miroirs-Albert Einstein
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Physicien (Ulm 1879 - Princeton 1955)
Une théorie aux conséquences considérables-L'activité politique d'Einstein-La révolution Einstein

Physicien américain d'origine allemande (Ulm 1879 - Princeton 1955), dont l'œuvre a radicalement marqué la physique, la science moderne et la pensée scientifique du XXe siècle ; elle a notamment introduit l'équivalence de la masse et de l'énergie.
Il est également connu pour son action humanitaire : ennemi de l'injustice et pacifiste convaincu, il lutta pour faire aboutir les projets de contrôle international de l'énergie atomique.


Fils d'un petit industriel, il fait de médiocres études primaires. Sa mère l'initie à la musique, et il sera plus tard un talentueux violoniste amateur.
Ses oncles lui donnent le goût des mathématiques et des études scientifiques. La famille Einstein quitte l'Allemagne à la suite de revers de fortune et part pour l'Italie vers 1893.
Le jeune Einstein termine ses études en Suisse, à Aarau puis à Zurich (Institut polytechnique fédéral), où il est l'élève de Hermann Minkowski. Diplômé en 1900, il prend la nationalité suisse ; il ne trouve un emploi stable qu'en 1902, en entrant à l'Office suisse des brevets. Il prépare seul sa thèse de doctorat, qu'il présente en 1905, ainsi que trois articles où il expose les résultats de recherches personnelles qui lui gagneront l'estime du monde scientifique ; dans l'un de ces articles, on trouve le premier exposé de sa " théorie de la relativité restreinte ", qui étend le principe galiléen de relativité, valable jusqu'alors seulement pour la mécanique, aux phénomènes électromagnétiques.

Une théorie aux conséquences considérables
Les conséquences dramatiques de cette hypothèse, telles que l'équivalence masse-énergie, le renoncement au concept d'un temps universel, la remise en cause de la notion de simultanéité de deux événements font que cette théorie, bien que très féconde dans son élégance et sa simplicité, n'a été que lentement acceptée.
Un autre de ces trois articles introduit l'idée de photon, particule associée à une ondeélectromagnétique, introduisant la dualité onde-corpuscule, qui devait devenir vingt ans plus tard la pierre angulaire de la mécanique quantique.
De 1909 à 1916, il traverse une période heureuse, au cours de laquelle il enseigne (Prague, Zurich) et généralise la théorie de la relativité restreinte en y intégrant les phénomènes liés à la gravitation. Cette nouvelle théorie, dite " relativité générale ", consiste à introduire la matière comme élément de la géométrie de l'Univers, celui-ci se trouvant localement modifié par la présence d'un objet massique. C'est en 1916 qu'est publié son ouvrage Fondements de la théorie de la relativité restreinte et généralisée.
Les conséquences cosmologiques de cette extension de la relativité sont au cœur des débats actuels sur l'origine et le devenir de l'Univers.

En 1914, un poste important lui est offert à Berlin (Académie royale, direction de l'institut Kaiser-Wilhelm). Il y reste jusqu'en 1921, dans un isolement de plus en plus grand à cause de son attitude pacifiste pendant la Première Guerre mondiale et d'une campagne antisémite.
Juif, il s'engage dans le mouvement sioniste, part aux États-Unis et parcourt le monde en donnant des conférences jusqu'en 1923. En 1921, il reçoit le prix Nobel de physique.
En 1933, lorsque Hitler prend le pouvoir en Allemagne, il se trouve aux États-Unis ; il s'y installera définitivement (prenant la nationalité américaine) pour poursuivre à Princeton ses recherches sur les théories unitaires et cosmologiques. Ayant pris sa retraite en 1945, il publie en 1950 une dernière étude sur sa théorie unitaire. Il meurt à l'âge de soixante-seize ans. La vie d'Albert Einstein fut à la fois celle d'un grand penseur et celle d'un homme public dont la célébrité, après la première vérification expérimentale de sa théorie de la relativité, devint mondiale. La diversité de son œuvre scientifique a permis de justifier son prix Nobel sans aucune référence à la théorie de la relativité ; elle apporte des contributions importantes à plusieurs théories physiques : théorie cinétique des fluides, physique atomique, théories quantiques (photons, statistique quantique, théorie des solides), bien qu'il ait refusé l'interprétation probabiliste de Max Born, théorie de la gravitation (équivalence de l'inertie et de la pesanteur, relativité générale), théories unitaires (réunissant l'électromagnétisme et la gravitation), cosmologie.

L'activité politique d'Einstein
Einstein a également laissé une œuvre philosophique, concernant surtout la position de la science (il publie, en 1934, Comment je vois le monde). Son activité politique a occupé une place importante dans sa vie ; liée au mouvement pacifiste (rencontre avec Romain Rolland) et au mouvement sioniste (rencontre avec Chaïm Weizmann), elle lui attira les foudres du régime nazi. Il renonça à la nationalité allemande pour protester contre la suppression des libertés universitaires en Allemagne.

