Albert Einstein

L'une des contributions les plus remarquables d'Albert Einstein à la physique est sa théorie de la relativité. La théorie de la relativité est composée de deux sous-théories, l'une appelée relativité générale et l'autre relativité restreinte.

La théorie de la relativité d'Einstein a changé la façon de comprendre le temps, le mouvement et la gravité. Elle repose sur deux idées importantes : le principe de relativité, qui stipule qu'un corps se déplaçant à une vitesse constante agit selon les mêmes lois qu'un corps au repos, et le principe de la vitesse de la lumière, qui stipule que la vitesse de la lumière est la même pour tous les observateurs, quel que soi^t leur mouvement relatif par rapport à la lumière.3

Mais que signifient réellement ces deux principes ? Ils signifient que nous ne pouvons mesurer le mouvement que par rapport à un cadre de référence donné, au lieu que le mouvement soit un absolu, comme le croyait Isaac Newton.

L'équation de la vitesse est la suivante : vitesse = distance/temps

Cela signifie que si la vitesse change selon un cadre de référence, la distance et/ou le temps doivent également changer.

Einstein a utilisé une expérience de pensée pour étoffer sa théorie de la relativité. Il a décrit un scénario dans lequel une personne se déplace à une vitesse constante dans un train et une autre se tient sur le quai de la gare et observe le train. Deux éclairs frappent les deux extrémités du train alors que le milieu du train se trouve directement devant la personne sur le quai. Puisque les lois de la physique sont les mêmes pour une personne à vitesse constante et une personne au repos, les ^deux observateurs doivent être d'accord sur la vitesse de la lumière.4

Les éclairs à l'avant et à l'arrière du train sont à la même distance de la personne sur le quai, ce qui signifie qu'ils atteignent son œil en même temps. Cette personne dira donc que les éclairs se sont produits en même temps.4

Cependant, comme le train est en mouvement, la lumière provenant de l'impact situé à l'extrémité du train atteint l'œil de la personne qui se trouve dans le train un peu plus tard. Comme les distances parcourues par les éclairs sont différentes, le temps doit l'être aussi. Pour la personne dans le train, les coups de foudre se sont produits l'un après l'autre. Alors, qui a raison ?

Selon Einstein, les deux ont raison. Einstein a appelé ce phénomène la relativité restreinte, qui montre que le temps est relatif à chaque observateur situé à un point de référence différent.

La relativité restreinte ne décrivant que le comportement des objets en mouvement constant, Einstein a voulu étendre la relativité à l'accélération et à la gravité. Einstein a conclu que l'accélération et la gravité étaient des formes différentes d'une même chose, ce qui lui a permis de formuler ce qui est communément considéré comme l'équation la plus célèbre du monde :

e= mc2 (énergie= masse x vitesse de la lumière2)

Einstein est parvenu à cette conclusion grâce à une autre expérience de pensée. Imaginons qu'un objet au repos émette deux impulsions lumineuses dans des directions opposées. Puisque chaque impulsion transporte de l'énergie, l'obj^et lui-même doit perdre de l'énergie.4 Einstein s'est ensuite demandé comment ce scénario se présenterait à un observateur en mouvement. La vitesse des deux faisceaux de lumière doit être la même, puisque la vitesse de la lumière est constante, ce qui signifie que la quantité d'énergie transportée par chaque faisceau doit êtr^e différente. Puisque e= mc2 , si l'énergie est différente, la masse doit l'être aussi.4

À partir de cette équation, Einstein a conclu que la gravité ne dépendait pas seulement de la masse et de la distance (comme l'avait suggéré Isaac Newton), mais qu'elle était également influencée par le temps. Einstein en a conclu que l'espace et le temps n'étaient pas séparés, ce qui a donné naissance au concept d'espace-temps.

