La réalité dévoilée par la seule force de la pensée

M. KULIK/ SCIENCE PHOTO LIBRARY/SUCRÉ SALÉ

Gravitation universelle, relativité générale, mécanique quantique… Depuis l'Antiquité, les physiciens ont jeté les bases de théories magistrales par la seule puissance de leur imagination.

Cet article est issu du magazine Les Indispensables de Sciences et Avenir n°212 daté janvier/ mars 2023.

Réaliser une expérience sans aucun matériel, en utilisant les seules ressources de son cerveau… C'est possible en physique, et cela s'appelle une expérience de pensée. "C'est faire violence au sens commun, à ce que l'on connaît autour de nous, souligne Thibault Damour, physicien théoricien et professeur à l'Institut des hautes études scientifiques. Une bonne expérience de pensée doit interpeller, faire voir sous un nouveau jour des choses déjà présentes dans les équations mathématiques, ou révéler un paradoxe qui défie les lois établies." Dès l'Antiquité, certains Grecs, dont l'astronome Ptolémée, observant le mouvement du Soleil et des astres ainsi que le cycle des saisons, ont ainsi imaginé que la Terre tourne sur elle-même et autour du Soleil. Mais il leur a paru inconcevable qu'un oiseau puisse retrouver son nid, ou de ne pas sentir le souffle de l'air issu d'un déplacement…

Galilée et Newton se livreront eux-mêmes à cet exercice, qui connaîtra son âge d'or au 20e siècle. "Einstein a conçu beaucoup d'expériences de pensée", note Thibault Damour. La plupart de ces expériences "virtuelles" seront vérifiées matériellement. D'autres, comme le démon de Maxwell, stimulent toujours l'imagination des physiciens.

1) Le bateau de Galilée

Dans son Dialogue sur les deux plus grands systèmes du monde, Galilée (1564-1642) invite son lecteur à s'imaginer dans un bateau immobile, entouré de mouches et de papillons qui volent en tous sens, d'un poisson qui nage dans son bocal, ou encore d'une bouteille qui goutte vers le sol… Puis le bateau se met en mouvement uniforme (sans accélération) : le lecteur constate que les insectes volent de la même manière, le poisson nage de même, les gouttes tombent toujours verticalement. Impossible de dire que le bateau est en mouvement si l'on ne regarde pas par le hublot, si l'on n'a pas de repère. "Le mouvement est comme rien", résume auda[...]

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