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Relativité et dialectique - Matière et Révolution
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Relativité et dialectique

mardi 31 décembre 2013, par Robert Paris

Exposant comment il a été amené à inventer un couple de contraires dialectiques, Einstein écrit en 1905 : « Dans la construction de la théorie de la relativité restreinte, l’idée suivante concernant l’expérience de Faraday sur l’induction électromagnétique a joué pour moi un rôle fondamental. Selon Faraday, lors du mouvement relatif d’un aimant par rapport à un circuit conducteur, un courant électrique est induit dans ce dernier. Peu importe si c’est l’aimant ou le conducteur qui est en mouvement ; d’après Maxwell-Lorentz, seul compte le mouvement relatif. (…) Du point de vue de l’aimant, il n’y avait assurément pas de champ électrique, du point de vue du conducteur, il y en avait assurément un. L’existence d’un champ électrique n’était donc que relative, dépendante de l’état de mouvement du système de coordonnées utilisé, et il n’était possible d’accorder de réalité objective qu’à l’ensemble du champ électrique et du champ magnétique. »

Relativité et dialectique

S’il y a un lien entre physique et philosophie qui mérite d’être plus souligné qu’il ne l’a été, c’est bien entre relativité en physique et philosophie dialectique.

La physique relativiste (de Lorentz, Poincaré, Einstein et Dirac jusqu’aux derniers travaux de la physique quantique relativiste) est celle qui reconnait les déformations du mouvement liées à des déplacements dont les vitesses ne sont pas négligeables par rapport à la vitesse de la lumière c (voisine de 300.000 kilomètres par seconde) ou de phénomènes comme l’électromagnétisme lié à des interactions en temps très courts par rapport aux ordres de grandeur d’espace.

On se souvient que l’idée même de relativité est fondée sur celle, contraire, d’absolu. C’est pour rendre absolues les lois de la physique que les théoriciens relativistes (Galilée le premier) ont rendu relatifs les mesures de temps, d’espace, de vitesse, puis de masse et d’énergie. L’idée est de considérer que les lois de la physique doivent décrire une réalité objective et indépendante de la situation de l’observateur. Un phénomène a joué un rôle central dans cette remarque : la vitesse de déplacement de la lumière (c’est-à-dire de tout phénomène électromagnétique) qui est la même pour n’importe quel observateur. Cette propriété est contraire au bon sens qui croit que la vitesse devrait être plus grande pour un observateur se rapprochant de la source de lumière et plus aussi pour une lumière émise par une source en mouvement dans le sens de l’émission de la lumière. La remarque de l’indépendance de la vitesse de la lumière en fait un absolu mais rend relative la mesure du temps et de l’espace parcouru. C’est donc bien l’absolu qui a produit le relatif ! Les paramètres sont relatifs (ils changent quand on change d’observateur) et interdépendants mais leur relation est absolue (inchangée quand on change d’observateur).

La première question posée par la relativité en physique est le caractère absolu ou relatif des phénomènes observés, donc le lien entre phénomène et observateur. Ce lien est dialectique…

La relativité est contre-intuitive à d’autres égards et elle l’est ici encore comme la philosophie dialectique. Elle remarque ainsi que mouvement et non-mouvement ne s’opposent pas diamétralement mais s’opposent et se composent. Nous verrons plus loin qu’elle fait la même remarque pour matière et vide : les deux ne s’opposent pas diamétralement alors que la logique formelle et le bon sens les opposaient diamétralement (ou matière ou vide). Pour le bon sens, ou un objet matériel est en mouvement ou il est au repos. Pour la dialectique comme pour la relativité, c’est les deux à la fois. Ainsi, la relativité démontre qu’il est identique de considérer que l’objet suit seulement un mouvement inertiel (ou est au repos) ou un mouvement accéléré de manière rectiligne et uniforme donc le repos est une forme de mouvement ! Il en va de même : le bon sens et la logique formelle considèrent qu’ou il y a un objet matériel ou il n’y en a pas, exclusivement. La dialectique et la relativité considèrent tous deux qu’il y a à la fois objet matériel et pas d’objet matériel. Donc le vide est une forme de matière…

Nous allons voir que de multiples propriétés dialectiques sont reliées à la physique relativiste.

Il est d’autant plus remarquable de constater qu’aucun des auteurs de la physique relativiste, à commencer par le principal, Einstein, n’a cherché à affirmer ce lien avec la philosophie dialectique, Einstein se reconnaissant dans une sorte de matérialisme mais ne faisant pas d’allusion à la philosophie de la dialectique.

Cependant ce lien est bien réel et même tout à fait digne d’intérêt.

