relativité de Galilée et expérience de Michelson-Morley

[invite4251c47f]

J'ai vu un fil d'un certain ZOZO là dessus et j'avoue que les réponses apportées ne m'ont pas convaincu.

Imaginons une boite en plein espace et en mouvement uniforme rectiligne. Sauf erreur il n'existe pas d'expériences internes au référentiel qui permettent de savoir la vitesse de ce référentiel. Alors que signifie qu'on veuille connaitre la vitesse de la Terre dans l'espace dans l'expérience de Michelson ?

Les réponses données consistaient à dire qu'on mesurait la vitesse relative du vent d'éther et de l'interféromètre, mais je suis comme ZOZO, comment peut-on connaître une vitesse même relative quand on ne connait ni la vitesse de l'un (l'interféromètre) ni celle de l'autre (l'éther) ? dès lors la vitesse de la terre ne peut être que celle qu'on a trouvé : ZERO

[Olorin]

Salut à toi !

L 'experience que tu cites est décisive pour la physique de notre temps : elle marque le début d'une nouvelle ère et la fin des idées dominantes du 19eme siècle .

Dans l' expérience de Michelson on cherche dans un premier temps a mettre en évidence l ' existence de l' Ether , milieu hypothétique de propagation pour la lumière ( phénomene ondulatoire ) . L ' existence théorique de ce milieu a été partagé par de nombreux physiciens : Newton , Faraday , Maxwell , Fresnel , Michelson et j'en passe la liste serait longue ......En realité , les équations de l 'électromagnetisme présentent de troublantes analogies avec la mécanique des fluides , d' où l ' idée de les associées à un milieu doué de proprietés physiques telle une densité , une compressibilité
une équation d'état et pourquoi pas des constituants .

Michelson monte donc son experience dans l'espoir de démontrer l'existence de l'Ether : il utilise un interférometre inventé par lui-même qui permet de dedoubler un faisceau lumineux suivant 2 direction perpendiculaire et de detecter une difference de marche
( si il y en a ) des rayons : il y a alors intérference.
Les hypotheses de travail de l' experience incluent la considération suivante : l' Ether est un réferentiel absolu d'espace et de temps .
La Terre se deplace dans l 'Ether donc un rayon se deplaçant dans le sens de translation de la Terre est entrainé négativement et met plus de temps pour parcourir une même distance sur un bras de l'interférometre qu'un rayon se baladant en sens contraire , on doit alors detecter des interferences que l'on peut mesurer , car on connait la vitesse de la Terre .
Mais voila , on observe ...... rien , où en tout cas un résultat négatif par rapport à ce qu ' on prevoyait.
Ce résultat négatif sera le point de départ de la théorie de la relativité d ' Einstein .

[chaverondier]

Les réponses données consistaient à dire qu'on mesurait la vitesse relative du vent d'éther et de l'interféromètre. Comment peut-on connaître une vitesse même relative quand on ne connait ni la vitesse de l'un (l'interféromètre) ni celle de l'autre (l'éther) ? dès lors la vitesse de la terre ne peut être que celle qu'on a trouvé : ZERO

Il suffit d'imaginer que l'on est sur un bateau qui avance à une vitesse v sur l'eau. Je mesure le temps que met une onde à faire l'aller-retour entre l'arrière et l'avant du bateau. Si c est la célérité des ondes de surface et L la longueur du bateau, alors le temps que met une onde de surface à faire l'aller retour du bateau vaut T = L/(c-v)+ L/(c+v) au lieu de la période T0 = 2L/c correspondant au cas où le bateau est au repos. D'où T = T0/(1-v^2/c^2).

De même, si on mesure le temps mis par une onde pour faire un aller retour dans le sens transversal sur une longueur L aussi on trouve T' = T0/(1-v^2/c^2) (l'onde fait des zig zag. Un calcul utilisant Pythagore dans un triangle rectangle dont l'hypothénuse est cT'/2, le côté opposé vT'/2 et le côté adjacent [(cT')^2 - (vT')^2]^(1/2) = L permet d'obtenir ce résultat)

On n'a pas trouvé ce résultat. L'interféromètre de Morley Michelson n'a pas une longueur invariante comme le bateau. Le bateau ne se contracte pas lui, quand on le met en mouvement. La Relativité Galiléenne, dans laquelle les objets sont censés avoir une longueur indépendante de leur vitesse de déplacement et les horloges avoir une période indépendante elle aussi de leur vitesse de déplacement a donc été mise en défaut par le résultat de l'expérience de Morley Michelson.

