Einstein ayant affirmé que « nous n’avons pas le droit d’accorder une signification absolue au terme de simultanéité », la plupart des commentateurs affirment que la simultanéité ne peut être que relative : ce serait une propriété de l’univers que nous observons. Est-ce à dire qu’aucun évènement ne pourrait être absolument simultané dans l’univers en soi et que ce serait la raison pour laquelle nous le voyons ainsi ? Pour ma part, je ne le pense pas.

Relativité de la réception des informations distantes

Sont simultanés des évènements qui se produisent au même instant. Nous en avons connaissance par la lumière qui en émane et nous en donne l’image, or la vitesse de la lumière étant limitée à 300 000 km par seconde, nous ne sommes pas immédiatement informés des évènements survenant à distance, il faut du temps pour que l’information nous parvienne.

Dans l’exemple donné par Einstein, l’observateur de la voie reçoit simultanément les signaux émis à égale distance de sa place.  Le passager du train, en mouvement relativement à l’observateur de la voie, occupait la même place au moment de l’émission des signaux, mais s’est déplacé lorsqu’il les reçoit. Se dirigeant vers le signal émis devant lui, il le reçoit avant celui émis derrière, car il parcoure une partie de la distance le séparant du premier, alors qu’i fuit devant le signal arrière qui doit parcourir une plus grande distance pour le rattraper. Ce qui est simultané pour l’observateur de la voie est successif pour le passager du train.

Il faut bien observer que la simultanéité dont il s’agit est celle de la réception de l’information émanant des évènements et non celle de la survenance desdits évènements, or lorsque nous contemplons le ciel étoilé, nous savons bien que toutes le images que nous recevons de l’univers ne sont pas contemporaines, elles sont d’autant plus éloignées dans le temps qu’elles sont éloignées dans l’espace.

Mesure de la distance des émissions

Sauf si deux évènements se produisent au même instant et au même endroit, il est impossible de constater directement la simultanéité d’évènements distants, il faut faire un calcul tenant compte de la vitesse de la lumière et de la distance. Seuls des évènements survenus à égale distance de l’observateur peuvent être perçus directement dans le bon ordre chronologique, lorsque les distances diffèrent, il faut calculer le moment des émissions.

Pour comprendre, il faut rappeler comment la simultanéité des évènements est établie dans un corps donné. L’observateur se place à égale distance d’horloges placées aux extrémités et se met en mesure de les synchroniser en leur envoyant un signal de mise à l’heure, majorant l’heure indiquée par l’horloge centrale, au moment de l’envoi du signal, du temps nécessaire pour effectuer le trajet. Grâce à cette procédure l’observateur central a la certitude que les trois horloges indiquent simultanément la même heure. Tous les évènements survenant à la même heure des horloges synchronisées sont donc simultanés du point de vue de l’observateur du corps concerné.

Dans l’exemple du train, l’observateur de la voie a procédé comme ci-dessus et reçoit simultanément les signaux émis à la même heure par ses horloges synchronisées. L’observateur du train, qui était situé au même niveau que l’observateur de la voie au moment de l’émission des signaux, s’est déplacé ensuite et reçoit d’abord le signal émis devant lui et ensuite celui émis derrière lui. Pour le passager du train, les signaux ne sont pas simultanés, mais il peut choisir de considérer que la voie est immobile et mesurer sa vitesse relativement à elle. Tenant compte de sa vitesse, il lui est possible de corriger les effets de son déplacement pour déterminer le moment de l’émission de chaque signal. Ce faisant, il se place dans le système de référence de la voie.

Tous les corps de l’univers sont en mouvement, y compris la terre sur laquelle est placée la voie, et le trajet du signal s’en trouve abrégé pour les signaux émis du centre vers l’arrière du corps en mouvement et allongé pour ceux émis vers l’avant. Il en résulte que l’heure indiqué par l’horloge arrière avance relativement à celle de l’avant. Bien entendu l’écart temporel entre l’arrière et l’avant dépend de la vitesse de déplacement de chaque corps. La synchronisation de ses horloges est propre à chaque corps ou système de référence.

Ce qui est simultané pour un observateur ne l’est pas pour un autre se mouvant différemment. Tous contemplent cependant le même univers et les mêmes évènements. N’y a-t-il donc pas une réalité unique ?

Les causes de la relativité de la simultanéité

Si tous les observateurs étaient instantanément informés de ce qui se passe dans l’univers, l’émission et la réception des informations seraient confondues et tous seraient d’accord sur la chronologie des évènements y survenant. Même en considérant la vitesse limitée de la lumière, si tous les observateurs étaient immobiles, il leur serait possible de calculer le moment d’émission de l’information sur les évènements en tenant compte de la distance les en séparant. Si tous les observateurs étaient affectés d’un mouvement identique, leurs mesures seraient faussées dans les mêmes proportion et tous seraient d’accord sur la simultanéité, même si celle-ci ne correspondaient pas à la réalité objective.

