II.b.2. L’expérience de Michelson-Morley

Il faut signaler qu’on ne va pas discuter ou nier ici de la validité de cette grande expérience sur ces aspects techniques. Un autre thème concerne ses principes et ses interprétations physiques.

Dans cette page, c’est l’expérience physique dans son ensemble qui est décrite ; c’est-à-dire principes, hypothèses et conclusions. D’un côté, on commente à la fois l’hypothèse de repos de l’éther luminifère et du mouvement relatif et de l’autre, l’interprétation orthodoxe des résultats d’une des grandes expériences de la Physique Moderne et l’alternative offerte par la Physique Globale.

L’importance de cette expérience est cruciale, car, en plus des prédictions de la Relativité Générale, elle est considérée comme la base ou l’appui le plus important de la Théorie la Relativité d’Einstein.

L’expérience de Michelson-Morley tentait de vérifier en 1887 le modèle classique de l’éther luminifère.

Ce modèle assume les prémisses suivantes :

  • La lumière a besoin de l’éther luminifère pour se déplacer.

  • L’éther luminifère est en état de repos absolu.

  • La vitesse de la lumière est indépendante de celle de sa source.

  • La vitesse de la lumière est constante dans le vide.

Michelson et Morley ont eu l’idée de créer un instrument capable de mesurer la vitesse de la Terre par rapport à l’éther luminifère au repos et, d’obtenir de cette manière un système de référence en repos absolu.

Les figures suivantes montrent le parcours supposé de la lumière dans leur expérience physique. L’idée est de comparer les deux situations de mouvement relatif de l’interféromètre possibles par rapport à l’hypothétique éther luminifère.

  1. Interféromètre de Michelson et Morley au repos par rapport à l’éther luminifère.

    La lumière est émise depuis une lanterne vers un miroir semi-transparent de manière à ce que quelques rayons le traversent (temps t1) et continuent leur trajectoire pour arriver à un miroir opaque (temps t2) ; dans le même temps, les autres rayons de lumière sont déviés pour arriver à un autre miroir non transparent (temps t2)

    Interféromètre de Michelson-Morley Repos avec l’éther luminifère
    Interféromètre de Michelson-Morley - Repos avec l’éther luminifère

    Comme les distances « a » et « b » entre le miroir semi-transparent et les miroirs normaux (horizontal supérieur et vertical droit) sont égales, la lumière devrait atteindre ces miroirs instantanément (temps t2) et retourner dans les deux cas vers le miroir semi-transparent.

    Avec le montage de cette expérience, les faisceaux de lumière produits par l’appareil sont distincts et arrivent en même temps vers le miroir semi-transparent (temps t3) et sont tous les deux déviés vers le bas pour arriver sur une plaque (temps t4

    Sur la plaque inférieure, on peut observer les interférences entre les deux faisceaux de lumière. Ce qui ressort de cette expérience de physique, ce ne serait pas le schéma des interférences mais le fait qu’elles soient fixes lors de leur virage depuis l’appareil vers l’interféromètre ; et ce dans la mesure où les distances parcourues sont également fixées et la vitesse de la lumière est supposée constante, indépendamment de sa source.

  2. Interféromètre de Michelson et Morley en mouvement par rapport à l’éther luminifère.

    Le but était de mesurer la différence de temps nécessaire à la lumière pour parcourir des espaces égaux à travers plusieurs miroirs. Comme certains sont alignés dans la direction de la Terre et les autres y sont perpendiculaires, les temps qui pouvaient être différent à cause de la vitesse de Terre.

    La deuxième figure montre le parcours de la lumière lorsque les miroirs sont solidaires de la Terre et se déplacent avec elle dans un mouvement relatif par rapport à l’hypothétique éther luminifère. Sur cette figure, la vitesse des miroirs a été exagérée par rapport à la vitesse de la lumière afin de pouvoir visualiser les variations de distances provoquées par le mouvement des miroirs, mais le raisonnement reste le même.