Einstein pensait que ses révélations scientifiques avaient une incidence sur la façon dont les gens appréhendent le temps en général :

"Mettez votre main sur un poêle chaud pendant une minute, et cela vous semblera une heure. Asseyez-vous avec une jolie fille pendant une heure, et cela vous

Albert Einstein est né à Ulm, en Allemagne, le 14 mars 1879.6 Bien qu'il soit aujourd'hui une icône du monde scientifique, le génie d'Einstein ne s'est pas manifesté dans tous les domaines de son éducation précoce. Il s'est épanoui en sciences, en mathématiques et en musique, mais a eu du mal avec les langues e^t était en fait un élève un peu rebelle.7 Il a même abandonné ses études secondaires avant de les reprendre plus tard à l'Institut polytechnique suisse de Zurich (ce qui ne veut pas dire qu'il faille abaⁿdonner ses études ! - voir le biais de survie pour savoir pourquoi).8

1905 est une année importante pour Einstein. Ces articles expliquent la relativité restreinte, l'existence des atomes et l'effet photoélectrique, et pe^rmettent à Einstein d'obtenir son doctorat à l'université de Zurich8.

La théorie d'Einstein sur l'effet photoélectrique est une autre de ses grandes contributions à la science. Elle s'appuie sur une idée avancée par le physicien allemand Max Planck, qui pensait que les ondes lumineuses n'étaient pas continues mais constituées de paquets d'én^ergie appelés photons.9 À partir des idées initiales de Planck, Einstein a conclu que la fréquence d'une onde lumineuse frappant un métal déterminait le nombre d'électrons émis par le métal, alors qu'auparavant, les scientifiques pensaient que l'amplitude de la lumière influençait sa capacité à perturbe^r les électrons dans le métal.10 Cette théorie a valu à Einstein l^e prix Nobel de physique en 1921.11

La compréhension de l'effet photoélectrique a marqué le début de ce que l'on appelle aujourd'hui la révolution quantique, qui nous permet de mieux comprendre le comportement de la matière et de l'énergie aux ⁿiveaux atomique et subatomique.12 L'ensemble de l'industrie des ordinateurs et des smartphones repose sur les connaissances acquises grâce à la physique quantique, tout comme les systèmes GPS et les scanners IRM. La volonté d'Einstein de sortir des sentiers battus a conduit, et c^ontinue de conduire, à des percées scientifiques dont nous bénéficions tous.13

Einstein était prêt à abandonner les théories populaires existantes lorsqu'elles n'étaient plus utiles pour résoudre de nouveaux problèmes. Au lieu d'essayer de modifier les théories, il en a proposé de nouvelles. Il a déclaré : "Nous ne pouvons pas résoudre nos problèmes ^avec le même raisonnement que celui que nous avons utilisé lorsque nous les avons créés".14

C'est pourquoi Einstein s'est appuyé sur des expériences de pensée créative pour élaborer des théories scientifiques. Il affirmait que "l'invention n'est pas le produit d'une pensée logique, même si le produit final est lié ^à une structure logique".15 Même s'il respectait ses pairs, il savait que "le respect irréfléchi de l'autorité est le ^plus grand ennemi de la vérité".15

Einstein était également un grand partisan de la paix. Il a renoncé à sa citoyenneté allemande pour éviter de faire par^tie de l'armée16 et croyait en l'égalité de tous les êtres humains, quel que soit leur lieu de résidence :

"Je suis juif par héritage, suisse par citoyenneté et humain par composition, sans attachement particulier à quelque État ou entité nationale que ce soit"[15

Pour Albert Einstein, peu importe qui vous êtes et d'où vous venez :

"Je m'adresse à tout le monde de la même manière, qu'il s'agisse de l'éboueur ou du président de l'universit

"J'enseignerais la paix plutôt que la guerre. J'inoculerais l'amour plutôt que la h

La plupart des travaux d'Einstein ont été publiés en ligne, ce qui en facilite l'accès. La plupart de ses travaux sont denses en connaissances scientifiques, mais il a délibérément écrit Relativité : La théorie spéciale et la théorie générale pour les non-spécialistes qui s'intéressent encore à la science. Si vous préférez, vous pouvez également écouter le livre en podcast ici.

Si vous avez été intrigué par la mention de l'année miraculeuse d'Einstein, vous devriez lire le livre de John Ridgen paru en 2005, Einstein 1905 : The Standard of Greatness, publié en 2005 par John Ridgen. Il est difficile d'appréhender l'effet photoélectrique en quelques phrases, et comme il a eu des implications dans de nombreux aspects de notre vie quotidienne, le récit convivial de Ridgen su^r ses réalisations est un excellent moyen d'approfondir la question.17

Si vous vous intéressez davantage à Albert Einstein au-delà de son esprit scientifique, les Lettres Born-Einstein, 1916-1955 vous permettent de lire la correspondance entre Einstein et son ami Max Born, spécialiste de la physique quantique. Les deux hommes ont parlé de science, mais aussi de politique, de la guerre et de leurs préférences musicales, révélant ainsi ^un aspect plus humain du génie d'Einstein.18

La première saison de la série télévisée Genius de National Geographic constitue une autre ressource précieuse. La série commence dans les premières années d'Einstein et le suit tout au long de son parcours scientifique, offrant à son public un contexte historique solide dans lequel la créativité scientifique d'Einstein a émergé.

