L'éther dans l'ABC de la relativité de Russell

[haroldf]

Bonsoir,

Ma question peut sembler obsolète, compte tenu, me semble-t-il, de l'abandon de la notion d'éther depuis Einstein. Mais précisément, mon problème est que lorsque Russell retrace les grandes lignes de l'astro-physique qui précède Einstein, il y fait référence notamment dans un passage du chapitre III qui fait difficulté. Je retranscris ici le passage en question :

"Les ondes étant censées se déplacer dans l'éther, leur vitesse était nécessairement relative par rapport à l'éther. Or puisqu'il est clair que l'éther (à supposer qu'il existe) n'offre aucune résistance au mouvement des astres, il serait légitime de penser qu'il ne se déplace pas avec eux. Si la terre devait chasser devant elle une grosse quantité d'éther, telle l'étrave d'un paquebot en marche, on s'attendrait à une résistance de la part de l'éther, analogue à la résistance de l'eau au déplacement du bateau. Aussi, on déclara que l'éther aurait le don de traverser les corps, comme l'air traverse un crible, mais plus facilement encore. S'il en était ainsi, il s'ensuivait que la vitesse de la terre sur son orbite devait être relative par rapport à l'éther." ABC de la relativité, Ch. III, p. 31.

Mais précisément, si l'éther n'offre aucune résistance, et traverse les corps insensiblement, sans les heurter, la vitesse de la terre sur son orbite ne sera jamais "relative par rapport" à l'éther, puisqu'elle sera continue, et ne connaitra ni ralentissement, au moment où sa trajectoire remontera le courant du vent d'éther, ni accélération, au moment où sa trajectoire descendra le courant du vent d'éther, de même que si l'eau n'offrait pas de résistance, une barque qui naviguerait à contre-courant n'irait pas moins vite qu'une barque naviguant dans le sens du courant.
Le problème est qu'après Russell reprend cette explication pour expliquer pourquoi l'expérience de Michelson et Morley posa problème (car deux trajectoires perpendiculaires d'ondes lumineuses étaient parcourues en un même temps, alors que celle qui dont la trajectoire était parallèle au sens du courant du vent d'éther aurait dû voyager plus lentement que celle qui lui était perpendiculaire). Ce qui m'étonne c'est qu'après le passage cité, les conclusions que tire Russell devraient être diamétralement opposées à celles qu'il semble tirer. Autrement dit, à partir du moment où l'on considère que le vent d'éther n'offre aucune résistance, en cela parce qu'il traverse les corps mieux que le vent ne traverse un crible, alors ni "la vitesse de la terre sur son orbite" ni "la vitesse des ondes lumineuses" ne devraient être relatives par rapport à l'éther, mais bien plutôt absolues et indépendantes de l'action de l'éther sur elles.

Je suppose donc que j'ai mal compris quelque chose, ou bien à cause de la formulation du problème, ou bien parce que je ne l'approche pas selon le bonne angle. L'oeuvre est disponible en anglais, sur Google Livre (http://books.google.fr/books?id=QmnY...page&q&f=false). L'extrait est situé au chapitre III, à la page 27 de l'édition anglaise.

Si l'un de vous peut m'éclairer à ce sujet, s'il connait l'ouvrage et réussi à replacer l'extrait dans son contexte, ce serait génial !
-----

[Deedee81]

Salut,

Mais précisément, si l'éther n'offre aucune résistance, et traverse les corps insensiblement, sans les heurter, la vitesse de la terre sur son orbite ne sera jamais "relative par rapport" à l'éther, puisqu'elle sera continue, et ne connaitra ni ralentissement, au moment où sa trajectoire remontera le courant du vent d'éther, ni accélération, au moment où sa trajectoire descendra le courant du vent d'éther, de même que si l'eau n'offrait pas de résistance, une barque qui naviguerait à contre-courant n'irait pas moins vite qu'une barque naviguant dans le sens du courant.

Vitesse relative ne veut pas dire "résistance, orbite non continue, ralentissement..." Ca veut simplement dire que si on mesure la vitesse de l'un et la vitesse de l'autre, dans un référentiel donné, on peut comparer. C'est tout. Ni plus ni moins. Les vitesses sont toujours relatives (il faut forcément une référence par rapport à laquelle on mesure cette vitesse, relativement à cette référence), c'est incontournable.

