Dans la relativité du mouvement inertiel, certains voudraient voir l’inexistence du mouvement propre des corps. Ainsi, non seulement tout observateur est fondé à se considérer comme immobile, mais de plus, l’immobilité ou le mouvement n’aurait aucune réalité autre que relativement à un autre corps.

Qui se meut ?

Nous avons aussi vu que le mouvement est toujours relatif, c’est-à-dire qu’il ne peut être mesuré que relativement à un autre corps supposé immobile. Ne confond-t-on pas cependant la chose et sa mesure ? Une mesure est toujours relative, puisque c’est la comparaison entre la chose mesurée et l’instrument de mesure. Supposons une règle isolée seule dans l’espace : quelle est sa dimension ? Tout au plus peut-on dire que sa longueur est tant de fois sa largeur ou son épaisseur. De deux corps qui se rapprochent ou s’éloignent, on en conclut que l’un au moins est en mouvement, sans pouvoir déterminer lequel, mais que mesure-t-on au juste ? Nous ne mesurons pas la vitesse des corps, mais seulement la vitesse d’accroissement ou de réduction de la distance entre les corps, ce qui ne dit rien de la vitesse propre des corps concernés.

La science ne peut étudier que ce qui est observable et mesurable, or mesurer une chose consiste à la comparer à une autre chose qui sert d’instrument de mesure (mètre, horloge, etc.). Une mesure est toujours relative. Est-ce pour autant que la chose mesurée n’existe pas indépendamment des mesures ? Affirmer que le mouvement est toujours relatif, c’est seulement constater que, faute d’un repère fixe, les déplacements ne peuvent être mesurés que relativement à d’autres corps également mobiles, rien de plus. Cela ne dit pas qui se meut réellement, mais il faut bien que quelque chose se meuve pour que la distance relative mesurée varie. A défaut de donner une valeur absolue au mouvement, au moins faut-il admettre que le mouvement relatif mesuré résulte de la composition des mouvements propres inconnus de chacun des corps.  Le mouvement n’est pas seulement un changement de coordonnées spatiales, c’est aussi ce qui fait que ces coordonnées changent avec le temps, c’est ce qui rend le déplacement possible.

Mouvement inertiel et mouvement accéléré

Il est souvent affirmé que si le mouvement inertiel ne peut être que relatif, il en serait autrement pour les mouvements accélérés ou les changements de direction, au motif que le passager peut s’en rendre compte. En vérité, on sort ici du cadre purement spatial, en prenant en considération des effets ressentis à l’intérieur du corps en mouvement. D’un point de vue strictement spatial, rien ne permet de dire, de deux corps en mouvement relatif, lequel est en mouvement accéléré. D’ailleurs, si les deux sont en mouvement accéléré, aucun ne pourra constater l’accélération de l’autre et aura sans doute la tentation de se l’attribuer parce qu’il la ressent. A ne considérer que le déplacement, le mouvement accéléré ne diffère pas du mouvement inertiel.

La différence n’est pas entre mouvement inertiel et mouvement accéléré, il est entre mouvement uniforme à vitesse constante et mouvement non uniforme. Il y a mouvement inertiel lorsqu’un corps reçoit une impulsion initiale lui donnant une certaine vitesse qu’il conserve indéfiniment dans le vide après que l’impulsion ai cessé. Le passager d’un train en vitesse de croisière a reçu une impulsion initiale par entraînement qui le meut à la vitesse du train, il poursuit sa route par inertie lorsque le train freine brutalement et tombe en avant, car le plancher ne le suit plus et lui retient les pieds en arrière. Le mouvement accéléré, décéléré ou de changement de direction est perçu par le passager lorsqu’il y a une différence significative entre le mouvement inertiel acquis par le passager et le mouvement de l’engin qui le transporte. Lorsqu’une personne chute d’une grande hauteur, sa descente va en s’accélérant du fait de la gravitation, et pourtant elle ne ressent rien tant qu’elle n’a pas atteint le sol. L’accélération en soit ne produit aucun effet sensible, c’est le choc final qui est ressenti.