1. Robson, C. (2013, 1 mars). Physique newtonienne contre relativité restreinte. Futurisme. https://futurism.com/newtonian-physics-vs-special-realtivity
2. Citations d'Albert Einstein. (n.d.). Goodreads. Consulté le 19 août 2020 sur https://www.goodreads.com/quotes/213547-out-yonder-there-is-this-huge-world-which-exists-independently
3. Jones, A. et Robbins, D. (2016, 26 mars). La relativité restreinte d'Einstein. dummies. Consulté le 19 août 2020 sur https://www.dummies.com/education/science/physics/einsteins-special-relativity/
4. Waldrop, M. (2017, 16 mai). La relativité d'Einstein expliquée en 4 étapes simples. National Geographic. Consulté le 19 août 2020 sur https://www.nationalgeographic.com/news/2017/05/einstein-relativity-thought-experiment-train-lightning-genius/#close
5. Citations d'Albert Einstein. (n.d.). Goodreads. Consulté le 19 août 2020 sur https://www.goodreads.com/quotes/370132-put-your-hand-on-a-hot-stove-for-a-minute
6. Rédacteurs de History.com. (2009, 27 octobre). Albert Einstein. HISTOIRE. https://www.history.com/topics/inventions/albert-einstein
7. Sack, H. (2018, 30 juin). L'annus mirabilis en physique - Albert Einstein et l'année 1905. SciHi Blog. https://scihi.org/annus-mirabilis-albert-einstein/
8. Fraser, J. (2017, 28 décembre). Combien Albert Einstein a-t-il étudié ? Forbes. https://www.forbes.com/sites/quora/2017/12/28/how-much-did-albert-einstein-study/#4b71333728bc
9. Cassidy, D. (2004). Einstein sur l'effet photoélectrique. Bibliothèque et archives Niels Bohr. https://history.aip.org/history/exhibits/einstein/essay-photoelectric.htm
10. Effet photoélectrique. (n.d.). Khan Academy. Consulté le 19 août 2020 sur le site https://www.khanacademy.org/science/physics/quantum-physics/photons/a/photoelectric-effect
11. Le prix Nobel. (n.d.). Le prix Nobel de physique 1921. Consulté le 19 août 2020 sur le site https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1921/summary/
12. Cible technique. (2019, décembre). théorie quantique. Consulté le 19 août 2020 sur le site https://whatis.techtarget.com/definition/quantum-theory
13. Orzel, C. (2015, 13 août). Qu'est-ce que la mécanique quantique a fait pour nous ? Forbes. https://www.forbes.com/sites/chadorzel/2015/08/13/what-has-quantum-mechanics-ever-done-for-us/#41bc80114046
14. Stierwalt, S. (2015, 17 août). L'héritage d'Einstein : L'effet photoélectrique. Quick and Dirty Tips. https://www.quickanddirtytips.com/education/science/einsteins-legacy-the-photoelectric-effect?page=1
15. Goalcast. (2019, 27 novembre). Les 30 citations les plus inspirantes d'Albert Einstein. Consulté le 19 août 2020 sur https://www.goalcast.com/2017/03/29/top-30-most-inspiring-albert-einstein-quotes/
16. Andrews, E. (2015, 26 octobre). 9 choses que vous ne savez peut-être pas sur Albert Einstein. HISTOIRE. https://www.history.com/news/9-things-you-may-not-know-about-albert-einstein
17. Martinez, A. (2006, 1er mars). Einstein 1905 : The standard of greatness. Physics Today. https://physicstoday.scitation.org/doi/full/10.1063/1.2195321
18. Robinson, A. (2019, 25 avril). Les meilleurs livres sur Albert Einstein. Cinq livres. https://fivebooks.com/best-books/albert-einstein-andrew-robinson/