Principe de Mach

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Le principe de Mach a été forgé par le physicien Ernst Mach par extension du principe de relativité aux questions d'inertie.

D'après Mach, ce qui est responsable de l'inertie d'une masse serait « l'ensemble des autres masses présentes dans l'univers ». Ce principe est immédiatement tiré des expériences de Mach sur la physique des sensations, et correspond a sa volonté délibérée d'organiser les notions de la physique d'une manière cohérente avec le donné sensoriel dont il a conduit une très rigoureuse étude expérimentale.

Pour donner un sens à ce principe, imaginons un astronaute, flottant au milieu d'un espace vide de toute matière et de tout point de repère. Aucune étoile, aucune source d'énergie, le néant. Maintenant posons nous la question : l'astronaute a-t-il un moyen de savoir qu'il est en rotation sur lui-même ou non, étant donné qu'il n'a aucun point de repère ?

Si le principe de Mach est faux, c'est à dire si les forces d'inertie existent même en l'absence de toute matière ou énergie, alors l'astronaute pourrait le savoir, en ressentant des forces d'inertie qui poussent ses bras vers l'extérieur par exemple (force centrifuge).

Mais cela aurait-t-il un sens ? Par rapport à quoi serait-il en rotation puisqu'il n'y a rien ? Cela impliquerait la notion d'un espace et d'un référentiel absolu, incompatible avec le principe de la relativité générale.

Une manière d'interpréter les forces d'inerties en général, et la force centrifuge en particulier, sans introduire la notion de référentiel absolu est d'admettre avec Mach (et Einstein) que les forces d'inertie sont induites par les masses lointaines qui fournissent le référentiel par rapport auquel la rotation prends son sens physique.

Ce principe est considéré malicieusement par Richard Feynman dans Six easy pieces : « Pour autant que nous le sachions, Mach a raison : personne n'a à ce jour démontré l'inexactitude de son principe en supprimant tout l'univers pour constater ensuite qu'une masse continuait éventuellement à avoir une inertie ! ». Plus sérieusement, l'idée de Mach a influencé Einstein dans son idée que la matière « engendrait par nature » l'espace qui était autour d'elle, et qu'un espace vide de matière n'existait pas. Voir à se sujet les articles Big bang et Relativité générale

Bien que cette idée ait guidé Einstein dans la découverte de la relativité générale, cette théorie n'a pu amener à une preuve explicite ce principe. Cependant, bien que non explicitement démontré, ce principe n'est pas non plus infirmé par les théories physiques actuellement admises.