12/10/2015
Le grand Einstein
BIOGRAPHIE
Albert Einstein (en allemand : [ˈalbɐt ˈaɪnʃtaɪn] ) né le 14 mars 1879 à Ulm, Wurtemberg, et mort le 18 avril 1955 à Princeton, New Jersey est un physicien théoricien qui fut successivement allemand, apatride (1896), suisse (1901) et sous la double nationalité helvético-américaine (1940).
Il publie sa théorie de la relativité restreinte en 1905, et sa théorie de la gravitation dite relativité générale en 1915. Il contribue largement au développement de la mécanique quantique et de la cosmologie, et reçoit le prix Nobel de physique de 1921 pour son explication de l’effet photoélectrique. Son travail est notamment connu du grand public pour l’équation E=mc², qui établit une équivalence entre la matière et l’énergie d’un système.
Il est aujourd'hui considéré comme l'un des plus grands scientifiques de l'histoire, et sa renommée dépasse largement le milieu scientifique. Il est la personnalité du xxe siècle selon l'hebdomadaire Time.
Jeunesse:
Son père, Hermann Einstein, est né le 30 août 1847 à Buchau, et meurt le 10 octobre 1902 à Milan. Il épouse Pauline Koch (1858-1920) le 8 août 1876. Trois ans plus t**d, le 14 mars 1879, Albert Einstein naît dans leur appartement à Ulm en Allemagne ; c’est leur premier enfant. Les Einstein sont des juifs non-pratiquants. Son intérêt pour la science est éveillé dans son enfance par une boussole à l’âge de cinq ans, et le livre La Petite Bible de la géométrie, à treize ans.
Formation:
Einstein présente un parcours scolaire relativement atypique par rapport aux éminents scientifiques qui furent plus t**d ses contemporains. Très tôt, le jeune homme s'insurge du pouvoir arbitraire exercé par les enseignants, et est donc souvent dépeint comme mauvais élément très étourdi par ces derniers. Il éprouve jusque t**d dans son enfance des difficultés pour s'exprimer[N 1]. Elles sont potentiellement dues à la dyslexie dont il souffrait enfant.
Il commence sa scolarité au Luitpold Gymnasium de Munich et en est renvoyé à l’âge de 15 ans (son professeur de grec jugeant sa présence incompatible avec la stricte discipline y régnant à l’époque[N 2]). Il a d’excellents résultats en mathématiques, mais refuse de s’instruire en biologie et en sciences humaines, car il ne perçoit pas l’intérêt d’apprendre des disciplines qu’il estime déjà largement explorées. Il considère alors la science comme le fruit de la raison humaine et de la réflexion[réf. souhaitée]. Il demande à son père de lui donner la nationalité suisse, afin de rejoindre sa famille, émigrée à Pavie, en Italie.
À 16 ans, il décide d'intégrer l'École polytechnique fédérale de Zurich (à laquelle on peut accéder sans avoir de bac). Il rate cependant l'examen d'entrée. Les examinateurs, ayant découvert son potentiel, l'incitent à se présenter une deuxième fois. Il entre alors à l’École Cantonale d'Aarau en Suisse, et y passe une année pour mieux se préparer au prochain examen. Il y trouve une atmosphère plus ouverte et favorable à son apprentissage, les étudiants étant davantage incités à penser par eux-mêmes qu'à réciter des leçons apprises. En 1896, il réussit l'examen, et intègre donc l'école, où il se lie d’amitié avec le mathématicien Marcel Grossmann, qui l’aidera plus t**d en géométrie non euclidienne. Il y rencontre aussi Mileva Maric, sa première épouse. Il obtient de justesse son diplôme en 1900, s'avouant, dans son autobiographie, « incapable de suivre les cours, de prendre des notes et de les travailler de façon scolaire ».