Ici la vitesse de l'éther aurait pu se mesurer en vérifiant comment se comporte la vitesse de la vitesse dans le référentiel terrestre. Suivant la vitesse de l'éther dans ce référentiel, la vitesse de la lumière aurait dû être différente selon les directions.

Il faut aussi préciser (je ne sais pas si Russel le fait) que l'observation de l'aberration stellaire et l'absence de distorsion dans les images du ciel prouvait que l'éther devait être immobile dans le référentiel héliocentrique.

C'est donc l'ensemble des expériences (auxquelles il faut aussi absolument ajouter les expériences de Fizeau et Foucault sur la vitesse de la lumière dans différents milieux y compris en mouvement et qui donnaient un entrainement partiel de l'éther !) qui mène à deux conclusions :
1) La vitesse de la lumière ne semblait pas relative à cet hypothétique éther. C'était là l'effondrement du modèle mécanique qui postulait que la lumière n'était rien d'autre qu'une vibration mécanique de cet éther. Le doute avait déjà commencé au début du dix-neuvième siècle quand on avait découvert la polarisation de la lumière impliquant des vibrations transversales (seulement possibles dans un éther plus solide et rigide que le plus dur des aciers) et l'électromagnétisme a également semé le doute (il prédit une vitesse 'c' qui ne semble pas faire référence à un référentiel particulier). Les expériences diverses et variées, ajoutons aussi celles nombreuses sur l'électromagnétisme, ont fini pas tuer ce modèle mécanique. L'éther a perdu toute substance (sans jeu de mot) pour n'être plus qu'un ensemble de référentiels par rapport auxquels se définit la vitesse de la lumière (les référentiels où elle aurait valu 'c').

2) La vitesse de la lumière est invariante (elle ne dépend pas du référentiel dans laquelle on la mesure). Ce pas beaucoup plus difficile à franchir (il invalide même la cinématique galiléenne) ne fut définitivement franchi que par Einstein.

[Amanuensis]

Très bon résumé.

[haroldf]

OK. Mais je ne comprends pas pourquoi Russell semble passer du fait que l'éther traverse les astres au fait que "la vitesse de la terre sur son orbite est relative par rapport à l'éther". Je ne conçois pas bien le lien logique.

Vous me dites :

"Vitesse relative ne veut pas dire "résistance, orbite non continue, ralentissement..." Ca veut simplement dire que si on mesure la vitesse de l'un et la vitesse de l'autre, dans un référentiel donné, on peut comparer. C'est tout. Ni plus ni moins. Les vitesses sont toujours relatives (il faut forcément une référence par rapport à laquelle on mesure cette vitesse, relativement à cette référence), c'est incontournable."

Mais pourtant, immédiatement après après le passage que j'ai cité, Russell reprend :

"Si en un point de l'orbite la translation de la terre était exactement parallèle au mouvement de l'éther, il fallait qu'en d'autres points elle le recoupe, et que sa vitesse augmente en proportion."

À ce stade, Russell se place avant Einstein, donc il essaye de se replacer dans la logique des expériences de l'époque. Or, il semble bien que si Michelson et Morley ont tenté cette expérience, ils l'ont tentée en considérant que le sens du vent d'éther devait influer directement sur la vitesse de la lumière de manière à la ralentir à "contre-vent", comme Russell, lorsqu'il retrace les contours des conceptions qui précède Einstein, semble affirmer que la direction du vent d'éther, quelle qu'elle soit, doit ralentir la rotation de la terre, nécessairement.
Or comme il vient précisément de noter que l'éther n'est pas déplacé par la terre comme l'eau par un paquebot, je ne comprends pas comment il peut en arriver là...

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

OK. Mais je ne comprends pas pourquoi Russell semble passer du fait que l'éther traverse les astres au fait que "la vitesse de la terre sur son orbite est relative par rapport à l'éther". Je ne conçois pas bien le lien logique.

C'est dans l'hypothèse ou l'éther est immobile dans le repère héliocentrique.

Mais pourtant, immédiatement après après le passage que j'ai cité, Russell reprend :
"Si en un point de l'orbite la translation de la terre était exactement parallèle au mouvement de l'éther, il fallait qu'en d'autres points elle le recoupe, et que sa vitesse augmente en proportion."

