VI. — L’Aberration.

On sait en quoi consiste le phénomène de l’aberration, découvert par Bradley. La lumière émanée d’une étoile met un certain temps pour parcourir une lunette ; pendant ce temps, la lunette, entraînée par le mouvement de la Terre, s’est déplacée. Si donc on braquait la lunette dans la direction vraie de l’étoile, l’image se formerait au point qu’occupait la croisée des fils du réticule quand la lumière a atteint l’objectif ; et cette croisée ne serait plus en ce même point quand la lumière atteindrait le plan du réticule. On serait donc conduit à dépointer la lunette pour ramener l’image sur la croisée des fils. Il en résulte que l’astronome ne pointera pas la lunette dans la direction de la vitesse absolue de la lumière, c’est-à-dire sur la position vraie de l’étoile, mais bien dans la direction de la vitesse relative de la lumière par rapport à la Terre, c’est-à-dire sur ce qu’on appelle la position apparente de l’étoile. Sur la figure 1, nous avons représenté en AB la vitesse absolue de la lumière (changée de sens, puisque l’observateur est en A et l’étoile à une grande distance dans la direction AB), en BD la vitesse de la Terre, en AD la vitesse relative de la lumière (changée de sens) ; l’astronome devrait pointer son instrument dans la direction AB : il le pointe dans la direction AD.

La grandeur de AB, c’est-à-dire la vitesse de la lumière, est connue ; on pourrait donc croire que nous avons le moyen de calculer BD, c’est-à-dire la vitesse absolue de la Terre. (Je m’expliquerai tout à l’heure sur ce mot absolu.) Il n’en est rien ; nous connaissons bien la position apparente de l’étoile, c’est-à-dire la direction AD que nous observons ; mais nous ne connaissons pas sa position vraie : nous ne connaissons AB qu’en grandeur et pas en direction.

Si donc la vitesse absolue de la Terre était rectiligne et uniforme, nous n’aurions jamais soupçonné le phénomène de l’aberration ; mais elle est variable ; elle se compose de deux parties : la vitesse du système solaire, qui est rectiligne et uniforme et que je représente en BC ; la vitesse de la Terre par
Fig. 1. rapport au Soleil, qui est variable et que je représente en CD, de telle façon que la résultante soit représentée en BD.

Comme BC est constant, la direction AC est invariable ; elle définit la position apparente moyenne de l’étoile, tandis que la direction AD, qui est variable, définit la position apparente actuelle, qui décrit une petite ellipse autour de la position apparente moyenne, et c’est cette ellipse qu’on observe.

Nous connaissons CD en grandeur et en direction d’après les lois de Kepler et notre connaissance de la distance du Soleil ; nous connaissons AC et AD en direction et nous pouvons, par conséquent, construire le triangle ACD ; connaissant AC, nous aurons la vitesse de la lumière (représentée par AB), puisque, BC étant supposé très petit au regard de AB, AC diffère très peu de AB. La vitesse relative de la Terre par rapport au Soleil est seule intervenue.

Halte-là ! toutefois. Nous avons regardé AC comme égal à AB ; cela n’est pas rigoureux, cela n’est qu’approché ; poussons l’approximation un peu plus loin. Les dimensions de l’ellipse décrite pendant une année par la position apparente d’une étoile dépendent du rapport de CD, qui est connue, à la longueur AC ; l’observation nous fait donc connaître cette dernière longueur. Comparons les grands axes de l’ellipse pour les différentes étoiles : nous aurons pour chacune d’elles le moyen de déterminer AC en grandeur et en direction. La longueur AB est constante (c’est la vitesse de la lumière), de sorte que les points B correspondant aux diverses étoiles seront tous sur une sphère de centre A. Comme BC est constant en grandeur et direction, les points C correspondant aux différentes étoiles seront tous sur une sphère de rayon AB et de centre A′, le vecteur AA′ étant égal et parallèle à BC. Si alors on avait pu déterminer, comme nous venons de le dire, les différents points C, on connaîtrait cette sphère, son centre A′ et, par conséquent, la grandeur et la direction de la vitesse absolue BC.

On aurait donc un moyen de déterminer la vitesse absolue de la Terre ; cela serait peut-être moins choquant qu’il ne semble d’abord ; il ne s’agit pas, en effet, de la vitesse par rapport à un espace absolu vide, mais de la vitesse par rapport à l’éther, que l’on regarde par définition comme étant en repos absolu.

D’ailleurs, ce moyen est purement théorique. En effet, l’aberration est très petite ; les variations possibles de l’ellipse d’aberration sont beaucoup plus petites encore, et, si nous regardons l’aberration comme du premier ordre, elles doivent donc être regardées comme du second ordre : un millième de seconde environ ; elles sont absolument inappréciables pour nos instruments. Nous verrons enfin plus loin pourquoi la théorie précédente doit être rejetée, et pourquoi nous ne pourrions déterminer BC quand même nos instruments seraient dix mille fois plus précis !

On pourrait songer à un autre moyen, et l’on y a songé en effet. La vitesse de la lumière n’est pas la même dans l’eau que dans l’air ; ne pourrait-on comparer les deux positions apparentes d’une étoile vue à travers une lunette tantôt pleine d’air, tantôt pleine d’eau ? Les résultats ont été négatifs ; les lois apparentes de la réflexion et de la réfraction ne sont pas altérées par le mouvement de la Terre. Ce phénomène comporte deux explications :

1 On pourrait supposer que l’éther n’est pas en repos, mais qu’il est entraîné par les corps en mouvement. Il ne serait pas étonnant alors que les phénomènes de réfraction ne fussent pas altérés par le mouvement de la Terre, puisque tout, prismes, lunettes et éther, est entraîné à la fois dans une même translation. Quant à l’aberration elle-même, elle s’expliquerait par une sorte de réfraction qui se produirait à la surface de séparation de l’éther en repos dans les espaces interstellaires et de l’éther entraîné par le mouvement de la Terre. C’est sur cette hypothèse (entraînement total de l’éther) qu’est fondée la théorie de Hertz sur l’Électrodynamique des corps en mouvement ;

2 Fresnel suppose, au contraire, que l’éther est en repos absolu dans le vide, en repos presque absolu dans l’air, quelle que soit la vitesse de cet air, et qu’il est partiellement entraîné par les milieux réfringents. Lorentz a donné à cette théorie une forme plus satisfaisante. Pour lui, l’éther est en repos, les électrons seuls sont en mouvement ; dans le vide, où l’éther entre seul en jeu, dans l’air, où il entre presque seul en jeu, l’entraînement est nul ou presque nul ; dans les milieux réfringents, où la perturbation est produite à la fois par les vibrations de l’éther et par celles des électrons mis en branle par l’agitation de l’éther, les ondulations se trouvent partiellement entraînées.

Pour décider entre les deux hypothèses, nous avons l’expérience de Fizeau, qui a comparé, par des mesures de franges d’interférence, la vitesse de la lumière dans l’air en repos ou en mouvement, ainsi que dans l’eau en repos ou en mouvement. Ces expériences ont confirmé l’hypothèse de l’entraînement partiel de Fresnel. Elles ont été reprises avec le même résultat par Michelson. La théorie de Hertz doit donc être rejetée.