Au cours de cette période, il approfondit ses connaissances en autodidacte par la lecture de livres de référence comme ceux de Ludwig Boltzmann, de Helmholtz et de Walther Hermann Nernst. Son ami Michele Besso l’initie aux idées de la Mécanique d'Ernst Mach. Selon plusieurs biographies, cette période de 1900 à 1902 est marquée par la précarité de sa situation : il postule à de nombreux emplois sans être accepté. La misère d’Albert Einstein préoccupe son père, qui tente en vain de lui trouver un poste. Albert se résigne alors à s’éloigner du milieu universitaire pour trouver un emploi dans l’administration.
Carrière:
En 1901, il publie son premier article scientifique dans les Annalen der Physik, et cet article est dédié à ses recherches sur la capillarité.
À la fin de l’année 1902, naît le premier des enfants d’Albert Einstein, Lieserl. Son existence a longtemps été ignorée des historiens, et il n’existe aucune information connue sur son devenir. Albert et Mileva se marient en 1903, son père lui ayant finalement donné sa permission sur son lit de mort. En 1904, le couple donne naissance à Hans-Albert, puis en 1910 naît Eduard Einstein.
En juin 1902, il est embauché à l’Office des Brevets[8] de Berne[9], ce qui lui permet de vivre correctement tout en poursuivant ses travaux. Il emménage entre 1903 et 1905 dans l'actuelle maison d'Einstein, 49 Kramgasse. Durant cette période, il fonde l’Académie Olympia avec Conrad Habicht et Maurice Solovine, qui traduira plus t**d ses œuvres en français. Ce cercle de discussion se réunit à la maison d'Einstein, et organise des balades en montagne. Einstein partage le résultat de ses travaux avec Conrad Habicht et lui envoie les articles qu’il publie pendant l’année 1905 (souvent appelée son annus mirabilis) concernant les fondements de la relativité restreinte, l’hypothèse des quanta de lumière et la théorie du mouvement brownien, qui ouvrent de nouvelles voies dans la recherche en physique nucléaire, mécanique céleste, etc. L’article portant sur le mouvement brownien prend appui sur des travaux qu’Einstein développe plus t**d, et qui aboutissent à sa thèse, intitulée Eine neue Bestimmung der Moleküldimensionen (« Une nouvelle détermination des dimensions moléculaires », en allemand), et à son diplôme de doctorat le 15 janvier 1906.
En 1909, Albert Einstein est reconnu par ses pairs, en particulier Planck et Nernst, qui souhaitent l’inviter à l’université de Berlin. Le 9 juillet 1909, il est distingué docteur honoris causa par l’université de Genève. Les offres d’emplois se multiplient. En 1911, il est invité au premier Congrès Solvay, en Belgique, qui rassemble les scientifiques les plus connus. Il y rencontre entre autres Marie Curie, Max Planck et Paul Langevin. En 1913, Albert est nommé à l’Académie des sciences de Prusse.
En 1914, il déménage en Allemagne et habite à Berlin de nombreuses années. Il devient membre de l'Académie royale des sciences et des lettres de Berlin. Les propositions d’emploi qu’il reçoit lui permettent de se consacrer tout entier à ses travaux de recherche. Mileva et Albert se séparent, et ce dernier commence à fréquenter une cousine berlinoise, Elsa. À l’ouverture du conflit de la Première Guerre mondiale, il déclare ses opinions pacifistes. La ville de Berlin s’était engagée à lui fournir une maison, mais Albert Einstein obtient finalement un terrain sur lequel il fait construire une maison à ses frais. Situé à Caputh, près du lac de Havelsee, l’endroit est calme et lui permet de faire fréquemment de la voile.
En 1916, il publie un livre présentant sa théorie de la gravitation, connue aujourd’hui sous le nom de relativité générale. En 1919, Arthur Eddington réalise la mesure de la déviation que la lumière d’une étoile subit à proximité du Soleil, cette déviation étant une des prévisions découlant de cette théorie. Cet événement est médiatisé, et Einstein entreprend à partir de 1920 de nombreux voyages à travers le monde. En 1925, il est lauréat de la médaille Copley, et en 1928 il est nommé président de la Ligue des Droits de l’homme. Il participe en 1928 au premier cours universitaire de Davos, avec de nombreux autres intellectuels français et allemands. En 1935, il devient lauréat de la médaille Franklin.