    Afin de ne pas alourdir les explications, nous allons voir un exemple. Le temps t1 sera le même que dans la première figure mais le temps t2 sera postérieur au t2 de cette dernière parce que  l’espace « b » aura augmenté d’une quantité « c » avec le déplacement du miroir opaque (miroir vertical) dans la direction de la Terre. Cet espace « c » est dû au temps nécessaire à la lumière pour parcourir la distance « b » plus celle pour atteindre le miroir vertical.

    Ainsi, l’espace jusqu’au miroir du dessus augmente, mais cet espace sera la mesure géométrique de « a » et « c », selon le théorème de Pythagore. En d’autres termes, l’augmentation de l’espace dépendra de l’angle entre la direction initiale de la vitesse de la lumière et la nouvelle direction vers le miroir du haut.

    Interféromètre de Michelson-Morley Mouvement par rapport à l'éther luminifère
    Diagramme d'interféromètre de Michelson-Morley et se déplacement par rapport à l'éther luminifère

    De la même manière que l’on a pu observer que les deux distances parcourues par les rayons de lumière n’étaient plus identiques, les distances associées au retour vers le miroir semi-transparent ne le seront pas plus. Cela devrait aboutir à des interférences différentes entre les deux faisceaux de lumière.

    Par conséquent, les changements successifs d’angle sur la disposition des interféromètres par rapport à la direction de la Terre devraient se refléter dans les variations associées aux franges des interférences des faisceaux de lumière sur le point final du parcours.

    Le calcul des distances et de leurs variations en fonction de l’angle et des interférences n’est pas problématique et devrait permettre de déduire la vitesse de la lumière par rapport à l’éther luminifère.

    La conclusion de cette expérience empirique est cependant qu’il ne se produit aucune variation dans les franges d’interférence au point final avec les changements d’angle de l’interféromètre. Cela signifie que la lumière se comporte de manière identique dans les deux cas de figure illustrés précédemment.

  3. Résultat et interprétation.

    Voyons maintenant deux interprétations assez différentes de cette expérience tout en sachant que les deux acceptent pleinement les résultats expérimentaux.

    • Physique Moderne orthodoxe.

      Il faut prendre en compte que l’expérience a été conçue en supposant que l’instrument ne serait pas au repos par rapport à l’éther luminifère puisqu’il était situé sur Terre qui a une vitesse d’environ 30km/s sur son orbite par rapport au Soleil.

      Le résultat de cette expérience scientifique a été complètement surprenant. Les franges d’interférence n’ont absolument pas varié après l’interféromètre, ce qui était le résultat prévu au point 1 antérieur où la Terre était supposée être au repos par rapport à l’éther luminifère.

      Par conséquent, l’éphémère éther luminifère s’est indéfiniment perdu en étant la condition principale de l’expérience de Michelson Morley et en admettant la naïveté technique de l’expérience.

      Ainsi commençait la recherche d’une explication au comportement si particulier de la lumière. On le sait déjà, aux grands maux, les grands remèdes ! La Théorie de la Relativité d’Einstein !

    • Physique Globale.

      L’interprétation de la Physique Moderne en général et de la Théorie de la Relativité en particuliers est erronée car c’est une généralisation implicite lors de son application en fonction des principes théoriques avec lesquels on a conçu la recherche initiale. Si ces principes sont erronés ou incomplets, les déductions qu’on en tire le seront aussi. En d’autres termes, le fait qu’il n’existe pas d’éther luminifère fixe ou absolu ne signifie pas ni ne démontre que la lumière n’a pas de support ou que ce support soit mobile et non-homogène ; comme par exemple l’air ou l’eau pour le son.

      Ce qui est curieux, c’est que les résultats avec un support mobile seraient cohérents avec la réalité uniquement si le support était solidaire de la Terre ou, ce qui est la même chose, si l’interféromètre était au repos par rapport au support mobile (équivalent aux précédentes configurations dans l’hypothèse 1 antérieure), ce qui ressemble assez au système de référence de Ptolémée, bien que ce soit encore différent.