Paradoxalement, lors de la Seconde Guerre mondiale, il fut conduit à demander au gouvernement américain d'organiser des recherches sur l'utilisation militaire de la fission nucléaire, ayant tout lieu de craindre qu'elle ne soit rapidement mise au point en Allemagne. Après la guerre, il demanda l'internationalisation du contrôle de l'armement nucléaire.


un citoyen aux engagements multiples

Il profite de sa renommée pour défendre ses conceptions sociales et politiques, soutenant particulièrement le pacifisme et le sionisme.
Cela fait de lui une cible privilégiée pour les antisémites et l'extrême droite allemande et, quand Hitler arrive au pouvoir en 1933, il doit quitter l'Allemagne. Il s'installe alors en France, en Belgique, puis aux Etats-Unis où il occupe un poste à l'Institute for Advanced Study de Princeton.

En 1939, Einstein rompt avec le pacifisme devant la menace que représente le régime nazi : à la demande d'autres physiciens, il écrit au président américain Franklin Roosevelt pour l'alerter du danger auquel le monde serait exposé si le gouvernement allemand s'engageait dans la voie de l'énergie nucléaire.

Sa lettre est à l'origine du projet Manhattan, le programme américain de recherches sur la bombe atomique.
Mais, Einstein n'y participe pas (contrairement à ses collègues Enrico Fermi ou Niels Bohr) et, en 1945, quand il comprend que ce programme va aboutir, il écrit à nouveau à Roosevelt pour le prier de renoncer à l'arme atomique.
Après la guerre, Einstein plaide en faveur du désarmement international mondial et soutient activement la cause d'Israël (on lui propose même la présidence de l'Etat d'Israël en 1952, mais il refuse). Il condamnera aussi l'engagement américain en Corée et s'opposera au maccarthysme en défendant Robert Oppenheimer.

Un pacifiste dans l'âme qui s'isole peu à peu
Il n'abandonne pas pour autant ses travaux scientifiques. Mais, il reste "figé" sur ses propres conceptions et a du mal à admettre toutes les implications que leur découvrent les scientifiques de la génération suivante.
Il s'isole peu à peu, dans une retraite où il savoure nautisme maritime et violon, tout en poursuivant ses travaux scientifiques.


- "Dieu ne joue pas aux dés ! " répète Einstein




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La révolution Einstein
Entretien. Michel Paty évoque l’année 1905 au cours de laquelle un physicien inconnu jette les bases de la nouvelle conception de la réalité.
Michel Paty est physicien et directeur de recherche émérite au CNRS, actuellement professeur invité à l’université de São Paulo (Brésil). Il est l’auteur de nombreux ouvrages de vulgarisation de la physique, de philosophie et d’histoire des sciences (1).

« Année miraculeuse », dit-on pour évoquer cette année 1905 au cours de laquelle Einstein entre dans l’histoire, à l’âge de vingt-six ans. Il n’est alors pourtant qu’un employé de bureau, inconnu des savants et a fortiori du grand public ?
Michel Paty. « Annus mirabilis » : il serait préférable de dire année admirable plutôt qu’année miraculeuse. Einstein était rationaliste : mieux vaut laïciser l’expression !
Lorsqu’il publie, en effet, dans l’une des meilleures revues scientifiques de l’époque, les articles qui feront date, Einstein est employé à l’office des patentes de Berne en Suisse. Mais il a la formation d’un chercheur, acquise à l’École polytechnique de Zurich, et il soutient cette année-là sa thèse de physique. Depuis quatre ans, il se heurte à l’impossibilité de trouver un poste en université, peut-être (bien qu’il ne l’ait jamais dit) en raison d’un numerus clausus imposé aux juifs dans les universités de l’empire allemand.

Ses contemporains remarquent-ils tout de suite l’importance de ces publications ?
Michel Paty. On y prête attention, mais pas de façon spectaculaire.
C’est beaucoup plus tard qu’Einstein deviendra aux yeux du grand public « le plus grand savant de ce siècle », comme titreront les journaux. Au lendemain de la séance fameuse du 6 novembre 1919 de l’Académie royale de Londres, où Arthur Eddington, astronome britannique de renom (et pacifiste comme lui), présente les résultats d’une observation effectuée lors d’une éclipse totale du Soleil visible au Brésil et en Afrique.
Cette observation confirme la théorie de la relativité générale qu’Einstein a publiée à la fin de l’année 1915. Les position apparentes des étoiles voisines du Soleil à cet endroit du ciel sont déplacées comme le prévoit la théorie : l’espace est « courbe » au voisinage du Soleil, c’est-à-dire que la lumière ne suit pas un chemin rectiligne lorsqu’elle se trouve à proximité d’une grande masse, que sa course est déviée. C’est la première grande vérification de la relativité générale. Mais, quatorze ans plus tôt, on n’en était pas là.

