La relativité classique

Dans la culture populaire, on associe immédiatement le nom d’Einstein au mot « relativité ». Mais en fait, c’est au physicien et astronome italien Galilée qu’on doit le premier « principe de la relativité ».

De quoi s’agit-il ? Galilée sait que la Terre tourne sur elle-même et qu’elle voyage aussi autour du Soleil. Et pourtant, il voit bien que s’il laisse tomber une pierre du haut de la tour de Pise, elle tombe en ligne droite, à une vitesse prévisible… comme si la Terre était parfaitement immobile. Comment cela est-il possible ? Galilée propose une solution qu’on pourrait résumer ainsi : les lois de la physique, à l’intérieur d’un système en mouvement rectiligne uniforme, seront les mêmes que dans un système immobile. Peu importe que la Terre traverse le cosmos à une vitesse folle, on peut la considérer comme immobile pour les besoins du traitement mathématique. Loin de signifier que « tout est relatif », comme on l’a trop souvent fait dire à Einstein, le principe de la relativité postule au contraire que les lois sont universellement applicables à tous les systèmes en mouvement rectiligne uniforme.

Einstein fut le premier à se poser la question fondamentale : le principe de la relativité de Galilée peut-il être étendu aux lois de l’optique et de l’électromagnétisme ? Parce qu’il espérait pouvoir un jour unifier la mécanique et l’électromagnétisme en une seule théorie, Einstein croyait que la réponse devait être « oui ».

Or, les équations qui décrivent le mouvement des champs électromagnétiques font intervenir la vitesse de la lumière. La vitesse par rapport à quoi, s’est demandé Einstein ? Parce qu’il refusait, tout comme Galilée 300 ans plus tôt, d’accorder un statut spécial à la Terre comme point de référence absolu, Einstein a préféré faire l’hypothèse que la vitesse de la lumière était la même partout, quel que soit le système de référence utilisé pour la mesurer. C’est le point de départ de toute sa réflexion.