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Chapitre 1 • Mécanique classique et changement de référentiel galiléen
8
On voit que les problèmes de choix d'un référentiel permettant d'expliquer le
plus simplement possible un phénomène, et de composition des vitesses lorsqu'on change de référentiel, sont depuis toujours au cœur des interrogations sur
l'espace, le temps et le mouvement.
Il revient à Galilée d'avoir fait tomber l'objection sur la non-observabilité du mouvement de la Terre dans son ouvrage Dialogue sur les deux plus grands systèmes
du monde, publié en 1632, dont nous extrayons la citation suivante, extrêmement éclairante : « Enfermez-vous avec un ami dans la cabine principale à I' intérieur d' un grand bateau et prenez avec vous des mouches , des papillons, et
d'autres petits animaux volants. Prenez une grande cuve d' eau avec un poisson dedans, suspendez une bouteille qui se vide goutte à goutte dans un grand
récipient en dessous d' elle. Avec le bateau à l'arrêt, observez soigneusement
comment les petits animaux volent à des vitesses égales vers tous les côtés
de la cabine. Le poisson nage indifféremment dans toutes les directions, les
gouttes tombent dans le récipient en dessous, et si vous lancez quelque chose à
votre ami, vous n'avez pas besoin de le lancer plus fort dans une direction que
dans une autre, les distances étant égales, et si vous sautez à pieds joints, vous
franchissez des distances égales dans toutes les directions. Lorsque vous aurez
observé toutes ces choses soigneusement (bien qu'il n'y ait aucun doute que
lorsque le bateau est à l'arrêt, les choses doivent se passer ainsi), faites avancer le bateau à l'allure qui vous plaira, pour autant que la vitesse soit uniforme
[c'est-à-dire constante] et ne fluctue pas de part et d'autre. Vous ne verrez pas
le moindre changement dans aucun des effets mentionnés et même aucun d'eux
ne vous permettra de dire si le bateau est en mouvement ou à l'arrêt ... »
Le mouvement, dans la mesure où il est uniforme, ne se distingue donc pas
fondamentalement de l'état de repos et ne donne pas lieu à des phénomènes
physiques observables. C'est un phénomène qui n' est pas violent, mais qui se
perpétue de lui-même, sans besoin de « moteur ».
Le mouvement de la Terre étant donc inobservable, seule subsiste alors l'opposition théologique à l'hypothèse héliocentrique. Celle-ci l'a temporairement
emporté, puisque Galilée a été contraint de renoncer en 1633 à son explication .
Fort heureusement, les conceptions de Galilée et de Copernic se sont tout de
même imposées naturellement comme seule conception rationnelle du monde
dans les décennies suivantes, et ont définitivement triomphé avec la publication
par Newton, en 1684, de lois mathématiques précises qui s'inscrivent dans le
prolongement des conceptions de Galilée et qui permettent de déterminer quantitativement et avec une extrême précision le mouvement des corps terrestres
au ssi bien que célestes.
l . l MÉCANIQUE NEWTONIENNE ET PRINCIPE
DE RELATIVITÉ GALILÉENNE
Nous n'allons pas ici détailler les principes de la mécanique classique dont les bases
ont été jetées par Newton, mais en rappeler certains aspects qui seront importants
dans la suite. Nous nous concentrerons en particulier sur la notion de référentiel, qui
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Chapitre 1 • Mécanique classique et changement de référentiel galiléen
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On voit que les problèmes de choix d'un référentiel permettant d'expliquer le
plus simplement possible un phénomène, et de composition des vitesses lorsqu'on change de référentiel, sont depuis toujours au cœur des interrogations sur
l'espace, le temps et le mouvement.
Il revient à Galilée d'avoir fait tomber l'objection sur la non-observabilité du mouvement de la Terre dans son ouvrage Dialogue sur les deux plus grands systèmes
du monde, publié en 1632, dont nous extrayons la citation suivante, extrêmement éclairante : « Enfermez-vous avec un ami dans la cabine principale à I' intérieur d' un grand bateau et prenez avec vous des mouches , des papillons, et
d'autres petits animaux volants. Prenez une grande cuve d' eau avec un poisson dedans, suspendez une bouteille qui se vide goutte à goutte dans un grand
récipient en dessous d' elle. Avec le bateau à l'arrêt, observez soigneusement
comment les petits animaux volent à des vitesses égales vers tous les côtés
de la cabine. Le poisson nage indifféremment dans toutes les directions, les
gouttes tombent dans le récipient en dessous, et si vous lancez quelque chose à
votre ami, vous n'avez pas besoin de le lancer plus fort dans une direction que
dans une autre, les distances étant égales, et si vous sautez à pieds joints, vous
franchissez des distances égales dans toutes les directions. Lorsque vous aurez
observé toutes ces choses soigneusement (bien qu'il n'y ait aucun doute que
lorsque le bateau est à l'arrêt, les choses doivent se passer ainsi), faites avancer le bateau à l'allure qui vous plaira, pour autant que la vitesse soit uniforme
[c'est-à-dire constante] et ne fluctue pas de part et d'autre. Vous ne verrez pas
le moindre changement dans aucun des effets mentionnés et même aucun d'eux
ne vous permettra de dire si le bateau est en mouvement ou à l'arrêt ... »
Le mouvement, dans la mesure où il est uniforme, ne se distingue donc pas
fondamentalement de l'état de repos et ne donne pas lieu à des phénomènes
physiques observables. C'est un phénomène qui n' est pas violent, mais qui se
perpétue de lui-même, sans besoin de « moteur ».
Le mouvement de la Terre étant donc inobservable, seule subsiste alors l'opposition théologique à l'hypothèse héliocentrique. Celle-ci l'a temporairement
emporté, puisque Galilée a été contraint de renoncer en 1633 à son explication .
Fort heureusement, les conceptions de Galilée et de Copernic se sont tout de
même imposées naturellement comme seule conception rationnelle du monde
dans les décennies suivantes, et ont définitivement triomphé avec la publication
par Newton, en 1684, de lois mathématiques précises qui s'inscrivent dans le
prolongement des conceptions de Galilée et qui permettent de déterminer quantitativement et avec une extrême précision le mouvement des corps terrestres
au ssi bien que célestes.
l . l MÉCANIQUE NEWTONIENNE ET PRINCIPE
DE RELATIVITÉ GALILÉENNE
Nous n'allons pas ici détailler les principes de la mécanique classique dont les bases
ont été jetées par Newton, mais en rappeler certains aspects qui seront importants
dans la suite. Nous nous concentrerons en particulier sur la notion de référentiel, qui