henri Poincaré

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La relativité

Depuis les célèbres expériences de Heinrich Hertz sur la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques dans l'air (1888), la théorie du champ électromagnétique de Maxwell semblait capable de tout expliquer dans ce domaine. Cependant, deux physiciens de Cleveland, A. A. Michelson et E. Morley montrent en 1887 que les phénomènes optiques sont insensibles au mouvement de la terre dans son orbite, contrairement aux prévisions des meilleures théories de l'optique, y compris la théorie de Maxwell. Pour rendre compte de ce résultat inattendu certains physiciens prétendent alors que les objets matériels se rétrécissent dans le sens de leur mouvement par rapport à l'éther, un substrat subtil censé être immobile par rapport à l'espace absolu.
D'autres résultats surprenants voient le jour dans les années 1890; ils mettent à l'épreuve la théorie de Maxwell à l'échelle microscopique, et aussi, par rapport aux cadres de référence en mouvement uniforme. En 1897, face à un phénomène magnéto-optique inédit -- la scission en trois d'une raie d'émission dans un champ magnétique -- le néerlandais H.-A. Lorentz proposera une explication en termes d'électrons et de champs électromagnétiques, qui lui vaudra d'obtenir le prix Nobel de physique en 1902 (avec P. Zeeman).
Poincaré s'intéresse de près à la théorie de Maxwell, la faisant connaître par la publication de ses cours de physique mathématique, et augmentant son domaine d'application par ses analyses mathématiques. En 1900, il donne un sens physique à la théorie des électrons de Lorentz, en remarquant que la variable temporelle des équations de cette théorie se laisse définir de telle sorte qu'elle soit indiquée par les montres entraînées dans un mouvement uniforme par rapport à l'éther (comme des montres au repos dans un laboratoire terrestre, par exemple). Il suffit de synchroniser des montres au repos relatif par un échange de signaux optiques, en prenant en compte le temps de propagation du signal, mais en négligeant le mouvement d'entraînement. À travers sa définition Poincaré affirme que la vitesse de la lumière ne dépend pas de l'état de mouvement de la source, au moins en première approximation. Malgré cette contribution à la théorie de Lorentz Poincaré restera critique à son égard, jusqu'en mai 1905, quand il verra que les transformations de coordonnées employées par Lorentz forment un groupe (qu'il nommera "groupe de Lorentz"). La forme des lois de la nature -- toutes les lois, y comprise celle de la gravitation -- doit être invariante par rapport à l'action de ce groupe. Autrement dit, aucun phénomène ne peut révéler un cadre référentiel privilégié, tant que l'expérience se déroule dans un cadre inertiel.
La même année Einstein proposera une autre théorie de la relativité, équivalente sur le plan mathématique à celle de Poincaré. À la différence de Poincaré, Einstein abandonnera la notion d'un cadre de référence privilégié, en faveur d'un principe d'équivalence spatio-temporel de tout cadre inertiel. Poincaré considérera le principe d'Einstein comme légitime, mais pas plus que sa propre approche.