La situation s’assombrit en Allemagne dans les années 1920, et il subit des attaques visant ses origines juives et ses opinions pacifistes. Sa sécurité est menacée par la montée des mouvements nationalistes, dont celle du parti n**i. Peu après l’arrivée d’Hitler au pouvoir, au début de 1933, il apprend que sa maison de Caputh a été pillée par les n**is, et il décide de ne plus revenir en Allemagne. Après un court séjour sur la côte belge, il s’installe aux États-Unis, où il travaille à l’Institute for Advanced Study de Princeton. Ses recherches visent à élaborer une théorie unifiant la gravitation et l’électromagnétisme, mais sans succès, ce qui le détourne peut-être d’autres recherches dans des domaines plus fructueux.
Le 2 août 1939, sous la pression d'Eugene Wigner et de Leó Szilárd, physiciens venus d'Allemagne, il rédige une lettre à Roosevelt, qui contribue à enclencher le projet Manhattan.
Son fils Eduard, atteint d’une possible schizophrénie, passe la majeure partie de sa vie dans une clinique en Suisse, et son autre fils Hans-Albert devient ingénieur en Californie.
Mort:
Einstein meurt le 18 avril 1955 d’une rupture d’anévrisme. Une étude réalisée en 2013 sur son cerveau révèle tout au plus une hyperconnexion entre les deux hémisphères, ce qui est traditionnellement preuve d'une grande intelligence. Ses cendres sont éparpillées dans un lieu tenu secret, conformément à ses dernières volontés. Mais, en dépit de son testament, son cerveau et ses yeux ont été prélevés, le premier par le médecin légiste ayant effectué l'autopsie, les seconds par son ophtalmologiste.
TRAVAIL SCIENTIFIQUE
Année 1905
L'année 1905 est une année exceptionnellement fructueuse pour Einstein (elle est souvent désignée par l'expression latine annus mirabilis), quatre de ses articles étant publiés dans la r***e Annalen der Physik :
-le premier article, publié en mars, expose un point de vue révolutionnaire sur la nature corpusculaire de la lumière, par l’étude de l’effet photoélectrique. Einstein l’intitule : Sur un point de vue heuristique concernant la production et la transformation de la lumière. Il y relate ses recherches sur l’origine des émissions de particules, en se basant sur les travaux de Planck qui avait, en 1900, établi une formule d’un rayonnement quantifié, c’est-à-dire discontinu. Planck avait été contraint d’aborder le rayonnement lumineux émis par un corps chaud d’une manière qui le déconcertait : pour mettre en adéquation sa formule et les résultats expérimentaux, il lui avait fallu supposer que le courant de particules se divisait en blocs d’énergie, qu’il appela quanta. Bien qu’il pensât que ces quanta n’avaient pas de véritable existence, sa théorie semblait prometteuse et plusieurs physiciens y travaillèrent. Einstein réinvestit les résultats de Planck pour étudier l’effet photoélectrique, et il conclut en énonçant que la lumière se comportait à la fois comme une onde et un flux de particules. L’effet photoélectrique a donc fourni une confirmation simple de l’hypothèse des quanta de Max Planck. En 1920, les quanta furent appelés les photons ;
-deux mois plus t**d, en mai, Einstein fait publier un deuxième article sur le mouvement brownien. Il explique ce mouvement par une entorse complète au principe d’entropie tel qu’énoncé à la suite des travaux de Newton sur les forces mécaniques : selon lui, les molécules tireraient leur énergie cinétique de la chaleur. Cet article fournit une preuve théorique (vérifiée expérimentalement par Jean Perrin en 1912) de l’existence des atomes et des molécules. Le mouvement brownien a été expliqué au même moment que par Einstein par Marian Smoluchowski et quelques années avant par Louis Bachelier en 1900, avec des motivations liées aux mathématiques financières ;