Bernard Chaverondier

[invite4251c47f]

Votre explication est bien belle mais elle suppose que l'éther lui même est immobile, ce qui n'est pas prouvé (exemple : precession de lensthirring ou entrainement des référentiels) sinon, si l'expérimentateur bouge et l'éther aussi vous avez 2 inconnues pour une seule équation, et quelque soit votre ingénuosité vous n'en sortez pas.

[A voir en vidéo sur Futura]

[chaverondier]

Votre explication est bien belle mais elle suppose que l'éther lui même est immobile.

Immobile par rapport à quoi ?

Bernard Chaverondier

[invite4251c47f]

Immobile par rapport à quoi ?

Bernard Chaverondier

Immobile par rapport à un référentiel encore plus fondamentale que l'éther je suppose. (celui de Newton).

[invitec0db7643]

Immobile par rapport à un référentiel encore plus fondamentale que l'éther je suppose. (celui de Newton).

Immobile par rapport à un référentiel où toutes les horloges immobiles par rapport à lui indiquent simultanément la même heure, quelles que soient leurs positions au sein de ce référentiel.
En effet, quelle que soit la vitesse du référentiel dans lequel se trouve un observateur, celui ci peut considérer que toutes les horloges de son référentiel indiquent simultanément la même heure, mais ceci n'est physiquement vrai que dans un seul référentiel. Le seul problème est que les méthodes classiques basées sur des mesures de temps et de distance ne peuvent permettre de déterminer ce référentiel. En est il de même en utilisant des expériences quantiques basées sur le phénomène EPR? L'avenir nous le dira.

[invitea3fc981a]

Je dis peut-être une bêtise, mais la notion d'ether n'est-elle pas associée à celle de référentiel absolu ? L'éther serait ainsi considéré comme absolument immobile, et la lumière se déplacerait à c dans ce référentiel. Le but de l'expérience de Michelson & Morley était justement de déterminer que la vitesse de la lumière est différente dans le référentiel terrestre (par l'addition galiléenne des vitesses : v = v₁+v₂). Mais le résultat obtenu n'était pas celui attendu, ce qui a confirmé que la lumière se déplace bien à la même vitesse quelle que soit le référentiel dans lequel on se place, d'où abandon de l'éther et de la composition galiléenne des vitesses (remplacée par la composition relativiste des vitesses).

Ce n'est pas comme ça que ça s'est passé en gros ? :confused:

[invitec0db7643]

Je dis peut-être une bêtise, mais la notion d'ether n'est-elle pas associée à celle de référentiel absolu ? L'éther serait ainsi considéré comme absolument immobile, et la lumière se déplacerait à c dans ce référentiel. Le but de l'expérience de Michelson & Morley était justement de déterminer que la vitesse de la lumière est différente dans le référentiel terrestre (par l'addition galiléenne des vitesses : v = v₁+v₂). Mais le résultat obtenu n'était pas celui attendu, ce qui a confirmé que la lumière se déplace bien à la même vitesse quelle que soit le référentiel dans lequel on se place, d'où abandon de l'éther et de la composition galiléenne des vitesses (remplacée par la composition relativiste des vitesses).

Ce n'est pas comme ça que ça s'est passé en gros ? :confused:

Pour bien comprendre les observations liées à la relativité restreinte, il faut faire la différence entre ce qui est et ce que l’on perçoit. Je sais bien que ce n’est pas du domaine de la physique, qui ne s’intéresse qu’aux résultats des expériences et de leurs reproductibilités, mais c’est le seul moyen de bien appréhender ce qu’il se passe.
Michelson et Morley s’attendaient effectivement à observer des franges d’interférence permettant de déterminer la vitesse absolue de leur interféromètre c'est-à-dire de la terre à laquelle il était lié, car ils ne pouvaient connaître les phénomènes de contraction des longueurs et de dilatation du temps subi par les objets en mouvement.
Pour aborder ce qui se passe, et en raison de la difficulté d’écrire les équations sur ce site, on va prendre un exemple numérique.
On va considérer deux référentiels l’un fixe (toutes les horloges y indiquent simultanément la même heure) et l’autre se déplaçant à la vitesse V de 180 000 Km/s (les horloges y indiquent simultanément en fonction de leurs position un décalage dT = -VX/C^2, c'est-à-dire de 2 milliardième de secondes par mètre le long de l’axe des X)
Dans chacun de ces référentiels se trouve une règle fixe (par rapport au référentiel considéré) graduée de 0 à 2,4 m.
Aux extrémités de chaque règle se trouve d’un coté une source lumineuse et une horloge, et de l’autre un miroir et une autre horloge. On se propose de mesurer le temps que met la lumière à parcourir chacune des règles.
Dans le référentiel fixe. La règle fixe est parcourue par la lumière à une vitesse par rapport à elle de C. Elle mesure 2,4 m, elle sera donc parcourue dans les deux sens en 1,6 milliardièmes de seconde, c'est-à-dire 0,8 à l’aller et 0,8 au retour. Jusque là, rien de surprenant.
Pour la règle mobile, maintenant. A cette vitesse, la règle s’est contractée et ne mesure plus que 1,92 m. La lumière, à l’aller se déplace par rapport à elle à la vitesse C-V, c'est-à-dire 120 000 Km/s. Les 1,92 m seront donc parcourus en 1,6 milliardièmes de seconde. Ces 1,6 milliardièmes de seconde seront mesuré égale à 1,28 milliardième de seconde par les horloges du référentiel fixe en raison de la dilatation du temps qu'elles subissent. Mais puisque ce référentiel est en mouvement et que les différentes horloges sont décalées de 2 milliardièmes de seconde par mètre ce qui pour 2,4 mètres correspond à 0,48 milliardièmes de seconde, il faudra donc retrancher à 1,28 milliardièmes de secondes les 0,48. On obtient donc 1,28 – 0,48 = 0,8 c'est-à-dire le temps qu’on avait trouvé lorsqu’on avait mesuré dans le référentiel fixe le temps de parcours le long de la règle fixe.
Pour le retour le long de la règle mobile, la lumière se déplace par rapport à elle à la vitesse de V+C, c'est-à-dire de 480 000 Km/s. Les 1,92 m seront donc parcourus par la lumière en 0,4 milliardièmes de seconde ce qui mesuré dans le référentiel mobile représente 0,32 milliardièmes de seconde en raison de la dilatation du temps. On ajoute à ce temps les 0,48 milliardièmes de seconde correspondant au décalage entre l’horloge d’arrivée et celle de départ et on obtient un temps de 0,32 + 0,48 = 0,8 milliardième de seconde soit là aussi le temps trouvé lorsqu’on a mesuré le temps de parcours de la lumière le long de la règle fixe dans le référentiel fixe.
Ainsi, alors que le temps de parcours et physiquement le même à l’aller et au retour le long de la règle fixe dans le référentiel fixe, il n’est plus physiquement le même à l’aller et au retour le long de la règle mobile dans le référentiel mobile. 1,28 milliardième de seconde à l’aller et 0,32 au retour. Toutefois en raison du décalage dT = -VX/C^2 des horloges, on mesurera dans les deux cas 0,8 milliardièmes de seconde et on en conclura que le temps de parcours est observationnellement le même à l’aller et au retour et égal au temps mesuré le long de la règle fixe dans le référentiel fixe. Ceci quelle que soit la vitesse V du référentiel, et quelle que soit l’orientation de la règle par rapport au déplacement.
Ainsi, bien que la lumière se déplace par rapport à la règle mobile à la vitesse C-V à l'aller et C+V au retour, les observateurs du référentiel mobile mesureront dans les deux cas qu'elle se déplace à la vitesse C.