Heu, là je dois dire que j'ai du mal à comprendre la phrase "le recoupe", c'est quoi "le" ? Et : "sa vitesse", c'est la vitesse de la Terre , de l'éther, dans quel référentiel ?

Bizarre.

.... semble affirmer que la direction du vent d'éther, quelle qu'elle soit, doit ralentir la rotation de la terre, nécessairement.
Or comme il vient précisément de noter que l'éther n'est pas déplacé par la terre comme l'eau par un paquebot, je ne comprends pas comment il peut en arriver là...

Si c'est bien ce qu'il veut dire, ce n'est en effet pas cohérent. Il ne veut pas plutôt parler d'une variation de la vitesse relative (terre-éther) avec la position, avec la direction (voire avec les saisons si l'éther n'est pas immobile dans le référentiel héliocentrique) ??? (tout comme un bateau est vent arrière ou vent debout selon son orientation)

[Deedee81]

Russel est francophone ? (je demande ça car par hasard, du week end, j'ai lu un article donnant la critique d'un livre, jugé excellent, mais où le critique déplore la traduction parfois déplorable. Le traducteur ne s'étant pas bien informé sur le sens de certains mots dans le contexte scientifique concerné).

[haroldf]

"C'est dans l'hypothèse ou l'éther est immobile dans le repère héliocentrique."

D'accord, mais précisément comme il parle de vent d'éther, je supposais que Russell se plaçait dans le cadre d'une théorie où l'éther n'était pas encore conçu comme immobile mais plus ou moins comme un courant venteux qui traverse les corps insensiblement (d'où je supposais aussi qu'il ne devait pas avoir d'influence sur le mouvement terrestre, ni sur celui des ondes lumineuses).

"Heu, là je dois dire que j'ai du mal à comprendre la phrase "le recoupe", c'est quoi "le" ? Et : "sa vitesse", c'est la vitesse de la Terre , de l'éther, dans quel référentiel "

J'ai compris qu'en somme, si le vent d'éther "souffle" (je n'ai pas d'autres mots) dans une certaine direction, il faut qu'à certains moments la terre, ayant parfois un mouvement parallèle à l'éther (et parfois perpendiculaire), aille à contre-courant, et à d'autres dans le sens de l'éther ce qui aurait pour effet d'accélérer son mouvement (et parfois en travers). De plus, dans la phrase qui suit, Russell prend l'exemple d'un homme qui marcherait en rond un jour venteux, et expliquant que nécessairement, à un moment il ira contre le vent, et à d'autres avec lui.

"Si c'est bien ce qu'il veut dire, ce n'est en effet pas cohérent. Il ne veut pas plutôt parler d'une variation de la vitesse relative (terre-éther) avec la position, avec la direction (voire avec les saisons si l'éther n'est pas immobile dans le référentiel héliocentrique) ??? (tout comme un bateau est vent arrière ou vent debout selon son orientation)"

Je ne sais pas, et précisément j'espère qu'il parle d'autre chose que ce que je crois comprendre, car je trouve cela illogique.

"Russel est francophone ? (je demande ça car par hasard, du week end, j'ai lu un article donnant la critique d'un livre, jugé excellent, mais où le critique déplore la traduction parfois déplorable. Le traducteur ne s'étant pas bien informé sur le sens de certains mots dans le contexte scientifique concerné)."

Ce pourrait être une explication : Russell est anglais. Mais la version anglaise est disponible sur Google Livre (http://books.google.fr/books?id=QmnY...page&q&f=false). Le passage se situe au chapitre III, p. 27. Mais je ne comprend pas beaucoup mieux le passage en anglais, et il me semble que le sens ne diffère pas avec la traduction - je vous laisse en juger.

[Amanuensis]

Russel est francophone ? (je demande ça car par hasard, du week end, j'ai lu un article donnant la critique d'un livre, jugé excellent, mais où le critique déplore la traduction parfois déplorable. Le traducteur ne s'étant pas bien informé sur le sens de certains mots dans le contexte scientifique concerné).

Le lien au texte anglais est donné dans le premier message, suffit d'aller voir...

Par exemple "recoupe" semble traduire "through" dans "it must at other points be moving through it all the faster".

On peut effectivement douter de la qualité de la traduction, si j'ai bien identifié le passage.

