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L’espace-temps : une défense de la thèse matérialiste relationnelle

La question de la nature de l’espace et du temps n’a cessé d’accompagner le développement de la physique moderne. Depuis les Principia de Newton (1687) jusqu’aux débats contemporains sur la relativité et la gravitation quantique à boucles, elle oppose deux grandes traditions : celle de l’espace et du temps comme entités absolues ou substantielles, et celle qui les considère comme des relations ou des structures dérivées des interactions matérielles.

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L’optique comme champ d’expérimentation crucial

À la fin du XVIIIe siècle, deux théories rivales expliquent les phénomènes optiques : la théorie corpusculaire de Newton et la théorie ondulatoire de Christian Huygens (1629-1695). Toutes deux rendent compte de la réfraction, mais divergent sur la vitesse de la lumière dans les milieux : plus rapide dans l’eau selon Newton, plus lente selon Huygens. Cette différence fait de la mesure de cette vitesse une experimentum crucis au sens de Francis Bacon. L’aberration stellaire observée par James Bradley (1693-1762) en 1727, interprétée dans le cadre corpusculaire comme effet du mouvement terrestre, semble alors conforter cette approche. En revanche, les théories ondulatoires reposent sur l’hypothèse d’un milieu de propagation, l’éther luminifère, dont la réalité reste problématique.

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L’électromagnétisme de Maxwell comme nouveau cadre conceptuel

Au début du XIXe siècle, ce qui est aujourd’hui regroupé dans l’électromagnétisme est alors séparé en deux domaines : l’électricité et l’électrostatique (électricité statique et aimants). Parallèlement la découverte du galvanisme ouvre la voie à l’étude des phénomènes électriques persistants dans les milieux conducteurs. Siméon Denis Poisson (1781-1840) et Charles Augustin Coulomb (1736-1806) formulent des théories mathématiques pour le magnétisme.

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Les tensions internes de l’électrodynamique classique

L’électrodynamique classique est la branche de la physique qui étudie les interactions entre les charges électriques et les champs électromagnétiques dans le cadre de la physique classique. Elle prend sa source dès 1820 avec la découverte par Hans Christian Ørsted (1777-1851) de l’action d’un courant électrique sur une aiguille aimantée.

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La philosophie conventionnaliste de Poincaré

Heinrich Hertz tente, à l’orée de sa mort, en 1894, une nouvelle exposition des principes de la mécanique. Le livre de Hertz aura une forte impression sur Poincaré. Cependant, il lui reproche le défaut de ne pas suffisamment distinguer ce qui est définition, vérité expérimentale et théorème mathématique (Poincaré, 1897, p. 743). Bien plus, il introduit un quatrième élément, l’hypothèse. Ainsi Poincaré tente une distinction entre ces éléments dans plusieurs articles et dans ses deux premiers ouvrages de philosophie : La Science et l’Hypothèse, publié en 1902 ; et La Valeur de la Science, en 1905 .

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La relativité galiléenne et le mouvement chez Aristote

En 1632 Galilée décrit ce qui ne sera érigé en principe physique que bien plus tard, la notion de relativité. Pour ce faire il imagine une expérience de pensée, celle d’insectes volant à l’intérieur de la cabine d’un navire. Pour cette première vidéo sur la notion de relativité, la relativité galiléenne, nous reviendrons sur la conceptualisation du mouvement chez Aristote.

L’espace et le temps

Newton expose dans ses Philosophiae naturalis principia mathematica en 1687 une expérience connue sous le nom de l’expérience du seau de Newton. Il la présente en ces termes : « si l’on fait tourner en rond un vase suspendu à une corde jusqu’à ce que la corde, à force d’être torse, devienne en quelque sorte inflexible ; si l’on met ensuite de l’eau dans ce vase et qu’après avoir laissé prendre à l’eau et au vase l’état de repose, on donne à la corde la liberté de se détortiller […] ; le mouvement du vase se communiquant peu à peu à l’eau qu’il contient, cette eau commencera à tourner, à s’élever vers ses bords, et à devenir concave […]. »

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