La dialectique (prise au sens de Hegel) signifie essentiellement que les opposés sont sans cesse en train de se combattre mais que ce combat ne mène pas à l’élimination définitive de l’un des deux combattants, et plutôt à la transformation des deux et à un nouveau combat. Elle affirme également que c’est de ce combat que provient la dynamique de la réalité, aussi bien dans le domaine physique que dans celui des idées. La dialectique de Hegel affirme que la réalité n’est autre que cette décomposition en contraires suivie de recomposition en une seule unité.

Eh bien, nous allons tâcher de montrer ici que la physique relativiste, notamment celle d’Einstein et des suivants (comme la physique quantique relativiste initiée par Dirac et poursuivie notamment par Lee Smolin avec la théorie du vide quantique) a amené à prendre conscience que de nombreux paramètres physiques, considérés jusque là comme des entités séparées, étaient en fait contradictoires et, en même temps, inséparables, interdépendants et sans cesse associés, tout en s’opposant sans cesse, ce qui marque le caractère dialectique de leur opposition.

Soulignons de plus qu’avant la relativité, aucune théorie physique ni philosophique n’avait remarqué le lien dialectique de ces paramètres physiques pourtant bien connus.

La relativité a donc donné naissance à de multiples couples de contraires au sens dialectique : espace/temps, matière/vide, masse/énergie, matière/mouvement, énergie/quantité de mouvement, matière/lumière, matière/espace-temps, lumière/électromagnétisme, électricité/magnétisme, particules/antiparticules du vide, etc….

Ces paramètres n’étaient pas considérés auparavant comme inséparables et interdépendants de la manière dont ils vont l’être suite aux développements de la physique relativiste.

Prenons l’exemple d’électricité et magnétisme. Certes, la physique depuis Maxwell, connait parfaitement l’existence de liens entre les deux mais elle ne sait pas que les changements relativistes amènent des passages d’une quantité à l’autre, ce qui signifie que l’on peut tout à fait transformer un phénomène électromagnétique en phénomène uniquement électrique ou uniquement magnétique par des modifications relatives du mouvement des repères (loi de modération de Lentz). Les phénomènes électricité et magnétisme n’en restent pas moins opposés mais ce sont des opposés qui se combinent sans cesse, se changent l’un dans l’autre, et subissent toutes les modifications si curieuses, si contraires au bon sens et à la logique formelle, des contraires dialectiques. En physique, la loi de Lenz-Faraday permet de rendre compte des phénomènes macroscopiques d’induction électromagnétique. Fondée sur les travaux de Michael Faraday en 1831, et sur l’énoncé de Heinrich Lenz de 1834, elle est aujourd’hui déduite de l’équation locale de Maxwell-Faraday. Il s’agit d’une loi de modération, ce qui signifie qu’elle décrit des effets qui s’opposent à leurs causes. Cette modération est un effet relativiste de dilatation du temps appliqué aux particules chargées en mouvement.

En rendant interdépendants les paramètres d’espace et de temps, la relativité a, là aussi, rendus inséparables, transformables l’un dans l’autre deux paramètres qui se sont révélés s’opposer : quand l’un des paramètres s’écoule plus rapidement, l’autre s’écoule plus lentement. Rendre interdépendants en permanence l’espace et le temps, comme l’a fait la relativité, est un changement considérable.

Elle a aussi cassé la prétention à séparer la matière de l’espace dans lequel cette matière se déplace. Elle a reconstitué le lien entre ces contraires. La matière change l’espace-temps… Elle reconstitue donc le lien dialectique entre les deux.

S’en est fini de la conception newtonienne et kantienne d’espace et de temps, considérés comme deux formes a priori et indépendantes… L’invariant est désormais un couplage espace-temps ou un couplage champ électrique et champ magnétique, ou encore un couplage énergie-quantité de mouvement. C’est dire l’inséparabilité des contraires et leur capacité de se transformer les uns dans les autres.

Ce qui se conserve, n’est pas l’espace d’un côté, le temps d’un autre, le champ électrique d’un côté et le champ magnétique de l’autre, l’énergie d’un côté et la quantité de mouvement de l’autre. En physique classique, la quantité de mouvement et l’énergie cinétique globales d’un système isolé se conservent au cours du temps, du moins quand les chocs sont élastiques. C’est une propriété compatible mais indépendante du principe de relativité galiléen. En relativité restreinte, c’est le quadrivecteur énergie-impulsion global d’un système isolé qui se conserve, et c’est aussi une propriété compatible et indépendante du principe de relativité d’Einstein. Les coordonnées de ce vecteur à quatre dimensions (quadrivecteur) regroupent l’énergie et la quantité de mouvement, et se conservent quelles que soient les interactions entre les éléments du système isolé.