[Makalu]

Bonjour,

Les équations de Maxwell qui déterminent la propagation de la lumière ne sont pas invariantes dans des changements de référentiels galiléen. Or ces équations décrivent pourtant très bien les phénomènes optiques et électromagnétiques! Dans la théorie newtonienne, cela veut dire que les équations de Maxwell ne sont valables dans un référentiel bien particulier (si on change de référentiel les équations changent aussi!). Ce référentiel a été nommé ether et a été identifié comme étant le support de vibrations des ondes lumineuses. Comme la vitesse de la lumière est toujours égale à la même valeur, les scientifiques en ont conclu que l'ether ne devait être en mouvement avec aucun autre référentiel, donc que l'éther est "immobile". Newton avait justement postulé l'existence d'un tel référentiel "absolu" qui se trouvait ainsi matérialisé par cet ether...

[invitea3fc981a]

Heu Makalu ça c'est l'histoire de la fin du XIXe siècle... Car justement, Einstein a ensuite fait confiance aux équations de Maxwell en les considérant comme valables dans tous les référentiels (d'où l'invariance de la vitesse de la lumière), et partant de ce postulat de base a établi sa nouvelle théorie de la relativité...

L'éther, le référentiel absolu, sont ainsi devenus contradictoires avec la théorie de la relativité d'Einstein qui apportait de bien meilleurs résultats, ils ont donc été abandonnés.


Ne s'est-ce pas passé comme ça, ou je vis dans un autre monde ? :confused:

[invitec0db7643]

L'éther, le référentiel absolu, sont ainsi devenus contradictoires avec la théorie de la relativité d'Einstein qui apportait de bien meilleurs résultats, ils ont donc été abandonnés.

L'Ether n'était pas en contradiction avec la théorie de la relativité restreinte, mais juste inutile. Et puisqu'Einstein cherchait la théorie la plus simple possible, il a supprimé toutes les hypothèses inutiles, dont celle de l'Ether.

[invite3f2dff78]

Citation:

Posté par Konrad

L'éther, le référentiel absolu, sont ainsi devenus contradictoires avec la théorie de la relativité d'Einstein qui apportait de bien meilleurs résultats, ils ont donc été abandonnés.

L'Ether n'était pas en contradiction avec la théorie de la relativité restreinte, mais juste inutile. Et puisqu'Einstein cherchait la théorie la plus simple possible, il a supprimé toutes les hypothèses inutiles, dont celle de l'Ether..

Salut,

La logique nous fait dire que les vitesses s’ajoutent ou se retranchent proportionnellement au mouvement relatif de l’observateur par rapport à la vitesse de la perturbation qui est ici la lumière. On sait que la lumière est un phénomène ondulatoire qui « déplace » l’énergie sans déplacer la matière. Donc, l’observateur qui se déplace à l’intérieur d’un champ d’onde ne modifie aucunes des caractéristiques de celle-ci, les seules variations mesurables sont la différentiation de l’énergie originale de l’onde avec l’énergie "captée" par l’observateur. Cette valeur d’énergie, retranchée ou ajoutée à celle de l’onde, a la valeur absolue de la vitesse de mouvement de l’observateur par rapport au référentiel de l'onde. Or dans l’expérience de Michelson et Morley les miroirs de l'interféromètre sont dans un même référentiel, immobiles les un par rapport aux autres. Il semble donc qu’il soit, dans ses conditions, normal de n’avoir constater aucune variation de phase et don de vitesse de l’onde. Cependant, cette expérience semblerait être aussi en contradiction avec la théorie qui prévoie le rétrécissement des longueurs lorsqu’il y a déplacement. En effet, l’un des bras de l'interféromètre qui porte l’un des miroirs étant parallèle à la direction de la vitesse (non négligeable) de la rotation de la terre, aurait du subir les effets (certes infimes) dut aux « rétrécissements spatio-temporels » cela ne semble pas avoir été le cas. Mais je me trompe sûrement.

[chaverondier]

Dans l’expérience de Michelson et Morley, l’un des bras de l'interféromètre qui porte l’un des miroirs étant parallèle à la direction de la vitesse (non négligeable) de la rotation de la terre

ou plutôt à la vitesse de 370 km/s par rapport au Fond de Rayonnement Cosmique (si on considère le FRC comme un référentiel d'immobilité)

aurait du subir les effets (certes infimes) dus aux « rétrécissements spatio-temporels »

A la contraction de Lorentz en fait.