Pourtant les découvertes de l’année 1905 sont exceptionnelles ?
Michel Paty. Tout à fait. Einstein intervient de façon décisive en apportant des solutions originales à trois des problèmes les plus difficiles et les plus discutés par les physiciens de cette époque.
En premier lieu, sur la thermodynamique (2) et la question de la constitution atomique de la matière. Einstein reformule un aspect de la théorie thermodynamique, celui qui s’occupe du lien entre les propriétés d’un gaz et le mouvement de ses particules constitutives, exprimé à l’aide de probabilités.
Il donne à la probabilité mathématique un sens physique et en tire une relation de fluctuation entre des grandeurs. Il applique cette idée au mouvement brownien (visible au microscope) provoqué par le mouvement moléculaire sous-jacent (invisible), et cette relation de fluctuation est peu de temps après vérifiée par le physicien français Jean Perrin : ce qui démontre pour la première fois que la matière est effectivement constituée d’atomes (on peut ainsi, en effet, les compter et les mesurer).

Deuxième grand problème : le rayonnement électromagnétique, la lumière. On pensait à l’époque que ce rayonnement se propage comme une onde dont l’énergie est distribuée de manière continue.
Einstein l’étudie au niveau atomique par la thermodynamique et montre que cette énergie doit au contraire être discontinue.
C’est là le point de départ fondateur de la physique quantique qui s’occupera des propriétés des atomes et des particules élémentaires. Enfin, la troisième contribution, la théorie de la relativité restreinte.

L’expression est fort connue, mais son contenu moins... Qu’entendre notamment par « relatif » et « restreint » ?
Michel Paty. D’abord, « restreint ». En 1905, Einstein démontre la relativité des phénomènes électromagnétiques ou optiques par rapport au mouvement uniforme (ce mouvement ne modifie pas les propriétés et les lois de ces phénomènes). Dix ans plus tard, il formulera une théorie où l’on considère de manière semblable tous les types de mouvements accélérés : la relativité est généralisée à tous les mouvements. Ensuite, « relativité ».
On connaissait depuis Galilée la relativité du mouvement pour la mécanique des corps (en particulier l’équivalence du mouvement uniforme et du repos). Mais on ne pensait pas qu’elle puisse être également valable pour les propriétés optiques et électromagnétiques des corps : la théorie ondulatoire de la lumière (de Fresnel) et la théorie électromagnétique (de Maxwell) faisaient appel à un milieu, l’éther, en repos absolu, ce qui devrait privilégier le repos par rapport au mouvement.
Et pourtant on n’avait jamais pu mettre en évidence par l’observation une différence entre le repos et le mouvement pour ces phénomènes. Einstein eut l’idée que la - relativité est un principe d’invariance de la nature, s’appliquant aussi aux lois de l’optique et de l’électromagnétisme.
Il transforma la théorie électromagnétique de façon qu’elle obéisse au principe de relativité. Pour y parvenir, il fut conduit à modifier le concept de vitesse, et donc les concepts d’espace et de temps. Au lieu de considérer ces derniers comme des grandeurs seulement mathématiques, il leur donna une signification physique : les rapports d’espace et de temps dans les mouvements doivent obéir eux-mêmes au principe de relativité pour que les lois physiques soient invariantes par rapport au mouvement.
Cela liait étroitement l’espace et le temps entre eux, dansne même grandeur, l’« espace-temps ».

Quels ont été les effets de ces théories dans le développement des connaissances et des techniques au cours du XXe siècle ?
Michel Paty. Hormis la mécanique des corps ordinaires qui reste en accord avec la théorie newtonienne classique, les autres domaines de la physique en ont été bouleversés : physique des milieux continus, solides, élastiques ou fluides, physique atomique, et ensuite physique nucléaire et subatomique, qui font appel à la théorie quantique et à la relativité restreinte. La plupart des développements techniques modernes, qui ont transformé notre cadre de vie, leur sont redevables.
Quant à la relativité générale, elle permet de comprendre les objets célestes nouveaux que sont les quasars, les trous noirs, et d’autres, découverts à partir des années soixante et soixante-dix. Avec elle, il devient légitime de prendre l’univers entier pour objet de science : cette dernière, la cosmologie, découvre ensuite que l’univers n’est pas statique mais en expansion dans l’espace, et en évolution au cours du temps.

Entretien réalisé par Lucien Degoy (l'Humanité du 17/01/2005)
(1) Notamment la Physique
du XXIe siècle, EDP Sciences 2001, et Einstein philosophe PUF, 1993.
(2) Étude des propriétés des corps en fonction de la température et de la pression.





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