Dans « La nature de la physique », le physicien Richard Feynman expose : « Einstein a dû modifier les lois de la gravitation (de Newton), suivant ses principes de relativité. Le premier de ces principes était que rien ne peut advenir instantanément alors que, selon Newton, la force agissait instantanément. » Dans « Rien ne va plus en physique », le physicien, spécialiste des théories de gravité quantique, Lee Smolin écrit : « L’espace est aussi dynamique que la matière : il bouge et il change de forme. (…) La théorie d’Einstein a des conséquences très importantes, puisque les rayons de lumière sont courbés par le champ gravitationnel qui, à son tour, réagit à la présence de la matière. La seule conclusion possible est que la présence de matière influence la géométrie de l’espace. (…) L’unification einsteinienne du champ gravitationnel avec la géométrie de l’espace-temps était le signal de la transformation profonde de notre façon de concevoir la nature. »

Einstein expose : « Le temps s’écoule plus lentement si la vitesse se rapproche de celle de la lumière (c’est la dilatation du temps). La vitesse augmente la durée de vie (dans des accélérateurs, une particule à durée de vie très courte voit sa durée de vie augmenter à de très grandes vitesses proches de celle de la lumière). Les horloges mobiles retardent par rapport aux horloges fixes Enfin, la formule E = mc2 pose l’équivalence de la masse et de l’énergie. La masse est une forme de l’énergie. »

Dans le domaine de l’énergie, la révolution relativiste est tout aussi considérable et toujours dans le sens d’une nouvelle dialectique des relations, qu’il s’agisse de la dialectique des contraires couplés : énergie/masse, énergie/quantité de mouvement, énergie de la matière/énergie du vide. L’un des résultats les plus fameux, retenu sous la forme E=mc², démontre que la matière et l’énergie sont deux formes contradictoires de la même chose et donc deux contraires inséparables et transformables l’un dans l’autre (ce que montre la radioactivité, la fusion et la fission nucléaires). Jusque là, matière et énergie rayonnée semblaient deux mondes séparés et non deux formes contradictoires de la même chose.

Et les révolutions conceptuelles et dialectiques de la relativité ne s’arrêtent pas là….

La relativité montre l’inséparabilité entre matière et mouvement. On savait que la matière était une résistance au mouvement marqué par la masse inerte. On découvre que, plus le mouvement est rapide, plus il augmente cette résistance au mouvement de la matière. La limite est marquée par la vitesse de la lumière c.

Cette vitesse de la lumière expose la question du mouvement, là aussi, de manière dialectique.

Cette idée est à la base même de la conception relativiste : on ne peut pas aller plus vite que la lumière (ou que le rayonnement électromagnétique) signifie que l’on ne peut pas composer additivement les mouvements relatifs. Ils ne se contentent pas de s’ajouter. Ils subissent également une action contraire qui est d’autant plus grande que leur augmentation de vitesse les rapproche de la vitesse c de la lumière. Il y a donc un phénomène contraire à tout mouvement de matière dans le vide. Ce vide n’est pas rien et il oppose une résistance à la matière. Cette résistance est d’autant plus importante que la vitesse du mouvement s’approche de c. Plus on veut aller vite, plus il est difficile (couteux en énergie) d’aller plus vite.

Et ce n’est pas seulement la matière puisque la lumière (et le rayonnement) ne peut pas non plus aller plus vite.

L’existence d’une vitesse limite c impose de nombreux changements conceptuels.

Prenons un problème philosophique posé par le matérialiste dialectique Parménide : le monde est-il un ou pluriel ?

La relativité impose que la réponse soit : les deux à la fois. Exposons pourquoi.

En effet, des zones qui sont trop éloignées pour se connecter, même à la vitesse de la lumière (on dit qu’elles ne sont pas dans le même cône d’espace-temps), sont ignorantes l’une de l’autre, alors qu’elles appartiennent toutes deux à un monde unique. Il y a à la fois unicité et pluralité des mondes….

Le caractère contradictoire de la matière provient également du fait qu’elle ne fait pas partie de l’univers des objets qui se déplace à la vitesse c et, en même temps, elle ne cesse de se fonder sur eux. Il n’y a d’autre interaction matière-matière que celle se faisant par des corpuscules lumineux (photons ou bosons). Là, il est effectif que c’est de la physique quantique mais nous allons voir que la physique quantique relativiste va beaucoup plus loin dans la mise en évidence des contraires et de leur combat, de leur unité aussi, là où la physique ne le reconnaissait pas auparavant.