Mouvement accéléré et gravitation

Einstein compare la situation d’un passager d’une cabine en chute libre vers le sol de la terre à celle du passager d’une cabine en mouvement inertiel dans l’espace : ils se sentent tous les deux en apesanteur alors que seul le second n’est pas soumis à la gravitation. Ils ne ressentent plus leur poids, flottent dans l’espace et un objet lâché flotte à leur côté. Einstein compare également un passager dont la cabine est posée sur le sol terrestre et un autre dont la cabine en apesanteur dans l’espace serait tirée vers le haut en accélération douce et continue : dans les deux cas ils ressentiraient des effets qu’ils pourraient attribuer à la gravitation. Ils seraient debout sur le plancher et un objet qu’ils lâcheraient tomberait vers le plancher. Cette similitude est nommé principe d’équivalence par Einstein.

Quelle que soit la situation, il est impossible, depuis l’intérieur de la cabine, de savoir si celle-ci est en mouvement ou non. C’est la généralisation de la théorie de la relativité. Pour le cas du mouvement inertiel, on parle de relativité restreinte, et en cas de gravitation on parle de relativité générale. Le ressenti de la gravitation (le poids) est la conséquence de la résistance du sol au mouvement de chute libre vers le centre de l’objet massif sur lequel on est posé.

Lorsqu’un corps est en chute libre, l’accélération s’exerce indépendamment et librement sur chacun des atomes qui le compose, à la différence de la poussée qui s’exerce sur la totalité du corps et l’écrase. C’est la raison pour laquelle tous les corps tombent à la même vitesse (abstraction faite de la résistance de l’air). Lorsque le corps est posé au sol, l’attraction s’exerçant sur les atomes les font se presser les uns contre les autres et font masse.

Mouvement relatif et mouvement réel

Galilée disait que le mouvement est comme rien. Serait-il une illusion ? Remarquons que Galilée ne disait pas « le mouvement n’est rien », mais « est comme rien », constatant simplement qu’il ne produit aucun effet mesurable en dehors d’un déplacement relatif des corps entre eux.

Lorsqu’une fusée s’éloigne de la terre sur sa lancée, pouvons-nous dire que la terre s’éloigne de la fusée ? Cette affirmation est vraie si, par éloignement, nous voulons dire que la distance entre la fusée et la terre s’accroît. Cela n’est plus vrai si nous désignons ce qui fait que la distance s’accroît. Lorsqu’un véhicule accélère, cela est ressenti physiquement à l’intérieur : le passager se sent plaqué contre son siège. Celui-ci sait alors qu’il se meut, mais ce n’est pas une manifestation topographique du mouvement, de l’extérieur un observateur constatera seulement que la vitesse relative va en s’accélérant, sans déceler ce qui en est la cause. Cependant, la symétrie est rompue, puisque l’un des observateurs sait qu’il est en mouvement.

En vérité, la seule différence entre le mouvement accéléré et celui à vitesse constante est que le second ne semble se manifester par aucun phénomène mesurable. Si un vaisseau spatial s’arrache à l’attraction terrestre, poursuit sa trajectoire sur sa lancée avant de freiner pour se poser sur mars, qu’est-ce qui vous prouve que c’est le vaisseau qui était en mouvement pendant la phase inertielle de son trajet et qu’il ne s’agit pas d’un mouvement concerté de la terre et de mars, pour en donner l’illusion ? Pendant son trajet de la terre à mars, la fusée accélère, puis coupe ses moteurs et poursuit son trajet sur sa lancée, enfin ralentit pour se poser sur la planète rouge. Pendant tout le voyage, la fusée s’éloigne de la terre et se rapproche de mars. A bord, les conditions d’observation changent selon que la poussée des moteurs est ressentie ou non, mais cela n’affecte en rien l’univers dans lequel la fusée se déplace. Si la fusée avait accéléré jusqu’à mi-chemin pour ralentir ensuite, elle n’aurait jamais connu de mouvement uniforme, sans que cela change grand-chose, sauf à son bord. Vu de l’extérieur, pour celui qui n’en subit pas les effets, le mouvement accéléré n’est pas moins relatif que le mouvement à vitesse constante.

