Einstein, la perfection scientifique

Sujet: Einstein, la perfection scientifique Mar Jan 13 2009, 13:31

Albert Einstein

Albert Einstein (14 mars 1879, Ulm (Wurtemberg) - 18 avril 1955 Princeton (New Jersey)) était un physicien allemand, puis apatride (1896), suisse (1899), et enfin helvético-américain (1940)[1].

Il a publié la théorie de la relativité restreinte en 1905 et une théorie de la gravité dite relativité générale en 1915. Il a largement contribué au développement de la mécanique quantique et de la cosmologie. Il a reçu le prix Nobel de physique en 1921 pour son explication de l’effet photoélectrique. Son travail est notamment connu pour l’équation E=mc², qui établit une équivalence entre la matière et l'énergie d'un système.

*Premières publications scientifiques*

En 1905, Einstein obtint son doctorat à l'université de Zurich pour une thèse théorique sur les dimensions des molécules. Il publia également cette année-là quatre articles théoriques qui se révélèrent d'une importance capitale pour le développement de la physique du XXéme siècle. Publiés dans la revue scientifique allemande Annalen der Physik, ses mémoires étaient ainsi titrés: Sur un point de vue heuristique concernant la production et la transformation de la lumière; Sur le mouvement brownien; Sur l'électrodynamique des corps en mouvement; L'inertie d'un corps dépend-elle de son contenu en énergie!?

*Effet photoélectrique*

Dans le premier article, Einstein fournit une explication à l'effet photoélectrique en émettant l'hypothèse que la lumière puisse être constituée de grains d'énergie, que l'on nomma par la suite photons. Il postula également que ces quanta devaient posséder une énergie proportionnelle à la fréquence du rayonnement, proposant la formule E=hu, où E représente l'énergie rayonnée, h la constante de Planck et u la fréquence du photon. L'existence de ces photons ne fut confirmée que dix-huit ans plus tard par le physicien américain Arthur Compton, lors d'une expérience sur les rayonsX.

*Théorie de la relativité restreinte*

Dans le troisième article, de loin le plus célèbre, Einstein exposa la théorie fondamentale de la relativité restreinte. Depuis l'époque de Newton, les scientifiques tentaient sans succès de relier les lois du mouvement aux lois de Maxwell dans le cadre d'une description unifiée du monde. Selon la conception mécaniste, les lois du mouvement devaient pouvoir expliquer la totalité des phénomènes, alors que, d'après les partisans de Maxwell, les lois de l'électricité devaient constituer le fondement de la physique. Mais ces deux grands ensembles théoriques demeuraient apparemment incompatibles, se révélant en outre incapables d'expliquer pourquoi certains phénomènes d'interaction de la lumière avec la matière n'apparaissaient pas de manière strictement identique à un observateur au repos et à un observateur se déplaçant à une vitesse constante par rapport au premier.

Au printemps 1905, Einstein se rendit compte que le cœur du problème ne résidait pas dans la théorie de la matière, mais dans la théorie de la mesure. Il fut donc amené à réviser les notions de mesure d'espace et de temps, ce qui le conduisit à développer une théorie fondée sur deux postulats: le principe de la relativité, stipulant que toutes les lois de la physique sont similaires dans tous les repères inertiels, et le principe de l'invariance de la vitesse de la lumière, énonçant que cette vitesse dans le vide est une constante universelle. Grâce à cette théorie, il fut alors capable de fournir une description logique et correcte des événements physiques dans des repères inertiels différents, sans devoir émettre pour autant des hypothèses particulières sur la nature de la matière ou du rayonnement, ou sur la façon dont ils interagissent.
Le quatrième article qu'Einstein publia en 1905 correspondait en fait à un corollaire du précédent: il y exposait la notion nouvelle d'équivalence entre masse et énergie, introduisant la célèbre formule E=mc².

Réactions de la communauté scientifique
Les articles d'Einstein retinrent bien vite l'attention des grands scientifiques de l'époque, même si la plupart d'entre eux restèrent fort sceptiques. Le rejet global de ses théories n'était dû ni à leur complexité mathématique, ni à quelque obscurité technique, mais plutôt à l'approche même du sujet par Einstein.