-le troisième article est encore plus important, car il représente la rupture intuitive d’Einstein avec la physique newtonienne. Dans celui Sur l’électrodynamique des corps en mouvement, le physicien s’attaque au postulat d’un espace et d’un temps absolus, tels que définis par la mécanique de Newton, et à l’existence de l’éther, milieu interstellaire inerte qui devait soutenir la lumière comme l’eau ou l’air soutiennent les ondes sonores dans leurs déplacements. Cet article, publié en juin, amène à deux conclusions : l’éther n’existe pas, et le temps et l’espace sont relatifs. Le nouvel absolu qu’Einstein édifie est détaché de la valeur quantitative de ces deux notions que sont l’espace et le temps, qui restent cependant liées par la conservation à travers différents référentiels d’études de l’intervalle d’espace-temps entre événements, notion similaire à la distance entre points de l’espace. Les conséquences de cette vision révolutionnaire de la physique, qui découle de l’idée qu’Einstein avait de la manière dont les lois physiques devaient contraindre l’univers, ont bousculé tant la physique théorique que ses applications pratiques. L’apport exact d’Einstein par rapport à Henri Poincaré et quelques autres physiciens est aujourd’hui assez disputé (voir Controverse sur la paternité de la relativité) ;
-le dernier article, publié en septembre, donne au titre L’inertie d’un corps dépend-elle de son contenu en énergie ? une réponse célèbre : la formule d’équivalence masse-énergie, E=mc². C’est un résultat de la toute nouvelle relativité restreinte, dont découle un vaste champ d’études et d’applications : physique nucléaire, mécanique céleste, et armes et centrales nucléaires, par exemple.
Années de reconnaissance (1910-1935)
Son ancien condisciple Marcel Grossmann l’aide dans ses travaux en lui apportant ses connaissances en géométrie différentielle : ils publient un article sur les tenseurs de Ricci et de Riemann-Christoffel en 1913. En octobre 1914, Einstein publie un article sur la géométrie différentielle, et en juin 1915, il donne des conférences à l’université Göttingen devant Hilbert et Klein.
En 1916, Einstein publie sa théorie dite de la relativité générale. Les « équations du champ » sont la clé de voûte de cette théorie. Elles décrivent le comportement du champ de gravitation (la métrique de l’espace-temps) en fonction du contenu énergétique et matériel. La théorie de la relativité ainsi que ses ouvrages de 1905 et 1916 forment la base de la physique moderne.
La théorie de la relativité générale publiée, Einstein recommence à travailler sur la physique des quanta et introduit en 1917 la notion d'émission stimulée qui lui permet de retrouver la loi de Planck à partir d'hypothèses purement quantiques sur la façon dont les quanta de lumière (photons) sont absorbés et émis par les atomes. Idée fructueuse qui est à la base du développement du maser et du laser. La même année, Einstein montre qu'il convient d'associer une quantité de mouvement au quantum de lumière ; hypothèse qui sera validée par l'expérience en 1923 grâce aux travaux d'Arthur Compton sur la diffusion des rayons X.
La relation d'Einstein avec la physique quantique alors naissante est remarquable : d’un côté, nombre de ses travaux sont à la base du développement de cette nouvelle physique, comme son explication de l’effet photoélectrique ; d’un autre côté, il critiquera beaucoup d’idées et d’interprétations de la mécanique quantique, son non-déterminisme en particulier. Le débat entre le groupe formé par Einstein et Erwin Schrödinger et celui de Niels Bohr et Werner Heisenberg se situait à la frontière de la physique et de la philosophie.
En 1927, invité au cinquième congrès Solvay, il a de nombreuses conversations avec Niels Bohr à ce sujet. Il dit alors : « Gott würfelt nicht » (« Dieu ne joue pas aux dés ») pour marquer son opposition à l’interprétation probabiliste de la physique quantique, ce à quoi Niels Bohr répondit : « Qui êtes-vous Albert Einstein pour dire à Dieu ce qu’il doit faire ? ». Le paradoxe EPR qu’il précise en 1935 avec Boris Podolsky et Nathan Rosen à Princeton reste aujourd’hui un exemple important d'une tentative pour questionner les fondements de la mécanique quantique.