Mouvement, vitesse et masse

Alors, qui se déplace réellement ? Si l’un des vaisseaux est en accélération grâce à la poussée d’un moteur, le passager peut le constater par le ressenti qu’il en a et peut même en effectuer la mesure. Sachant que la vitesse acquise se conserve par inertie, il sait qu’il est toujours en mouvement lorsque la poussée du moteur cesse, à condition de se souvenir qu’elle a eu lieu. Observons que la symétrie relevée plus haut est spatiale alors que la mesure de l’accélération est celle de la poussée du moteur, laquelle n’est pas une mesure spatiale. Le déplacement n’est que la conséquence du mouvement dans un système de coordonnées spatiales, ce n’est pas le mouvement lui-même. Cependant, pourrait-il y avoir un changement des coordonnées s’il n’y avait pas de mouvement ? On ne peut dire sérieusement que seules existent les conséquences mesurables du mouvement, mais pas le mouvement lui-même. Il est en effet assez courant de prouver l’existence d’une chose par la constatation de ses effets.

Le passager qui est plaqué sur son siège sait qu’il est en mouvement. Lorsqu’il a atteint sa vitesse de croisière, il ne ressent plus les effets de son mouvement qu’il poursuit cependant. En réalité, il est toujours en mouvement inertiel, même lorsqu’il ressent un coup de pied au derrière. C’est parce que sa vitesse inertielle a toujours un temps de retard sur l’impulsion reçue qu’il en ressent les effets. Serait-ce cette pression qui aurait pour effet de ralentir le temps des corps qui y sont soumis. ?

Il est souvent affirmé que le mouvement inertiel ne produit aucun effet, mais est-ce bien vrai ? Einstein nous dit que la vitesse acquise par l’accélération augmente la masse d’un corps et que cela a pour effet de ralentir son rythme temporel. Ce n’est pas la pression exercée sur un corps par l’accélération qui ralentit son rythme temporel, mais la vitesse, même lorsque la pression a cessé. Ces effets sont réels, même lorsqu’on ne peut les observer. C’est seulement en se retrouvant sur le même référentiel Terre que les jumeaux de Langevin peuvent constater leur différence d’âge.

Il n’existe pas de mesure absolue

Selon la théorie de la relativité, l’écoulement du temps est ralenti par la vitesse de déplacement dans l’espace. Lorsque deux corps se retrouvent après s’être déplacés à des vitesses différentes, ils peuvent constater que leurs horloges ont mesuré des temps différents. Leurs occupants peuvent en conclure que celui dont le temps mesuré est le plus bref est celui qui s’est déplacé le plus rapidement. La différence avec la mesure par la variation de la distance, c’est que la variation de la vitesse d’écoulement du temps permet de désigner le plus rapide, ce que ne permet pas la mesure de la vitesse relative des corps entre eux.

En vérité, nous ne mesurons jamais le mouvement, mais seulement la vitesse de déplacement dans l’espace (variation de la distance entre deux repères) ou celle de déplacement dans le temps (nombre de battement d’une horloge). Avant Einstein, on ne pouvant mesurer que la vitesse de déplacement dans l’espace, le temps étant un absolu s’écoulant à la même vitesse pour tout le monde. Depuis, nous savons que la vitesse d’écoulement du temps dépend de la vitesse de déplacement dans l’espace, le cumul des deux ne pouvant excéder la vitesse atteinte par la lumière .

Il n’existe pas de mesure absolue, car toute mesure est relative, mais ce qui est mesuré existe cependant, car on ne peut mesurer une chose inexistante. Le mouvement a pour effet de ralentir le rythme temporel de la chose qui se meut et de faire varier la distance séparant cette chose de ce qui l’entoure, or il est assez habituel de constater l’existence d’une chose par les effets qu’elle produit.