[haroldf]

Certes mais l'idée reste la même : dans la logique du passage, le mouvement du vent d'éther influe sur celui de la terre (et a fortiori sur celui des ondes lumineuses) alors que précisément, s'il est censé passer à travers eux, la question ne se pose plus - la terre comme la lumière n'est jamais à contre-courant ni dans le sens du vent d'éther ; elle tourne sans être influencée par sa position parallèle ou perpendiculaire par rapport au mouvement de l'éther. "Through" s'oppose à "with" et l'idée centrale reste la même, bien que la traduction nécessite comme souvent un étoffement (les prépositions en anglais sont souvent remplacées par des verbes en français).

[Amanuensis]

Certes mais l'idée reste la même : dans la logique du passage, le mouvement du vent d'éther influe sur celui de la terre

Je ne comprends pas le passage ainsi. Le passage "So far, all (...) one of these days" a pour seul propos de montrer qu'à au moins un point de son orbite la Terre a un mouvement relatif par rapport à l'éther (dans le cadre des hypothèses indiquées par l'auteur).

[haroldf]

Le passage "So far, all (...) one of these days" a pour seul propos de montrer qu'à au moins un point de son orbite la Terre a un mouvement relatif par rapport à l'éther (dans le cadre des hypothèses indiquées par l'auteur).

C'est-à-dire ? Pourquoi il en passe par des explications sur la question de savoir si oui ou non l'éther est déplaçable par un astre pour en arriver là ?
Et surtout dans quelle mesure ce qu'il explique dans ce passage permet de justifier qu' "à au moins un point de son orbite, la Terre a un mouvement relatif par rapport à l'éther" ? Cette relativité entre le mouvement de la Terre et celui de l'éther "veut simplement dire que si on mesure la vitesse de l'un et la vitesse de l'autre, dans un référentiel donné, on peut comparer" ?

C'est exactement ce que je cherche en fait, quelqu'un qui puisse comprendre le passage d'une façon qui rende justice à sa logique (Russell étant un des plus grands logiciens du XXe, je doute qu'il se soit permis d'être illogique dans un ouvrage de vulgarisation).

[haroldf]

Je crois avoir compris.

J'ai trouvé cela sur la page Wikipédia de l'expérience Michelson & Morley :


"Cette expérience a été conçue par Michelson pour mesurer la vitesse de la lumière dans son support supposé (l'éther) et en se basant sur la loi classique d'addition des vitesses. Il est apparu que la Terre sur son orbite avec une vitesse d'environ 30 km/s par rapport au Soleil était le laboratoire idéal pour déceler une variation de la vitesse de la lumière sur des parcours identiques en longueur mais qui devaient être différents en temps selon qu'ils seraient dans le sens du mouvement ou perpendiculairement au vent d'éther."

En somme, Russell commencerait par expliquer que la lumière se meut dans l'éther (the waves were supposed to be in aether, (...) and their velocity ought to be relative to the aether". Mais on savait que l'éther ne partageait pas le mouvement des astres, et que ceux-ci ne le déplaçaient pas ("it does not share their motion"). Donc on en a conclut que l'éther traversait les corps ("aether could pass through bodies"). De fait, bien que l'éther n'influe pas sur la vitesse de rotation de la terre, il n'en reste pas moins que leurs deux mouvements (celui de la Terre et celui de l'éther) sont relatifs, dans le sens expliqué plus haut, c'est-à-dire simplement qu'ils sont comparables dans un référentiel donné.
D'où on peut affirmer que nécessairement, à 6 mois d'intervalles, la Terre aura nécessairement changé de position par rapport à la direction dans laquelle souffle le vent d'éther. Donc, bien que le mouvement du vent d'éther n'influe pas sur la vitesse de rotation terrestre (puisqu'il la traverse), la Terre adoptera successivement deux positions, dans le sens de ce mouvement ou à contre-courant, et cela quoique sa vitesse ne change pas (encore qu'à ce moment là, je ne comprends pas pourquoi Russell rajoute : "it must at other points be moving through it all the faster").
Et ce sera à partir de ce constat - que la Terre adoptera dans son orbite des positions parallèles et perpendiculaires au vent d'éther - que Michelson et Morley ont, eux, supposé que comme la direction dans laquelle souffle le vent d'éther influe sur la vitesse des ondes (bien qu'elle n'influe pas sur celle des corps), deux signaux lumineux partant dans deux directions perpendiculaires mais couvrant la même distance devraient être inégalement rapides, et ce d'autant plus si on effectue la même expérience à 6 mois d'intervalles, puisque la terre aura renversé son rapport au mouvement du vent d'éther.

