L’histoire de la Cosmologie (2ème Partie) : Forces et Faiblesses de la théorie Newtonienne.

Dans le précédent billet, on a vu comment Newton, s’inspirant des travaux de deux géants de la pensée scientifique : Kepler et Galilée, a réussi à planter les jalons de sa théorie de gravitation universelle. Dans ce présent article, nous allons nous approfondir un peu plus dans le modèle d’Univers Newtonien, ses forces et ses faiblesses.

Espace-boite !!

La simplicité et l’élégance conceptuelle de la vision newtonienne étaient sans appel. L’univers est une sorte d’espace-boîte infini, absolu, homogène (le même en tout point) et isotrope (sans direction privilégiée) dans lequel se déroulent les événements. Un grand conteneur où se déplacent les particules et interagissent entre elles par l’intermédiaire de forces. Le Temps, tout comme l’espace, est absolu et immuable. C’est non seulement une vision simple et élégante, mais aussi familière qui peut très facilement être acceptée. Pourquoi? Parce qu’on a sous les yeux un exemple de modèle réduit de l’Univers Newtonien : Notre planète. La Terre est comme un conteneur pour nous Humains, où nous vivons et interagissons. Le temps y est aussi absolu: la durée des événements se mesure de la même manière dans tous les coins du globe. Génial n’est ce pas? Grâce à cela, elle semblait être la pièce manquante pour la compréhension de la Réalité.

Les zones d’ombres.

Tout semblait marcher à merveille, la vision globale était là !

Sauf que, et Newton le savait, les équations de sa théorie ne décrivent pas toutes les forces qui existent. Dans le billet précédent, on a parlé de son raisonnement à l’origine de l’idée de la gravité universelle : « Les lois qui régissent le mouvement de la Terre autour du Soleil ou le mouvement de la Lune autour de la Terre doivent être les mêmes que ceux de la chute des corps ». Cette idée aurait suffit à donner une vision claire des choses si les objets ne bougeaient qu’en chutant, ce qui n’est pas le cas. il existe alors d’autres forces en action dans la Nature, et il faut les bien cerner pour mieux comprendre la Réalité.

Cependant, un autre problème beaucoup plus sérieux se présenta aussi : La vraie nature de la force gravitationnelle !!! Newton était évidemment perplexe devant la notion qu’il a lui même introduit. En fin de compte, comment accepter l’idée que deux objets si lointains l’un de l’autre comme est le cas du Soleil et la Terre puissent être liés par cette attraction à distance. Chacun de nous trouve, à tort, celle-ci comme une représentation familière, ce qui ne doit pas être le cas. On est si habitué à l’idée de forces à distance, mais en fin de compte on l’a jamais comprise, en fait elle défie même la raison. C’est non seulement une idée contre-intuitive – Quoique ce n’est pas un critère pour l’abandonner, l’exemple le plus parlant étant celui de la Mécanique Quantique (on en parlera dans les prochains articles) – mais paraît aussi d’une absurdité flagrante. Newton lui même avouait sa perplexité et son impuissance face à cette difficulté en disant :

« C’est totalement inconcevable que des Objets inanimés, sans l’intervention de quelque chose, puissent influer et subir l’influence d’autres objets sans aucun contact mutuel … L’idée de la Gravité comme force innée et essentielle à la matière, et qui fait que des objets distants puissent  interagir sans médiateur est pour moi d’une grande absurdité. La Gravité doit être une force transmise par un agent médiateur agissant constamment selon certains lois. Mais que cet agent soit matériel ou immatériel,  je laisse cette question à la considération de mes Lecteurs … »

Newton critiqua son propre travail, le même qui lui a valu tant de reconnaissance et qui a longtemps été considéré comme l’ultime réalisation de l’histoire de la science. Il était conscient des limites de sa théorie comme le scientifique de génie qu’il était, et a laissé la question insoluble à la considération de ses lecteurs. Néanmoins, sa théorie fonctionnait à merveille. Il fallait donc attendre plus de deux siècles pour avoir la solution à ce problème tortueux de forces à distance, grâce à la profondeur de pensée d’une des figures marquantes de la physique du 19ème siècle : Michael Faraday.

Bibliographie :

-/ Carlo Rovelli : « Reality is not what it seems : the journey to quantum gravity » – Pages 30-33.