einstein, "Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreenden}

heuristischen Gesichtspunkt," Annalen der Physik, 17 (1905), 132-48.

57_{Einstein, Relativity, Special and General Theory, p. 19. A. Einstein, La Relativité : La-}

Théorie de la Relativité restreinte et générale ; La Relativité et le problème de l'espace (Paris : Petite Bibliothèque Payot, 1956), p. 28.

58_{Wertheimer, "Einstein," p. 219.}

59_{Henri Poincaré, La Science et l'Hypothèse (Paris : Flammarion, 1968), pp. 111-112. Henri}

Poincaré, Science and Hypothesis, with a preface by J. Larmor, unabridged republication of the rst English trans. (1905, rpt. New York : Dover, 1952), p. 90.

60_{Einstein, La Relativité, préface, pp. 5-6.} 61_{Ibid., p. 31.}

2.1. EINSTEIN ET LE DÉVELOPPEMENT DE LA THÉORIE DE LA RELATIVITÉ RESTREINTE17