Cela ne semble pas avoir été le cas

Cela devait être le cas pour expliquer les résultats d'observation mais, à cette époque, prêter un caractère objectif à la contraction de Lorentz semblait absurde car on ne connaissait pas le caractère d'onde quantique stationnaire de la matière. Suite à la validation du principe de relativité par l’expérience de Morley-Michelson, supposer qu'il n'existait pas de milieu de propagation des ondes était possible car le principe de relativité rendait inobservable la vitesse de l’observateur par rapport à ce milieu. Supposer l’inexistence d’un milieu de propagation des ondes n’était pas nécessaire mais permettait d'éluder la question de l'interprétation de la contraction de Lorentz en lui faisant perdre tout caractère objectif (du moins tant que l'on s'intéresse à des mouvements de translation à vitesse constante, mais on n’en était pas encore à se poser des questions sur les effets relativistes de la rotation en terme de contraction de Lorentz). On pouvait dès lors interpréter la contraction de Lorentz comme une sorte d'illusion d'optique découlant du caractère de rotation hyperbolique de la transformation de Lorentz, un peu comme une tige de longueur L0 devient plus courte (longueur L0 cos (alpha)) aux yeux d'un observateur vis à vis duquel elle tourne d'un angle alpha (autour d'un axe perpendiculaire à cette tige). Toutefois, il est à noter que le caractère réciproque de la contraction de Lorentz ne marche pas en rotation. Le caractère objectif de la contraction de Lorentz ne peut pas être éliminé par une astuce interprétative dans ce cas (cf http://perso.wanadoo.fr/lebigbang/disque.htm ).

Bernard Chaverondier

[invite3f2dff78]

Cela devait être le cas pour expliquer les résultats d'observation

À quels résultats fais-tu allusion ?

Suite à la validation du principe de relativité par l’expérience de Morley-Michelson, supposer qu'il n'existait pas de milieu de propagation des ondes était possible car le principe de relativité rendait inobservable la vitesse de l’observateur par rapport à ce milieu

D’après Einstein, le principe de la relativité n’est pas antinomique avec un éther. Que le principe de relativité le rende inobservable n’est pas la preuve de sont inexistence. Morley-Michelson lors de leur expérience sont partis de l’a priori suivant lequel l’éther devait être une entité indépendante des forces de la matière, ils supposèrent donc que celui-ci avait un « vent » le vent d’éther. L’expérience n’ayant pas détecté de « vent d’éther », donc exit l’éther. (On peut remarquer que l’a priori de Morley-Michelson est peut conforme avec la rigueur d’une démarche scientifique) Cependant, si cette expérience « satisfait » au principe de Lorentz, elle n’exclue absolument pas l’éther. Celui-ci sous quelle forme que ce soit, est sûrement l’élément principal qui compose l’univers. D’ailleurs, certaines expériences attribuent une masse-énergie aux photons qui « sont » probablement l’une des composantes de l’éther- univers, les valeurs obtenues sont de :

6x10-16 eV ; relever par la sonde Charge Composition.
7x10-17 eV ; Roderic Lakes, sur balance de Cavendish. (cf masse photon)

Ces valeurs sont à comparer avec celle que je donnai dans le débat « La masse du photon 7_372e-51 Kg » ( cf ici ) et dont l’énergie de masse est égale à : 4,136x10-15 eV Cette valeur d’énergie de masse, entre dans une fourchette conforme avec les valeurs qui ont été relevées.

[invitec0db7643]

Salut,

Cependant, cette expérience semblerait être aussi en contradiction avec la théorie qui prévoie le rétrécissement des longueurs lorsqu’il y a déplacement. En effet, l’un des bras de l'interféromètre qui porte l’un des miroirs étant parallèle à la direction de la vitesse (non négligeable) de la rotation de la terre, aurait du subir les effets (certes infimes) dut aux « rétrécissements spatio-temporels » cela ne semble pas avoir été le cas. Mais je me trompe sûrement.