Adoptant en effet un point de vue très personnel sur la manière d'appréhender l'expérience et la théorie, le scientifique considérait ainsi que l'expérience constituait la seule source de connaissance réelle, les théories scientifiques n'étant que des créations libres, produites par une intuition physique profonde. Il croyait en outre que les prémisses sur lesquelles sont fondées les théories ne pouvaient être reliées à l'expérimentation par la logique. Par conséquent, une théorie se montrait valable à ses yeux si elle contenait le strict minimum de postulats nécessaires à la justification d'une preuve physique. Cette rareté des postulats, caractéristique de toute l'œuvre d'Einstein, peut expliquer pourquoi ses collègues furent si réticents à admettre ses théories.
Toutefois, Einstein fut quand même soutenu par d'éminents physiciens, à commencer par le physicien allemand Max Planck. Acquérant rapidement une certaine reconnaissance au sein de la communauté scientifique, il participa à de nombreux congrès où il essaya de faire accepter la théorie de la relativité restreinte. Il se fit ainsi une place dans le monde universitaire germanophone, et obtint sa première affectation universitaire, en 1909, à l'université de Zurich. En 1911, il occupa un poste à l'université de Prague, avant de retourner l'année suivante à Zurich. En 1913, il accepta un poste de professeur de l'institut Kaiser-Wilhelm de physique à Berlin.

*Théorie de la relativité générale*

Avant son départ de l'Office des brevets, Einstein avait déjà commencé à travailler à l'extension et à la généralisation de sa théorie de la relativité au-delà des seuls repères inertiels. Dans ce cadre, il énonça le principe d'équivalence, postulant que le champ de gravitation est équivalent à l'accélération, suivant le repère de référence dans lequel se situe l'observateur. Par ailleurs, il introduisit le concept d'espace-temps, espace à quatre dimensions ayant les trois dimensions de l'espace classique et le temps comme quatrième. Cette abstraction mathématique lui permit d'étudier les interactions entre les corps dans un nouveau contexte, interactions attribuées jusque-là au champ gravitationnel.
Publiée en 1916, la théorie de la relativité générale apparut à bon nombre de physiciens comme une théorie plus philosophique que scientifique, voire quasi mystique. Pourtant, cette théorie permit à Einstein d'expliquer les étranges variations du mouvement orbital de certaines planètes, mais également de prédire la courbure de la lumière des étoiles à proximité d'un corps massif comme le Soleil. La confirmation de ce dernier phénomène lors d'une éclipse solaire en 1919 accrédita les thèses d'Einstein, qui occupa dès lors le devant de la scène scientifique.
Pendant le reste de sa vie, il tenta de généraliser encore plus sa théorie, travaillant à l'unification de l'électromagnétisme et de la gravitation, mais ses travaux ne furent pas couronnés de succès.

*Théorie de Bose-Einstein*

Entre 1915 et 1930, la physique fut dominée par une nouvelle conception du caractère fondamental de la matière, la théorie quantique. Cette théorie utilisait la notion de dualité onde-particule, déjà avancée par Einstein dans un article de 1917, préconisant que la lumière présente les propriétés d'une particule mais aussi celles d'une onde. Elle se fondait en outre sur le principe d'incertitude, élaboré par le physicien allemand Heisenberg, stipulant qu'il est impossible de connaître en même temps certaines quantités physiques, par exemple la position et la vitesse d'une particule. La théorie quantique, qui remettait en cause la notion de causalité en physique, ne fut jamais totalement acceptée par Einstein, qui refusait d'abandonner tout déterminisme: "Dieu ne joue pas aux dés avec le monde", disait-il. Toutefois, il apporta sa contribution à cette théorie en étudiant le comportement des photons, faisant publier en 1924 un article du physicien indien Bose à ce sujet. Collaborant avec ce dernier, il élabora la théorie statistique de Bose-Einstein, qui s'applique à la mécanique statistique.

*Années de gloire*

Après 1919, Einstein jouit enfin d'une renommée internationale. Il accumula les honneurs et les récompenses, recevant en particulier en 1921 le prix Nobel de physique pour son étude de l'effet photoélectrique, et non pour la théorie de la relativité qui demeurait encore très controversée. Sa visite dans n'importe quelle partie du monde devint alors un événement national, les photographes et les journalistes le suivant partout.

En 1939, à la demande d'autres physiciens, Einstein accepta d'écrire une lettre au président américain Franklin Roosevelt, le prévenant du danger auquel le monde serait exposé si le gouvernement allemand s'engageait dans la voie de l'énergie nucléaire. Cette fameuse lettre fut à l'origine du projet Manhattan, programme américain de recherches axé sur la construction d'une bombe atomique. Einstein ne joua cependant aucun rôle dans ce projet, à la différence de certains de ses confrères comme Enrico Fermi ou Niels Bohr. En 1945, lorsqu'il comprit que ce programme allait aboutir, il prit même l'initiative d'écrire une nouvelle fois à Roosevelt pour le prier de renoncer à l'arme atomique. Il mourut en 1955.

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