Vérification par l’éclipse
Pour vérifier la relativité générale, une mesure de la déviation des rayons lumineux aux alentours d’une masse lors d’une éclipse solaire est envisagée. La première expédition est prévue en 1915, mais est rendue impossible par la Première Guerre mondiale. En 1919, Arthur Eddington réalise cette mesure et annonce que les résultats sont conformes à la théorie d’Einstein. Il apparaît bien plus t**d qu’en raison du temps nuageux, la marge d’erreur était bien supérieure au phénomène à mesurer. Le physicien Stephen Hawking commente en 1988 dans son ouvrage Une brève histoire du temps que ce genre de faux bon résultat est courant quand on sait à quoi s’attendre. Comme d’autres mesures avaient entre-temps confirmé la déviation de la lumière, la validité de la relativité générale n’en fut pas ébranlée.
PERSONNALITÉ D' EINSTEIN
Einstein et la réligion
Einstein écrit plusieurs textes traitant des relations entre science et religion. Dans son article paru en 1930, Einstein distingue trois formes de religion :
la première est due à la crainte et à une incompréhension de la causalité des phénomènes naturels, d’où l'invention d’êtres surnaturels ;
la deuxième est sociale et morale ;
la troisième, qu’Einstein appelle « religiosité cosmique », est une contemplation de la structure de l'Univers. Elle est compatible avec la science et n'est associée à aucun dogme ni croyance. Einstein déclare être religieux, mais seulement dans ce troisième sens qu’il voit dans le mot religion.
Lorsque, en 1929, le rabbin Herbert S. Goldstein lui demande « Croyez-vous en Dieu ? », Einstein répond :
« Je crois au Dieu de Spinoza qui se révèle lui-même dans l’ordre harmonieux de ce qui existe, et non en un Dieu qui se soucie du destin et des actions des êtres humains. »
Einstein a souvent utilisé le mot Dieu, comme dans sa célèbre formule « Dieu est subtil, mais pas malicieux », cependant le sens qu’il donnait à ce mot fait l’objet de diverses interprétations. Une partie du clergé a considéré que les vues d’Einstein étaient compatibles avec la foi. À l’inverse, le Vatican dénonce alors « un authentique athéisme même s'il est dissimulé derrière un panthéisme cosmique ». Si Einstein rejette les croyances traditionnelles, il se distingue personnellement des athées et répète qu’il est « un non-croyant profondément religieux ». Une lettre manuscrite écrite en allemand un an avant sa mort, et adressée au philosophe Eric Gutkind (en), sera mise en vente sur e-Bay en octobre 2012 , Einstein y écrivit :
« Le mot Dieu n’est pour moi rien de plus que l’expression et le produit des faiblesses humaines, la Bible un recueil de légendes, certes honorables mais primitives qui sont néanmoins assez puériles. Aucune interprétation, aussi subtile soit-elle, ne peut selon moi changer cela. »
Einstein répondra d’ailleurs à un journaliste lui demandant s’il croit en Dieu :
« Définissez-moi d’abord ce que vous entendez par Dieu et je vous dirai si j’y crois. »
Un militant de l’athéisme comme Richard Dawkins considère également que la position d’Einstein était seulement de l’athéisme poétiquement embelli. Lors de la campagne d’affichage de slogans en faveur de l’athéisme sur les bus de Londres en 2008 (soutenue par Dawkins), une citation d’Einstein fut utilisée. Cela provoqua des protestations, car cette utilisation a tendance à assimiler Einstein à un athée.
