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MACH, POINCARE, EINSTEIN : LE PRINCIPE D'EQUIVALENCE
Les échecs répétés de l'application des principes newtoniens aux phénomènes électromagnétiques amènent Einstein a comprendre que les premiers doivent être erronés. Il existe un principe de relativité qui dit que tous les référentiels en mouvement rectiligne et uniforme les uns par rapport aux autres sont équivalents; le mouvement rectiligne et uniforme absolu n'a pas de sens, il n'existe de tels mouvement que relatifs; c'est à dire, finalement, qu'aucune expérience de physique ne permet à un observateur de déterminer son état de mouvement rectiligne et uniforme. C'est facile à vérifier pour des systèmes mécaniques, est-ce encore vrai pour des expériences électromagnétiques ? Le philosophe Mach, le mathématicien Poincaré et le physicien Einstein pensent qu'il en est bien ainsi, et que c'est ce que signifient tous les résultats négatifs d'expériences comme celle de Michelson et Morley.
La non-application du principe de composition des vitesses aux phénomènes électromagnétiques peut sembler bizarre, et pourtant l'expérience astronomique prouve abondamment que la vitesse de propagation de la lumière ne dépend pas du mouvement de la source. L'astronome hollandais De Sitter a fait par exemple la remarque suivante : nous observons des milliers d'étoiles doubles, dans le ciel. Si la vitesse de la lumière émise par chacune des étoiles d'un couple dépendait de la vitesse instantanée de cette étoile par rapport à nous, alors cette vitesse de propagation varierait quand l'étoile parcourt son orbite (cf. illustration ci-dessous). Les variations seraient certes faibles, car les vitesses orbitales sont beaucoup plus modestes que la vitesse de la lumière, mais sur les gigantesques trajets que parcourt la lumière pour nous parvenir, les différences de temps serait sensibles; "l'image" du couple en rotation nous parviendrait complètement brouillée, avec des images multiples, des déphasages. Or ceci n'a jamais été observé.
Exemple : Vorbitale = ±100 km s-1, P ~ 10 jours, d = 50 A.-L. La variation apparente de la vitesse de la lumière devrait être de c-100 à c+100, et la variation des temps de trajet serait donc de 50x(c-100)/c à 50x(c+100)/c année, soit 49,9833 à 50,0167 année, soit 12,19 jours. Cette valeur est voisine de celle de la période, et les variations seraient inextricablement mêlées à cet effet.