On the detection of absolute velocity in a Newtonian universe

Le Grand Piège Cosmique de Vitesse

Imaginez que vous flottez dans un vaste océan vide, entouré de rien d'autre que de l'eau et de votre propre bateau. Si vous regardez autour de vous et voyez un autre bateau dérivant à proximité, vous pouvez facilement déterminer à quelle vitesse ce bateau se déplace par rapport au vôtre. Vous pouvez mesurer la distance entre vous et voir comment elle change. C'est ce que nous appelons la vitesse relative : une vitesse mesurée par rapport à autre chose. Mais que se passerait-il si vous vouliez savoir à quelle vitesse votre bateau se déplace à travers l'eau elle-même, indépendamment de tout autre bateau ? Dans l'ancienne physique, plus précisément dans l'univers décrit par Isaac Newton, les scientifiques croyaient qu'une grille cachée et invisible appelée espace absolu remplissait tout le cosmos. Cette grille était comme une scène géante et immobile sur laquelle se jouait le drame de l'univers. Selon cette vision, chaque objet possédait une vitesse « absolue » réelle par rapport à cette scène invisible, et non pas seulement une vitesse par rapport à ses voisins.

Pendant des siècles, la grande question fut : pouvons-nous réellement trouver cette vitesse absolue ? La réponse standard, transmise par Newton lui-même, était un « Non » catégorique. La logique était la suivante : puisque toutes les forces que nous pouvons mesurer (comme la gravité ou les collisions) ne s'intéressent qu'à la manière dont les choses bougent les unes par rapport aux autres, il est impossible de savoir si l'univers entier dérive lentement à travers la scène invisible ou s'il est immobile. On pensait qu'il s'agait d'une règle fondamentale de l'univers que la vitesse absolue soit un secret que le cosmos nous cachait. Mais et si cette règle n'était pas une loi de la nature, mais simplement une erreur dans notre façon de poser la question ?

Le Grand Tournant de l'Article

Dans cet article, Jorge Manero, Ricardo Muciño et Elias Okon, de l'Universidad Nacional Autónoma de México, portent un regard neuf sur ce vieux casse-tête. Ils ne cherchent pas à prouver que nous pouvons trouver la vitesse absolue dans notre univers réel et moderne (car nous savons que notre univers n'est pas réellement newtonien). Au lieu de cela, ils jouent à un jeu de « et si » à l'intérieur d'un univers purement théorique et newtonien pour voir si les anciens arguments contre la détection de la vitesse absolue tiennent la route.

Les auteurs soutiennent que les raisons classiques de croire que la vitesse absolue est indétectable sont en réalité circulaires. C'est comme dire : « Vous ne pouvez pas trouver le trésor caché parce que la carte ne montre que les choses que vous pouvez déjà voir. » Ils soulignent que les anciens arguments supposent, dès le départ, que seules les choses qui restent inchangées lorsque l'on déplace l'univers entier (comme les distances relatives) peuvent être mesurées. Mais l'article suggère qu'il n'y a aucune raison formelle dans les lois de Newton pour faire cette supposition.

Pour comprendre leur point de vue, imaginez deux amis, Sally et Harry, dans un monde newtonien. L'ancien argument dit que si Sally essaie de mesurer sa vitesse absolue et de l'annoncer à Harry, elle ne peut pas le faire car le « message » qu'elle envoie (comme une lettre) est composé de choses relatives (l'encre sur le papier, qui ne change pas si toute la pièce se déplace). Par conséquent, le message ne peut pas porter le secret de sa vitesse absolue. Les auteurs disent que ce raisonnement est erroné. Ils soutiennent que le fait que le message soit relatif ne signifie pas que le résultat de la mesure doive l'être aussi.

Voici l'analogie ludique qu'ils utilisent : Imaginez que vous avez une machine qui mesure la vitesse d'une voiture qui passe. Dans un univers newtonien, si vous percutez la voiture contre votre machine, la vitesse finale de la machine changera en fonction de la vitesse initiale de la voiture. Même si le « choc » ne se soucie que de la vitesse à laquelle ils se déplacent l'un par rapport à l'autre, la vitesse absolue finale de la machine (sa vitesse par rapport à l'étape invisible) finira par être un enregistrement parfait de la vitesse absolue initiale de la voiture. La machine n'a pas besoin de « savoir » quelque chose sur l'étape invisible ; elle a juste besoin de réagir à la collision. La vitesse finale de la machine est la mesure.

Les auteurs démontrent que, dans un univers newtonien, on peut mettre en place un dispositif expérimental parfaitement valide où l'état final d'un instrument de mesure (comme une balle rebondissante ou une roue tournante) encode la vitesse absolue initiale de l'objet qu'il a percuté. Les mathématiques fonctionnent parfaitement. La seule raison pour laquelle nous pensons ne pas pouvoir le faire est que nous avons arbitrairement décidé qu'une « mesure » doit être enregistrée d'une manière qui ignore la vitesse absolue. Mais l'article soutient qu'il s'agit simplement d'une règle que nous avons inventée, et non d'une règle écrite dans les lois de la physique.

Alors, quel est le verdict ? L'article conclut qu'il n'existe aucune raison formelle au sein de la théorie même de Newton pour dire que la vitesse absolue est indétectable. L'affirmation célèbre selon laquelle elle est impossible repose sur une boucle logique, et non sur un fait brut. Les auteurs prennent soin de préciser qu'ils n'ont pas prouvé que la vitesse absolue est détectable dans notre monde réel (car notre monde ne suit pas exactement les règles de Newton), mais ils ont prouvé que les anciens arguments prétendant qu'elle doit être indétectable sont erronés. C'est un rappel que le fait que quelque chose semble impossible à mesurer ne signifie pas que l'univers possède une règle l'interdisant ; parfois, cela signifie simplement que nous n'avons pas trouvé la bonne façon de poser la question.