La relativité de la simultanéité est la conséquence de la vitesse limitée de la lumière et des mouvement différenciés des observateurs. Tous ces phénomènes affectent la réception de l’information, mais pas son émission, c’est-à-dire la survenance des évènements dans l’univers en soi. Ce que nous observons ne peut pas être la réalité objective.

Chaque corps de référence a sa propre simultanéité

Tous les observateurs sont équivalents et aucun ne peut être regardé comme connaissant la chronologie réelle des évènements distants : il n’y a pas d’observateur privilégié relativement à l’univers observé. Les observateurs sont multiples, théoriquement en nombre infini, mais l’univers qu’ils observent est unique et indépendant des observations. Une simultanéité peut être observée dans tous les systèmes de référence, mais, si ces simultanéités sont variables entre observateurs, elle est unique chez chacun d’entre eux. L’univers en soi, extérieur aux observateurs, étant unique, la simultanéité des évènements en son sein doit l’être également.

Tous les observateurs regardent le même univers, mais selon des plans de simultanéité différents selon leur vitesse et leur direction. Il n’y a donc pas de simultanéité absolue entre observateurs, c’est bien ce que nous dit la théorie de la relativité, laquelle n’a pas d’autre prétention que de décrire et prédire les observations. Le diagramme de Minkowski ne représente pas une distorsion de l’espace-temps, mais simplement une distorsion des perceptions d’un observateur relativement à un autre dans un univers plat, due à la contraction des longueurs et à la dilatation temporelle du corps en mouvement. L’univers en soi n’y est pas affecté par le mouvement des corps matériels, ce sera le domaine de la relativité générale avec la gravitation.

C’est une théorie scientifique, elle ne se prononce pas sur la chose en soi, mais on ne peut affirmer en son nom qu’il ne peut y avoir de simultanéité objective entre évènements survenant dans l’univers, considéré comme un système de référence unique et non propre à chaque observateur.

Nul ne conteste que les observateurs perçoivent les mêmes évènements, ceux-ci sont donc uniques, alors que les observateurs sont théoriquement en nombre infini. Einstein explique que la réception des flux lumineux provenant d’évènements lointains est affectée par le mouvement des observateurs du fait de la vitesse limitée de la lumière. La relativité des observations n’est donc pas due à la relativité de la survenance des évènements eux-mêmes, mais aux conditions de leur réception par différents observateurs. Il en résulte que la chronologie de survenance des évènements est absolue et que seule sa connaissance est relative.

Au-delà des observations 

Selon l’interprétation de Copenhague, la seule réalité pouvant être scientifiquement prise en compte est celle des observations. Ou bien nous nous en tenons à l’interprétation de Copenhague en nous contentant de décrire le monde que nous observons comme étant la seule réalité scientifique, ou bien nous cherchons à comprendre à quoi ressemble l’univers en soi, indépendamment des observations. Affirmer que la simultanéité ne peut exister dans l’univers en soi au prétexte que nous ne pouvons l’observer, revient à faire de nos observations une réalité objective, ce qu’elle ne peut évidemment pas être. La plupart des explications visant à nier toute réalité objective à la simultanéité absolue procèdent pourtant d’un glissement de la réalité des observations à la réalité de la chose en soi. Imaginons dix photographes autour de l’arc de triomphe et le photographiant. Leurs clichés seront tous différents, doit-on en conclure que l’arc de triomphe n’a pas de forme absolue, mais seulement une géométrie variable, indéfinie ?

Pour faire des prévisions sur ce que nous pouvons observer, la relativité de la simultanéité peut être considérée comme la seule réalité scientifique, mais en ce cas, il faut s’abstenir d’en tirer des conclusions comme si cette réalité scientifique était celle de l’univers en soi, alors qu’elle n’est que celle des observations. Constatant que la chronologie des évènements varie selon les observateurs alors que la chose observée est unique, il est possible d’imaginer deux solutions. Soit il existe une chronologie unique, interprétée différemment selon les observateurs en mouvement (solution ici proposée), soit il n’y a aucune chronologie et celle qui est constatée est le fait du mouvement des observateurs dans un bloc atemporel unique où tous les évènements existent de tout temps (univers bloc) et il n’y a plus de simultanéité du tout, mais des trajectoires qui recoupent divers endroits du bloc. Dans les deux cas, il s’agit d’une spéculation allant au-delà des observations, mais personnellement, maniant le rasoir d’Ockham, je préfère la solution la plus simple, celle qui peut s’expliquer par les lois connues de la physique.