MONDE

La notion de champ

La science moderne de la nature, de son côté, a élaboré un appareil conceptuel qui lui a permis de s'attaquer au problème de la structure globale de la réalité physique. C'est, comme on le sait, dans le cadre de la théorie de la relativité que ce développement s'est effectué. Le but d' Einstein, en passant de la relativité restreinte à la relativité générale, était de se débarrasser de la condition restrictive qui, dans la réalité restreinte comme dans la mécanique classique, imposait aux systèmes de référence d'être inertiaux, mais aussi de créer un cadre adéquat pour une théorie satisfaisante de la gravitation. Or le phénomène de gravitation demande à être représenté au moyen d'une notion de champ. Les propriétés gravitationnelles ont en effet un aspect potentiel. Ainsi l'attraction terrestre ne se manifeste effectivement que si l'on place un corps matériel dans le voisinage de la terre, mais il est normal d'admettre que, même en l'absence d'un corps témoin, il existe au voisinage de la terre un état physique qui donne lieu précisément aux phénomènes d'attraction qu'on peut observer. On peut décrire commodément cette situation en disant qu'il existe, en chaque point de ce voisinage, une force dont la grandeur dépend de la distance de ce point au centre de la terre, un champ de forces de forme déterminée, appelé champ de gravitation terrestre. Ce champ est une réalité continue, mais il ne se manifeste que là où se trouvent placés des corps témoins. Il a bien le caractère potentiel qu'on doit reconnaître aux propriétés gravitationnelles.

De façon générale, une théorie de la gravitation doit être capable de décrire comment se présentent les propriétés gravitationnelles en n'importe quel point de l'espace et à n'importe quel moment du temps. Autrement dit, elle doit pouvoir décrire le champ de gravitation universel et suivre son évolution dans le temps. L'idée fondamentale de la relativité générale est de considérer que le champ de gravitation est déterminé par la structure de l'espace-temps. Cette structure n'est pas euclidienne ; on peut la décrire en donnant l'expression de la distance qui sépare un point M d'un autre point M′ infiniment voisin. Cette expression varie de point en point ; elle dépend de certaines grandeurs qui sont des fonctions des coordonnées. Ce sont ces grandeurs qui caractérisent la structure de l'espace-temps (en ce sens qu'elles en donnent une description pour chaque région infinitésimale) ; par ce fait même, elles décrivent le champ de gravitation.

Cette idée peut être généralisée. Einstein lui-même a tenté de développer la théorie relativiste de la gravitation dans le sens d'une théorie généralisée du champ. Le but qu'il propose à une telle théorie est de représenter complètement la réalité physique sous forme d'un champ. C'est à la réalisation progressive de ce but que s'attachent les différents essais théoriques qui tentent d'unifier sous la forme d'un champ unique la représentation des phénomènes gravitationnels et celle des phénomènes électromagnétiques, et également ceux qui tentent de ramener à une description en termes de champ les phénomènes corpusculaires. À la suite d'Einstein, Wheeler a reformulé le programme einsteinien d'une théorie générale du champ sous le titre de géométrodynamique. L'hypothèse de base, qui sert de fil conducteur à l'entreprise, est que tous les phénomènes physiques peuvent être interprétés comme des manifestations de la structure géométrique de l'espace-temps. Le terme géométrodynamique indique que, dans cette perspective, la géométrie doit être considérée comme munie d'une dynamique :[...]