Peut-être me manque-t-il une donnée parce que je ne comprends encore pas pourquoi la Terre devrait bouger "all the faster" au moment où elle recoupe le mouvement du vent d'éther.

[Amanuensis]

Je crois avoir compris.(...)

C'est en ligne avec ce que crois comprendre du texte anglais.

Peut-être me manque-t-il une donnée parce que je ne comprends encore pas pourquoi la Terre devrait bouger "all the faster" au moment où elle recoupe le mouvement du vent d'éther.

Une suggestion:

Si la vitesse de la Terre relative à l'éther n'était jamais nulle, sa vitesse max par rapport à l'éther pourrait être inférieure à 60 km/s.

(v + vt est maximale en module quand v et vt sont colinéaires et dans le même sens. Si v+vt peut s'annuler alors v est est de 30 km/s en module, d'où un max de 60 km/s. A contrario, si on suppose v=0, le max est 30 km/s.)

[haroldf]

Je reviens à la charge car il reste un certain nombre de choses que je ne comprends pas.

Ici la vitesse de l'éther aurait pu se mesurer en vérifiant comment se comporte la vitesse de la vitesse dans le référentiel terrestre. Suivant la vitesse de l'éther dans ce référentiel, la vitesse de la lumière aurait dû être différente selon les directions.

Il faut aussi préciser (je ne sais pas si Russel le fait) que l'observation de l'aberration stellaire et l'absence de distorsion dans les images du ciel prouvait que l'éther devait être immobile dans le référentiel héliocentrique.

Vous me dîtes que l'éther était censé être immobile dans le référentiel héliocentrique, alors comment se peut-il qu'il soit en mouvement dans le référentiel terrestre ? De plus, comment ce mouvement peut-il avoir un direction différente en fonction de l'orbite terrestre alors même qu'il est immobile dans le référentiel héliocentrique, et donc n'a ni vitesse ni direction ?

[Amanuensis]

La Terre (et le référentiel terrestre) se déplace par rapport au référentiel héliocentrique. Donc quelque chose d'immobile par rapport à l'héliocentrique se déplace dans le référentiel terrestre.

[haroldf]

Mais alors quand Russell dit : "si en un point de l'orbite, la translation de la terre était exactement parallèle au mouvement de l'éther (...)", le mouvement de l'éther doit pourtant bien être un mouvement dans le référentiel héliocentrique, non ?

[Deedee81]

Salut,

Mais alors quand Russell dit : "si en un point de l'orbite, la translation de la terre était exactement parallèle au mouvement de l'éther (...)", le mouvement de l'éther doit pourtant bien être un mouvement dans le référentiel héliocentrique, non ?

Je ne vois pas moyen de l'interpréter autrement.

Je suppose que dans le passage en question il est dans l'hypothèse "et si l'éther était en mouvement dans le système héliocentrique".

[Nicophil]

Bonjour,

Michelson & Morley supposaient que le Soleil était au repos dans l'éther.
Leur expérience leur montra que non.

[haroldf]

D'accord ! C'est bien ce qu'il me semblait. Et donc, à certains moments, les signaux colinéaires avec le vent d'éther envoyés depuis la Terre auraient dû mettre plus de temps à parcourir la même distance parce la vitesse de la lumière en était proportionnellement ralenti par rapport à la Terre, dans la mesure où l'éther allait à contre-courant du mouvement de la Terre sur son orbite, et donc que le mouvement de la Terre par rapport à l'éther s'était accéléré, c'est ça ?

(c'est une réponse directe à DeeDee, je n'avais pas encore lu le message de Nicophil.)

[Deedee81]

Salut,

D'accord ! C'est bien ce qu'il me semblait. Et donc, à certains moments, les signaux colinéaires avec le vent d'éther envoyés depuis la Terre auraient dû mettre plus de temps à parcourir la même distance parce la vitesse de la lumière en était proportionnellement ralenti par rapport à la Terre, dans la mesure où l'éther allait à contre-courant du mouvement de la Terre sur son orbite, et donc que le mouvement de la Terre par rapport à l'éther s'était accéléré, c'est ça ?

(c'est une réponse directe à DeeDee, je n'avais pas encore lu le message de Nicophil.)

Réponse direct : c'est ça.