Ça baigne ?

Où l’on voit deux chercheurs en physique provoquer une onde de choc.

À gauche : Albert Michelson / À droite : Edward Morley

Fin du 19e siècle, États-Unis. Les physiciens Michelson et Morley en sont persuadés : grâce à leurs expériences, ils prouveront bientôt l’existence de l’éther luminifère ! Le quoi ?

À cette époque, il est unanimement accepté que la lumière est une onde, comme le son ou les vagues. Et pour qu’une onde se propage, elle a besoin d’un support – par exemple, l’eau pour les vagues.

Ce support, ce serait l’éther luminifère ("qui transporte la lumière"), présent partout dans l’univers, et dans lequel notre planète baignerait. Reste à démontrer son existence de manière scientifique : Michelson et Morley décident donc de mesurer l’impact du mouvement de la Terre (qui se ferait dans l’éther) sur la vitesse de propagation de la lumière, à la fois lors de sa rotation autour de son axe, mais aussi autour du Soleil.

Cliquez sur l'image pour voir le double mouvement de la Terre (autour de son axe et autour du Soleil)

Reprenons l’exemple d’une vague. Si l’on jette une pierre dans un lac, des ondes se propagent en cercles concentriques. Mais si on jette une pierre dans une rivière, c’est-à-dire dans de l’eau en mouvement, on voit que la vitesse de déplacement des ondes change selon la direction de propagation : les ondes allant dans le sens de la rivière sont accélérées par le mouvement de l’eau, tandis que celles qui vont dans le sens contraire sont ralenties.

Si la lumière se comporte comme une onde, elle devrait logiquement être accélérée ou ralentie selon le sens de déplacement de l’éther. Hélas, Michelson et Morley ont beau effectuer leurs mesures à plusieurs heures de la journée, périodes de l’année, et même dans différentes directions, la vitesse de la lumière ne change pas. Leur expérience est un échec... Elle établit en fait l’absence de l’éther !

Le dispositif des expériences de Michelson et Morley en 1887

Médaille du prix Nobel de physique. Photo : David Monniaux, 2005, CC 3.0

Mais que le duo se rassure, leurs efforts ne sont pas vains. Leur constat ouvre la voie à la conception moderne de la lumière, dont on sait aujourd’hui que son comportement tient à la fois de la particule et de l’onde (mais c’est une autre histoire…). Leur non-découverte rapportera même à Michelson le prix Nobel de physique quelques années plus tard !