La physique quantique relativiste, dès ses débuts avec Dirac, reconnait que le vide quantique n’est pas vide et se décompose en particules et antiparticules dites virtuelles.

Un vide neutre se décomposant en particules et antiparticules, voilà bien un processus dialectique, d’autant que particule et antiparticule ne cessent de se recomposer pour donner de l’énergie électromagnétique (des photons de lumière par exemple ou des photons virtuels du vide quantique).

Particules et antiparticules virtuels sont bien des opposés dialectiques. Ils forment le vide quantique et ils ne se contentent pas de donner une toile de fond aux mouvements et aux changements de la matière.

Le vide est fondateur du phénomène matière comme du phénomène lumière (ou rayonnement électromagnétique).

Et, sans cesse, la matière se retransforme en vide et le vide en matière ou encore la lumière en vide et le vide en lumière….

La contradiction entre le vide et son contraire s’avère bel et bien dialectique au sens de Hegel….

On a donc constaté que la matière peut se changer en son contraire, en énergie rayonnée, et inversement, que la matière peut se changer en vide et inversement, que la matière peut se changer en mouvement, et inversement. Ainsi, un couple électron-positon de matière peut se changer en couple de photons obéissant à la règle : énergie des photons égale masse des particules fois carré de la vitesse de la lumière E=mc²…

La contradiction matière/lumière ou matière/énergie est donc bel et bien dialectique.

Il est à remarquer que, si matière et lumière ont des propriétés de deux opposés, ils se composent sans cesse. La lumière est sans cesse émise et absorbée par la matière et la structure de la matière ne peut pas exister sans lumière. Aucune structure matérielle ne peut exister sans lumière puisque c’est sur elle que reposent les interactions matière-matière.

La lumière (déformation de l’espace vide) n’est donc pas diamétralement opposée à la matière, qui s’avère dans la relativité, elle aussi une déformation de la géométrie de l’espace-temps du vide.

Matière et antimatière s’opposent eux aussi (propriétés inverses dans tout ce qui concerne le temps comme les propriétés électromagnétiques) mais en même temps ils se composent partout puisque qu’on les trouve composés dans la lumière comme dans le vide.

Matière et énergie sont aussi des opposés puisque la matière est ordre et l’énergie est agitation et désordre et pourtant ils se composent et se transforment sans cesse l’un dans l’autre…

Le vide quantique est le lieu de multiples transformations de type dialectique et notamment celles qui donnent naissance à la matière ou qui produisent des quantités d’énergie phénoménales. Jamais le caractère dialectique du vide et du plein n’avait été aussi manifeste ainsi que le caractère dialectique de la matière et de l’antimatière….

Finalement, relativité et dialectique convergent sur un point fondamental : l’univers n’est pas figé mais il n’accède à un ordre que de matière dynamique et sans cesse changeante, grâce à l’opposition des contraires et à la transformation de la forme produite par les étapes de leur confrontation.

3 Messages de forum

  • Relativité et dialectique 23 mai 2015 05:24, par R.P.

    Extrait de « Rien ne va plus en physique » de Lee Smolin :