      Dans ce cas, et pour généraliser indubitablement l’indépendance de la source de lumière de la lumière, j’imagine qu’aucune des explications alternatives concernant un déplacement de l’éther luminifère avec la Terre n’a convaincu. La proposition de la Physique Globale est une structure réticulaire de la matière, élastique et incassable, qui supporte le champ de gravité, ce qui, à son tour, est le soutien moyen de l'énergie électromagnétique.

      Il faut attirer l’attention sur le fait que l’idée d’un éther  différent de l’éther classique n’est pas un monopole de la Physique Globale, car la fameuse Théorie des Cordes propose quelque chose de similaire, avec un éther fait de petites cordes en vibration. Il y a aussi la démontrée et redémontrée Mécanique Quantique qui utilise des expressions telles que mousse quantique ou vide quantique pour reconnaitre que le vide classique n’est pas vide et ne pas mentionner le mot éther avec des caractéristiques différentes. Même la célèbre fabrique de l'espace-temps serait un aether si elle a de propriétés mécaniques.

      Physique Globale décrit deux types d'éther.

      • Ether global ou éther gravitationnel –structure réticulaire de la matière comme support de champ de gravité, l’énergie cinétique et la masse.

      • Ether luminifère –champ de gravité ou tension de la courbure longitudinale de la structure réticulaire de la matière.

      En outre, il convient de noter que les classiques ont également parlé de deux types de milieu porteur, l'éther gravitationnel et l'éther lumineux. Par exemple Descartes, son disciple Christian Huygens et Nikola Tesla.

      D’ailleurs, même les équations de Maxwell incluent un constant diélectrique du vide différent de zéro. Ensuite, quelque chose devra justifier le sens physique de cette constante diélectrique. Enfin, il faudra choisir de croire ou pas à cette constante pour les matériaux dans le vide et pas simplement mathématiquement ; et si on n’en est pas sûr, au moins reconnaitre qu’il faut le faire.

      A ce sujet, on revient à un parallélisme avec ce qui se produisit avec la méthode scientifique et la Théorie de Darwin. En résumé, si on dit quelque chose de différent à l’orthodoxie en vogue, tous se croient en religion, c’est comme s’il ne devait y avoir que deux couleurs dans l’univers : le blanc et le noir.

      Etant donné que l’interféromètre de Michelson et Morley est une des grandes expériences de physique pour ses implications sur Théorie de la Relativité d’Einstein, on lui consacre deux pages de plus, avec les autres expériences scientifiques et les phénomènes naturels relatifs à la matière dans le livre des Expériences de Physique Globale.

      Dans la page sur la Physique et les expériences avec la gravité, on expose une interprétation alternative dans une géométrie euclidienne, basée sur la Physique Globale, qui propose de réaliser la même expérience d’interférométrie dans l’espace, loin de l’orbite de la Terre, pour confirmer une interprétation ou une autre.

      Une explication détaillée sur la conception et les objectifs de la nouvelle expérience se trouve sur la page Lointain Michelson-Morley (LMM). Le projet LISA (Laser Interferometer Space Antenna) de la NASA va réaliser une expérience dans l’espace identique à cette expérience de Lointain Michelson-Morley (LMM) bien qu’avec l’objectif de démontrer une fois de plus la Relativité Générale ; c’est amusant parce que je crois que le résultat va être le plus inattendu du XXème siècle et impliquer la disparition de la Théorie de la Relativité.

      On pourrait aussi établir un parallèle avec ce qui est arrivé à l’Alchimie qui avait tant d’erreur et si immenses lorsque la Physique est arrivée, associées à un tel vide philosophique qu’elle a fini par changer de nom. C’est un aspect de la science expérimentale semblable aux cycles économiques de long terme.