BECQUEREL

ri

objet soulevé puis abandonné à lui-même tombe-t-il 2 chacun est tenté de répondre : ‘* parce qu'il est attiré par la terre ”. La physique moderne doit formuler autrement la réponse.

Le développement, dans le domaine de l’électromagnétisme, de la théorie des actions de proche en proche non instantanées a conduit à la théorie de Maxwell, vérifiée par l'expérience, et au principe de relativité restreint (voir chap. IV). Une conception semblable doit être admise" pour la gravitation : l’attraction de la terre sur l'objet qui tombe est un effet indirect; la propriété d'agir sur une” masse matérielle ou sur un rayon lumineux appartient, en réalité, au champ de gravitation, c'est-à-dire à l'Espace- Temps qui se trouve modifié au voisinage de la matière : ce n'est pas une action à distance, directe et instantanée, produite par un corps attirant.

2° ÉGALITÉ DE LA MASSE PESANTE ET'DE-EA MASSE INERTE.— Le champ de gravitation possède une À propriété extrêmement remarquable qui n'appartient pas 4 aux champs électrique et magnétique. Alors que dans un même champ électrique des charges différentes prennent des accélérations différentes, dans un champ de gravitation l’accélération acquise par un corps ne dépend ni de l'état physique, ni même de la nature du corps. Zous les corps, qu'ils soient lourds ou légers, tombent avec la même vitesse si les conditions initiales sont les mêmes. L'accélération est indépendante de la force qui s'exerce sur le corps (indépendante de son poids).

Ce fait, si familier, est extraordinaire,

Pour les faibles vitesses, on a la loi du mouvement de Newton

force — masse inerte >< accélération

1 d Le .

c'est-à-dire que la masse inerte (masse au repos) est une constante propre au corps accéléré.

Si la force est le poids, on a

force — masse pesante >< intensité du champ.

L4 f AE “ La masse pesante étant également une caractéristique du corps.

On a donc :

masse pesante

accélération — >< intensité du champ.

masse inerte

Puisque l'expérience prouve que, dans un même champ de gravitation, l'accélération est indépendante du corps, le

masse pesante rapport : est une constante pour tous les

masse inerte

corps et si l'on choisit les unités de façon que ce rapport soit égal à 1, la masse pesante est égale à la masse inerte,

Il y a longtemps que la mécanique a enregistré ce résultat, mais personne ne l'avait interprété. L'interprétation est celle-ci : la même qualité de la matière se mamifeste, selon les circonstances, soit comme inertie, soit comme pesanteur: en termes plus précis : LA FORCE DE GRAVI TATION‘EST UNE FORCE D'INERTIE.

Avec M. Einstein, imaginons une portion d'espace vide, si loin des étoiles et de toute matière qu'il n’y ait plus de champ de gravitation et que nous soyons dans le cas idéal où la loi galiléenne d'inertie est applicable. Il est alors pos- … sible, dans cette portion d'Univers, de choisir un système . galiléen. Dans ce système supposons une chambre isolée à

l'intérieur de laquelle se trouve un observateur: pour cet q P

84 RELATIVITÉ GÉNÉRALISÉE ET GRAVITATION homme il n'y a pas de pesanteur, pas de direction privi-. légiée.

Supposons maintenant que, par un câble fixé à un cro-

chet au milieu de la toiture de la chambre, un être exté

rieur se mette à tirer avec une force constante. Pour un observateur immobile dans le système galiléen, la chambre va prendre un mouvement uniformément accéléré et sa vitesse croîtra d'une facon fantastique. Mais toute autre. sera l'opinion de l’homme enfermé dans la chambre: l'accélération va projeter cet homme sur le plancher, pour lui il y auraun haut” et un bas ” comme dans une chambre sur la terre ; 1l constatera que tous les objets tombent avec une même accélération ; sa première impression sera quil. se trouve dans un champ de gravitation.

À la réflexion, il se demandera pourquoi il ne tombe pas en chute libre, ce qui ferait disparaître la pesanteur. Cherchant ce qui se passe, 1l découvrira le crochet et le càäble tendu : cette fois tout sera clair pour lui, il se dira : ma chambre est suspendue, au repos, dans un champ de gravitation.

Cet homme est-il dans l'erreur ? nullement : il a parfaitement le droit de considérer sa chambre comme immobile, bien qu'elle soit accélérée relativement à l'espace galiléen. On voit que la possibilité de cette interprétation repose sur la propriété fondamentale d'un champ de gravitation, de donner à tous les corps la même accélération, c'est-à-dire sur l'égalité de la masse pesante et de la massé inerte.

3" LE BOULET DE JULES VERNE.— Au lieu d'imaginer que la chambre de l'observateur est loin de toute matière, supposons-la, au contraire, en chute libre (sans rotation) dans le champ de gravitation d'un astre. La:

pesanteur y sera supprimée puisque tous les objets seront - soumis à la même accélération que la chambre en tombant avecelle, Pour l'observateur de la chambre, il n'y aura plus mi haut ni bas, et un mobile libre sera au repos ou animé d'un mouvement rectiligne et uniforme ; ce mobile se conformera à la loi de Galilée ; un système de référence hé à la chambre sera donc un système galiléen (bien que pour “un observateur situé sur l'astre sur lequel tombe la chambre ce système soit accéléré) et l’homme de la chambre considérera | Univers comme euclidien dans son voisinage. 4 LE PRINCIPE D'ÉQUIVALENCE. — Ainsi, d'une part l'emploi d'un système de référence en mouvement accéléré dans un Univers euclidien équivaut à créer un certain champ de gravitation dans lequel ce système pourra être considéré comme immobile; d'autre part, l'emploi d'un système de référence lié à un corps en chute libre dans un champ de gravitation revient à supprimer ce “champ. En tout point d'espace 1l est donc impossible de se prononcer entre les deux hypothèses suivantes: 1° il existe “un état de mouvement accéléré sans champ de gravitation ; #2” le système est au repos mais il y règne un champ de “gravitation s exerçant sur toute portion d'énergie. En un mot il est impossible de distinguer un champ de force d'inertie dû à un état de mouvement et un champ dé gravitation. Il y a équivalence, selon l'expression d'Einstein, qui appelle champ de gravitation tout champ de force, que ce champ soit dû à un état de mouvement du “système de référence ou au voisinage de masses matérielles,

L'UNIVERS RÉEL N'EST PAS EUCLIDIEN. — Pour un “observateur en chute libre, dans un boulet de Jules Verne, le champ de gravitation n’est supprimé que localement.

C'est seulement dans une région peu étendue (théoriquement infiniment petite) que l'Univers est euclidien pour

cet observateur. Le champ de gravitation subsiste à dis-

tance, parce que l'intensité de la pesanteur n'est constante ni en grandeur ni en direction; en supprimant le champ

en un point, on l'accentue ailleurs: par exemple, relative- .

ment à un observateur qui tomberait en chute libre sur la Terre, le champ de la pesanteur serait doublé dans la région symétrique par rapport au centre de la Terre.

Dans la nature, aucun champ de gravitation n'est

uniforme ; aucun système de référence ne peut annuler un

champ de gravitation dans toute son étendue. Il est impossible de trouver un système de référence dans lequel la lumière ait une propagation rigoureusement isotrope, dans lequel la loi d'inertie de Galilée puisse être rigoureusement apphquée. En un mot le système galiléen est théoriquement imaginable, et l'esprit le conçoit aisément parce que c'est le système le plus simple — de même que la géométrie euclidienne est la plus intuitive — mais ce n’est qu'une fiction et l'Univers réel, envisagé dans son ensemble, n'est pas euclidien.