Au Sujet de la Théorie de la Relativité

Lecture faite au King's College de Londres en 1921. Parue dans Mein Weltbild, Amsterdam: Querido Verlag, 1934.

Il m'est tout particulièrement agréable aujourd'hui de pouvoir parler dans la capitale du pays d'où sont parties, pour se répandre dans le monde, les idées fondamentales les plus importantes de la physique théorique. Je pense en disant cela, à la théorie du mouvement des masses et de la gravitation dont Newton nous a dotés, et à l'idée du champ électromagnétique grâce à laquelle Faraday et Maxwell ont donné une nouvelle base à la physique. On peut bien dire que la théorie de la relativité a fourni une sorte de conclusion au monument sublime de la pensée qu'ont érigé Maxwell et Lorentz, en s'efforçant d'étendre la physique du champ à tous les phénomènes, la gravitation y comprise.

Si je considère l'objet propre de la théorie de la relativité, je tiens à faire ressortir que cette théorie n'est pas d'origine spéculative, mais que sa découverte est due complètement et uniquement au désir d'adapter aussi bien que possible 1a théorie physique aux faits observés. Il ne s'agit nullement d'un acte révolutionnaire, mais de l'évolution naturelle d'une ligne suivie depuis des siècles. Ce n'est pas à la légère qu'on a abandonné certaines idées, considérées jusque-là comme fondamentales, sur l'espace, le temps et le mouvement ; cet abandon a été imposé uniquement par l'observation de certains faits.

La loi de la constante de la vitesse de la lumière dans l'espace vide, corroborée par le développement de l'électrodynamique et de l'optique, jointe à l'égalité de droits de tous les systèmes d'inertie (principe de la relativité restreinte), si nettement mise en évidence en particulier par la célèbre expérience de Michelson, a conduit tout d'abord à l'idée que le concept de temps devait être relatif puisque chaque système d'inertie devait avoir son temps particulier. La progression de cette idée a fait ressortir qu'auparavant on n'avait pas considéré avec une netteté suffisante la relation réciproque entre les actes vécus immédiats d'une part, et les coordonnées et le temps de l'autre.

De fait un des traits essentiels de la théorie de la relativité, c'est quelle s'est efforcée d'élaborer plus nettement les relations des concepts généraux avec les faits de l'expérience ; elle a maintenu le principe que la justification d'un concept physique repose exclusivement sur sa relation claire et univoque avec ces faits. D'après la théorie de la relativité restreinte, les coordonnées d'espace et le temps ont encore un caractère absolu dans la mesure où ils sont directement mesurables par des corps et des horloges rigides. Mais ils sont relatifs dans la mesure où ils dépendent de l'état de mouvement du système d'inertie choisi. Le continuum à quatre dimensions constitué par la réunion de l'espace et du temps comporte, d'après la théorie de la relativité restreinte, ce même caractère absolu que possédait, d'après la théorie antérieure, l'espace aussi bien que le temps, chacun séparément (Minkowski). De l'interprétation des coordonnées et du temps en tant que résultat de mesures, on tire ensuite l'influence du mouvement (relatif au système de coordonnées) sur la forme des corps et sur la marche des horloges, ainsi que l'équivalence de l'énergie et de la masse inerte.

La théorie de la relativité généralisée doit sa création, en première ligne, à l'égalité numérique, constatée par l'expérience, de la masse inerte et de la masse pesante des corps, fait fondamental auquel la mécanique classique n'avait donné aucune interprétation. On parvient à cette interprétation en étendant le principe de relativité aux systèmes de coordonnées ayant une accélération relative les uns par rapport aux autres. L'introduction de systèmes de coordonnées possédant une accélération relative par rapport aux systèmes d'inertie conduit nécessairement à l'apparition de champs de gravitation relatifs à ces derniers. Il en résulte par conséquent que la théorie de relativité générale fondée sur l'égalité de l'inertie et de la pesanteur donne naissance à une théorie du champ de gravitation.

L'introduction de systèmes de coordonnées animés d'un mouvement accéléré l'un par rapport à l'autre en qualité de systèmes de coordonnées équivalents, comme parait les rendre nécessaires l'identité de l'inertie et de la pesanteur, conduit, en liaison avec les résultats de la théorie de relativité restreinte, à la conséquence suivante : les lois spatiales des corps solides, en présence des champs de gravitation, ne répondent pas aux règles de la géométrie d'Euclide. On arrive à un résultat analogue en ce qui concerne la marche des horloges. De là résulte la nécessité d'une généralisation nouvelle de la théorie de l'espace et du temps, parce que, maintenant, l'interprétation directe des coordonnées de l'espace et du temps par des résultats de mesures exécutables au moyen de mètres et d'horloges ne tient plus. Cette généralisation de la métrique, qui, grâce aux travaux de Gauss et de Riemann, existait déjà dans un domaine purement mathématique, est basée essentiellement sur le fait que la métrique de la théorie de relativité restreinte pour les petits domaines peut prétendre être encore valable dans le cas général.

L'évolution que nous venons d'exposer ôte aux coordonnées espace-temps toute réalité indépendante. Le réel métrique n'est donné, maintenant, que par la liaison de ces coordonnées avec ces grandeurs mathématiques qui décrivent le champ de gravitation.

L'évolution dans le domaine de la pensée de la théorie de la relativité généralisée a une autre racine. Comme Ernst Mach l'a déjà fait ressortir expressément, il y a dans la théorie de Newton le point suivant, qui ne donne pas satisfaction. Si l'on considère le mouvement non pas au point de vue causal mais au point de vue purement descriptif, il n'y a pas d'autre mouvement que le mouvement relatif des choses les unes par rapport aux autres. Mais l'accélération qui apparaît dans les équations du mouvement de Newton n'est pas concevable en partant de l'idée du mouvement relatif ; elle a obligé Newton à imaginer un espace physique par rapport auquel devrait exister une accélération. Cette idée d'un espace absolu introduite ad hoc est, à vrai dire correcte logiquement, mais ne paraît pas satisfaisante. On a cherché par suite à modifier les équations de la mécanique de telle manière que l'inertie des corps soit ramenée à un mouvement relatif non pas par rapport à l'espace absolu, mais par rapport à la totalité des autres corps pondérables. Étant donné l'état des connaissances d'alors, sa tentative devait échouer.

D'avoir posé ce problème parait tout à fait rationnel. Cette évolution de la pensée s'impose, vis-à-vis de la théorie de la relativité générale, avec une intensité puissamment renforcée, car, d'après cette théorie, les propriétés physiques de l'espace sont influencées par la matière pondérable. Je suis convaincu que la théorie de la relativité, générale ne peut résoudre ce problème qu'en considérant le monde comme un espace fermé. Les résultats mathématiques de la théorie conduisent obligatoirement à cette conception, si l'on admet que la densité moyenne de la matière pondérable dans le monde possède une valeur finie, quoi que petite.