Les mystères du temps : De Galilée à Einstein

Livre à réserver aux scientifiques munis d'un outillage conceptuel en physique assez considérable. On ne peut pas parler de vulgarisation grand public, mais plutôt d'un cours de relativité restreinte et générale à l'intention d'un public en recherche d'approfondissement.
Démonstration : « Plus précisément, ce théorème stipule que toute solution à symétrie sphérique de l'équation d'Einstein, dans le vide et à l'extérieur du corps central, doit être statique et asymptotiquement plate. La métrique de Schwarzschild s'applique à tout corps respectant la symétrie sphérique même si celui-ci gonfle ou se rapetisse radialement. »
Si vous avez compris après trois lectures, c'est que vous êtes scientifiques (à ajouter dans votre présentation ?), sinon c'est que ce livre n'est pas vraiment fait pour vous. Pour qui alors ? Des étudiants en sciences (physique s'entend) à partir d'un master, des professeurs de cette matière.
Car ce livre est bien fait, très bien réalisé avec une volonté explicative assez marquée (schémas, équations mathématiques illustrant l'explication). Ce n'est certes pas parfait (les schémas par exemple) car le sujet est ardu mais c'est le mieux que j'ai pu voir dans ce style.
Pour ceux que cela intéresse (y aurait-il des scientifiques sur Babelio ?), je résume l'organisation de cet ouvrage :
On commence chronologiquement avec la physique classique, c'est le côté compréhensible par tous puisque les équations sont simples et modélisent ce que nos sens perçoivent (ou nous permettent d'imaginer par exemple lorsque les corps se meuvent sans frottement) : chute des corps, mesure du temps par Galilée, abandon des concepts faux d'Aristote, passage aux lois de Newton . . . effet Doppler classique.
On arrive aux premières difficultés : La dualité ondes corpuscule, les problèmes de conceptualisation commencent, la lumière entre dans le domaine des ondes électromagnétiques de Maxwell, c'est la grande unification du XIX siècle. On « invente » l'éther comme milieu de propagation pour justifier sa nature ondulatoire. L'impossibilité de mesurer la moindre variation de la célérité de la lumière sur terre est justifiée par l'entraînement par celle-ci de ce milieu imaginaire.
A chaque nouvel obstacle, une réponse mathématique que les physiciens doivent ensuite conceptualiser. L'échec de l'expérience de Michelson et Morlay par exemple : Lorentz explique que les corps en mouvement dans l'Ether se contractent en la traversant . . . Poincaré trouve ces explications peu convaincantes et pose sans le savoir des bases mathématiques qui vont servir à l'édification de la relativité.
Cette troisième partie est consacrée au bond conceptuel réalisé par Einstein. L'auteur passe ici beaucoup de temps à signifier la singularité de cet apport. C'est pour moi exagéré car en poussant le raisonnement à l'extrême, il signifie qu'aujourd'hui nous n'aurions toujours pas « accouché » d'une théorie satisfaisant aux observations sans ce grand physicien. On retrouve dans cette vision le travers de la personnalisation de la recherche au détriment d'une vision plus coopérative, faite d'échanges et de fertilisation des esprits. Mais ceci n'est qu'une parenthèse (importante quand même si on y réfléchit).
Le temps devient donc relatif : il ne s'écoule pas de la même manière dans un référentiel fixe que dans un second en mouvement uniforme par rapport à ce premier. C'est la relativité restreinte. La célérité de la lumière, 300 000 km par seconde devient une constante fondamentale de la physique et la limité absolue pouvant être atteinte dans l'univers. A cette vitesse, pour la particule sans masse en déplacement, le temps propre s'arrête . . . le fameux paradoxe des jumeaux . . .
L'auteur prend le temps d'expliquer toutes les expériences menées pour valider les concepts imaginés à partir de ce moment, et à déconstruire certaines idées fausses pour l'édification du scientifique. L'expérience de Hafele et Keating qui firent voler deux avions pour un tour autour de la Terre à peu près équatorial (la durée totale était d'une quarantaine d'heures) en embarquant un ensemble de quatre horloges atomiques à bord de chacun des avions. Résultat de la comparaison avec la mesure terrestre : première confirmation de la durée mesurée différente ! Quelques centaines de nanosecondes certes mais à 10% près des prédictions !
Ensuite vient le temps de la généralisation de cette relativité restreinte : c'est le changement de conception de ce que nous appelons « la force d'interaction gravitationnelle ».
Cette relativité générale est une théorie de l'espace, du temps et de la gravitation qui inclut la relativité restreinte comme cas limite. Cela veut dire que, en l'absence de gravitation (et donc d'une accélération) , toutes les prédictions de la relativité générale sont identiques à celles de la relativité restreinte. Cette fin de livre est très ardue bien sûr... Les quelques traits lumineux s'en échappant sont les descriptions d'expériences qui semblent confirmer les prédictions de la relativité générale.
Le tour d'horizon s'achève, ma montre indique que j'y ai passé trop de temps, je vais donc retourner dormir pour oublier toutes ces horloges désynchronisées !