Comment le jeune et ambitieux Einstein s'est approprié la Relativité restreinte de Poincaré

électromagnétique à partir de deux paramètres
mesurés au cours d’expériences d’électrostatique et de magnétisme. Il trouve
que cette vitesse est très précisément égale à la vitesse de propagation de la
lumière qui a été mesurée plus d’une décennie auparavant par Fizeau. Ceci l’amène
à l’idée que la lumière est également une onde électromagnétique, réalisant
ainsi l’unification de l’électricité, du magnétisme et de l’optique en une
seule et splendide théorie.
La lumière est-elle soluble dans l’éther ?
    La théorie ondulatoire de la lumière remise au goût du jour
par Augustin Fresnel va poser un problème fondamental aux savants du XIX e siècle. En effet, les ondes d’autre nature que lumineuse, se propagent de
proche en proche grâce à un support connu, différent selon le phénomène
considéré. Les ondes sonores, par exemple, se déplacent dans l’air grâce aux
mouvements vibratoires des molécules qui constituent ce gaz. Lorsqu’une corde
tendue vibre en émettant un son, ses vibrations se transmettent aux molécules
du gaz qui heurtent la corde ; à leur tour, ces vibrations moléculaires
excitent les molécules voisines qui se mettent en mouvement, et le son se
transmet ainsi vers l’oreille. Les vibrations de la corde du violon qui « frémit
comme un cœur qu’on afflige » s’insinuent dans le canal auriculaire jusqu’au
tympan de l’auditeur, grâce au support que constitue l’air ambiant.
     
    Les tremblotements lumineux cherchent un support
    Quel support la lumière emprunte-t-elle pour voyager d’une
étoile émettrice jusqu’à l’œil qui la regarde ? Malebranche avait déjà
imaginé un certain « éther » pour transmettre les tremblotements
lumineux. Les corpuscules lumineux de Newton, au moins, ne posaient pas ce
problème. Pour que la théorie de Fresnel demeure cohérente, il faut de nouveau
inventer un milieu servant de supports aux ondes lumineuses. C’est
naturellement ce que fait Fresnel, et l’éther lumineux réapparaît. On l’imagine
comme une substance élastique qui imprègne tous les corps, et même le « vide »
qui ainsi ne l’est plus vraiment. Les physiciens partent alors à la recherche
de ce nouveau Graal mystérieux, essayant de le mettre en évidence à l’aide de
multiples expériences. Mais celles-ci vont aboutir à une énorme surprise
montrant que la vitesse de la lumière n’obéit pas à la relativité de Galilée. Retenons
deux de ces expériences parmi les plus célèbres, et qui montrent
essentiellement que la loi d’addition des vitesses de la relativité galiléenne
n’est pas vérifiée par la lumière.
     
    De la lumière dans l’eau courante
    L’expérience réalisée par Hippolyte Fizeau, en 1851, part de
l’idée que si un milieu réfringent est en mouvement, on peut penser que l’éther
lumineux est entraîné par ce milieu. La vitesse de la lumière doit alors
résulter de l’addition de la vitesse de la lumière dans l’éther et de celle de
l’éther éventuellement entraîné.
    Afin de mettre en évidence un entraînement de l’éther, Fizeau
étudie l’influence de la vitesse d’un courant d’eau sur la vitesse de la
lumière. De l’eau circule dans un tube en U, en verre, dont les deux branches
parallèles sont de même longueur. Deux rayons lumineux issus d’une même source
ponctuelle, donc en phase au départ, sont envoyés à l’aide d’une lame
semi-transparente, à travers les deux branches du tube. Les trajets parcourus
par les rayons sont de même longueur mais un rayon circule dans le même sens
que le courant d’eau alors que l’autre va en sens inverse du courant. Les
rayons sont renvoyés par un miroir, et ils viennent interférer en fin de parcours.
    Si l’on suppose que l’éther lumineux est un milieu entraîné
par le courant d’eau, la vitesse du rayon lumineux est différente dans chaque
branche du tube. Les chemins optiques suivis par les deux rayons qui
interfèrent sont donc différents, et l’on doit observer un déplacement des
franges d’interférence en fonction de la vitesse de l’eau.
    Fizeau observe bien un déplacement des franges d’interférence,
mais les résultats expérimentaux montrent que la vitesse de la lumière dans un
courant d’eau allant dans un même sens que le rayon lumineux, est donnée par
une expression mathématique qui ne correspond pas à la formule d’addition des
vitesses de la lumière et de