Si le référentiel de l’interféromètre se déplace à la vitesse V par rapport à celui de l’Ether, la vitesse de la lumière par rapport au bras perpendiculaire au déplacement sera : (C^2 – V^2)^1/2 et sa vitesse par rapport au bras parallèle au déplacement sera C-V à l’aller et C+V au retour. Or, le temps de parcours aller retour de la lumière doit être le même aussi bien le long du bras perpendiculaire que le long du bras parallèle au déplacement. Ceci impose que l’interféromètre se contracte dans le sens du déplacement. C’est parce que Michelson et Morley ne pouvaient avoir connaissance de cette contraction qu’ils espéraient pouvoir mesurer la vitesse absolue de l’interféromètre. Ainsi, non seulement expérience n’est pas en contradiction avec la contraction des longueurs, mais suffit à déterminer les équations qui régissent cette contraction. A vrai dire, cette expérience associée aux observations de de Sitter qui montre que la vitesse de la lumière est indépendante de la vitesse de la source suffit pour déterminer toutes les équations de la relativité restreinte, à savoir, dans l’ordre, dilatation du temps, contractions des longueurs, effet Doopler relativiste, équations de Lorentz, loi de composition des vitesses, etc.
Le seul problème, c'est que la règle posée le long de n'importe quel bras de l'interféromètre subira la même contraction que lui, et sa contraction ne sera donc pas mesurable par l'observateur du référentiel de l'interféromètre.

[invite3f2dff78]

A vrai dire, cette expérience associée aux observations de de Sitter qui montre que la vitesse de la lumière est indépendante de la vitesse de la source suffit pour déterminer toutes les équations de la relativité restreinte, à savoir, dans l’ordre, dilatation du temps, contractions des longueurs, effet Doopler relativiste, équations de Lorentz, loi de composition des vitesses, etc.

Ce n’est à vrai dire pas une vitesse, car si tel était le cas, il y aurait déplacement de matière or nous savons que l’onde est une vibration du milieu où elle se propage dont la célérité dans ce milieu ne dépend que des caractéristiques des éléments qui le compose ce milieu. Sil en était autrement, la célérité serait alors une vitesse, qui dit vitesse dit forces d’inerties. C’est pourquoi résonner en termes de vitesse pour désigner la progression d’une onde, peut prêter à confusion. L’onde se propage sans la moindre contrainte inertielle, et donc les conséquences sont le transport, sans la moindre dépense de l’énergie.

Alors existe t’il un quelconque « rétrécissement » d’une règle ou de l’espace ? Un « étirement » du temps ? Certaines formules mathématiques pourraient le laisser supposer mais aucune expérience ne peut le démontrer. Si j’observe un observateur à l’intérieur d’un champ d’onde, j’imagine parfaitement son déplacement à l’intérieur d’un ensemble composé des « vagues » tridimensionnelles d’ondes progressives ( un peux comme les dunes de sable sahariennes que l’on imagine mobiles) et dont les distances spatiaux-temporelles qui séparent deux crêtes peuvent être allongées ou raccourcies, par rapport au différentiel de l’observateur, et cela par les simples mouvements de ce dernier. Les modifications spatiaux-temporelles ne concernent que le temps et l’espace « vécut », entre deux crêtes, par l’observateur. Le milieu n’a évidemment subit aucune modification d’espace ou de temps, tout au plus il a perdu une infime fraction de sont énergie qui est égale à celle prélevée dans le système par l’observateur.

[chaverondier]

L'éther, le référentiel absolu, sont ainsi devenus contradictoires avec la théorie de la relativité d'Einstein qui apportait de bien meilleurs résultats, ils ont donc été abandonnés.

Ce n'est pas avec la Relativité Restreinte que l'éther était incompatible, mais avec la relativité de Galilée. En effet, l'éther autorise la propagation d'interactions à vitesse finie indépendante de leur source comme les interactions électromagnétiques par exemple. Au contraire, les seules interactions se propageant à vitesse indépendante de leur source compatibles avec la relativité de Galilée sont les interactions se propageant à vitesse infinie (les actions instantanées à distance). Bref, l'hypothèse de l'éther exigeait la réfutation de la relativité de Galilée et l'expérience de Morley Michelson a apporté la confirmation de cette réfutation.

Benard Chaverondier

[Makalu]

Bonsoir,

Je te conseille d'aller lire le dossier de futura science sur la relativité...