Dans ses mémoires, le diplomate Harry Kessler mentionne le fait d'avoir assisté à un échange entre une de ses connaissances et Einstein. À la question « Professeur, est-ce vrai que vous êtes profondément religieux ? », Albert Einstein aurait répondu « Certainement, ça dépend des points de vue. Quand j'essaie de pénétrer avec nos moyens limités les secrets de la nature, on découvre derrière tous les rapports qu'on peut connaître quelque chose de très subtil, d'insaisissable, d'inexplicable. Ma religion, c'est le profond respect de ce qu'il y a au-delà des domaines que nous pouvons explorer. C'est ainsi en effet que je suis croyant ».
Einstein et les mathématiques
Albert Einstein étudia les mathématiques auprès de professeurs comme Hurwitz ou Minkowski, mais reconnaît dans ses Documents autobiographiques (Œuvres choisies) que son « intuition dans le domaine des mathématiques n'était pas assez forte pour distinguer avec sûreté ce qui est essentiel et fondamental du reste. (…) Mon intérêt pour la connaissance de la nature était réellement plus fort ; et du temps de mes études, il ne m'était pas évident que l'accès à une connaissance plus approfondie des principes de la physique passe obligatoirement par les méthodes mathématiques les plus raffinées ».
D'ailleurs, Albert Einstein, en 1921, lors de la conférence berlinoise intitulée la géométrie et l'expérience (conférence considérée comme le texte épistémologique le plus important d'Einstein, selon l'étude de Michel Paty, Einstein philosophe), déclara des propos confirmant la « destitution » de la géométrie euclidienne :
« Pour autant que les propositions de la mathématique se rapportent à la réalité, elles ne sont pas certaines, et pour autant qu'elles sont certaines, elles ne se rapportent pas à la réalité. »
Cette prise de distance très significative chez Einstein, par rapport aux mathématiques, trouve son fondement comme, par exemple, dans un ouvrage de 1917, La Théorie de la relativité restreinte et généralisée mise à la portée de tous : la configuration géométrique/mathématique du monde devient elle-même quelque chose de relatif, dépendant de la distribution des masses et de leur vitesse.
LE CERVEAU D'EINSTEIN
En 1978, le journaliste Steven Levy apprend par son employeur le journal New Jersey Monthly que le cerveau du savant aurait été conservé et lui demande de le récupérer.
Levy est accompagné par un cameraman durant sa quête et le film est diffusé dans les années 1990 à la télévision en France. Après une longue enquête, il le retrouve en effet à Wichita (Kansas), chez le pathologiste qui avait procédé à son extraction, le Dr Thomas Harvey. Cette information souleva l’intérêt des médias.
Le Dr Harvey déclara qu’il n’avait rien trouvé de particulier dans la structure physique du cerveau d’Einstein pouvant expliquer son génie. Mais de plus récentes études, parues notamment dans Science et Vie, concluent que le cerveau d’Einstein possédait un nombre élevé d’astrocytes. Selon le premier médecin autorisé à autopsier le cerveau d'Albert Einstein dans les années 1980, Marian Diamond, certaines zones de son cerveau, réservées aux tâches les plus hautes, possédaient une proportion de cellules gliales incroyablement élevée : « tout indique que les cellules gliales occupent une place déterminante dans le développement de l'intelligence ».
Dans Mythologies, Roland Barthes écrivit un texte au sujet du cerveau d'Einstein, en restituant les fantasmes que celui-ci anime : comment donc est le cerveau d'un génie ? Il s'avère, et c'est là tout l'intérêt de la situation à en croire la plume de Barthes, que le cerveau du dit « génie » n'avait rien d'atypique.
Une étude approfondie de la structure du cerveau révèle également que la scissure de Sylvius présente une inclinaison particulière, augmentant la taille de la zone du raisonnement abstrait au détriment de la zone du langage, ce qui pourrait expliquer qu’Einstein n’ait su parler que très t**d.
En 2014, le neurologue américain Terence Hines publie une étude qui remet en cause la méthodologie et les conclusions qui ont été tirées avec trop d'enthousiasme[56], faisant controversessuite à d'autres controverses.