    « Selon la théorie générale de la relativité d’Einstein, l’espace et le temps ne constituent plus un fond fixe et absolu. L’espace est aussi dynamique que la matière : il bouge et il change de forme. (…) Quelques siècles avant Einstein, Galilée avait découvert l’unification du repos avec le mouvement uniforme (en ligne droite à vitesse constante). A partir de 1907 environ, Einstein a commencé à s’interroger sur les autres types de mouvement, tel le mouvement accéléré. Dans le mouvement accéléré, la direction ou la vitesse varient. (…) C’est à ce moment qu’Einstein a fait l’avancée la plus extraordinaire. Il a réalisé que l’on ne pouvait pas distinguer les effets de l’accélération des effets de la gravité. (…) Dans une cabine d’ascenseur en chute libre, les passagers de la cabine ne sentiraient plus leur poids. (…) L’accélération de l’ascenseur en chute libre compense totalement l’effet de la gravité. (…) L’unification de l’accélération et de la gravitation a eu des conséquences importantes et, avant même que ses implications conceptuelles ne soient comprises, d’importantes implications expérimentales furent dégagées. Quelques prédictions en découlaient (…) par exemple que les horloges doivent ralentir dans un champ gravitationnel. (…) Ou encore que la lumière se courbe lorsqu’elle circule au travers d’un champ gravitationnel. (…) La théorie d’Einstein a des conséquences très importantes, puisque les rayons de lumière sont courbés par le champ gravitationnel qui, à son tour, réagit à la présence de la matière. La seule conclusion possible est que la présence de matière influence la géométrie de l’espace. (…) Si deux rayons de lumière sont initialement parallèles, ils peuvent se rencontrer, s’ils passent tous les deux près d’une étoile. Ils sont recourbés l’un vers l’autre. Par conséquent, la géométrie euclidienne (où les droites parallèles ne se rencontrent jamais) n’est pas adaptée au monde réel. De plus, la géométrie varie sans cesse, parce que la matière est sans arrêt en mouvement. La géométrie de l’espace n’est pas plate comme un plan infini. Elle est plutôt comme la surface de l’océan : incroyablement dynamique, avec de grandes vagues et de toutes petites rides. Ainsi, la géométrie de l’espace s’est révélée n’être qu’un autre champ. (…) Dans la relativité restreinte, l’espace et le temps forment, ensemble, une entité quadridimensionnelle qu’on appelle espace-temps. (…) L’unification einsteinienne du champ gravitationnel avec la géométrie de l’espace-temps était le signal de la transformation profonde de notre façon de concevoir la nature. Avant Einstein, l’espace et le temps avaient été pensés comme possédant des caractéristiques fixes, données une fois pour toutes : la géométrie de l’espace est, a été et sera toujours celle décrite par Euclide et le temps avance indépendamment de tout le reste. Les choses pouvaient se déplacer dans l’espace et évoluer dans le temps, mais l’espace et le temps eux-mêmes ne changeaient jamais. (…) La théorie générale de la relativité d’Einstein diffère complètement. Il n’y a plus de fond fixe. La géométrie de l’espace et du temps varie et évolue en permanence, ainsi que le reste de la nature. (…) Il n’y a plus un champ qui se déplace sur un fond géométrique fixe. Au contraire, nous avons une collection de champs, qui interagissent tous, les uns avec les autres, qui sont dynamiques, qui tous exercent une influence sur les autres, et la géométrie de l’espace-temps en fait partie. (…) La relativité générale a vite mené aux prédictions de phénomènes nouveaux, tels que l’expansion de l’univers, le Big Bang, les ondes gravitationnelles et les trous noirs, dont il existe, pour tous, de solides preuves expérimentales. (…) La leçon principale de la relativité générale était qu’il n’y avait pas de géométrie fixe du fond spatio-temporel. (…) Cela signifie que les lois de la nature doivent s’exprimer sous une forme qui ne présuppose pas que l’espace ait une géométrie fixe. C’est le cœur de la leçon einsteinienne. Cette forme se traduit en principe, celui d’indépendance par rapport au fond. Ce principe énonce que les lois de la nature peuvent être décrites dans leur totalité sans présupposer la géométrie de l’espace. (…) L’espace et le temps émergent de ces lois plutôt que de faire partie de la scène où se joue le spectacle. Un autre aspect de l’indépendance par rapport au fond est qu’il n’existe pas de temps privilégié. La relativité générale décrit l’histoire du monde au niveau fondamental en termes d’événements et de relations entre eux. Les relations les plus importantes concernent la causalité : un événement peut se trouver dans la chaîne causale qui mène à un autre événement. (…) Ce sont lesdits événements qui constituent l’espace. (…) Toute définition concrète de l’espace dépend du temps. Il existe autant de définitions de l’espace que de temporalités différentes. (…) La question fondamentale pour la théorie quantique de la gravitation est, par conséquent, celle-ci : peut-on étendre à la théorie quantique le principe selon lequel l’espace n’a pas de géométrie fixe ? C’est-à-dire peut-on faire une théorie quantique indépendante du fond, au moins en ce qui concerne la géométrie de l’espace ? »

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  • Relativité et dialectique 28 juin 2015 14:01, par alain

    Je ne comprends pas ce que signifie E = mc² alors qu’on dit que l’énergie cinétique d’une masse m est ½ mv² ?

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    • Relativité et dialectique 28 juin 2015 14:12, par Robert Paris

      C’est vrai qu’à première vue E = mc² (où c est la vitesse de la lumière) d’Einstein peut sembler contradictoire avec l’énergie cinétique d’une masse m en mouvement à vitesse v qui est de ½ mv². Mais la contradiction n’est qu’apparente.

      Tout d’abord précisons que le « m » des deux formules n’est pas le même. Dans mc², m est la différence entre la masse à vitesse v moins la masse au repos tandis que dans ½ mv² le « m » est la masse au repos.

      D’autre part, il faut se rappeler qu’une masse se déplaçant à vitesse v se modifie suivant la formule masse = masse au repos divisé par racine de [1 – (v/c)²]

      Or cela permet de faire l’approximation suivante : ½ masse au repos v² = (masse – masse au repos) c² à condition que v très petit devant c.

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