Einstein au Collège de France

165 Pages·2020·1.745 MB·French

by  Antoine Compagnon, Céline Surprenant

Einstein au Collège de France
Antoine Compagnon et Céline Surprenant (dir.)
Éditeur : Collège de France
Lieu d'édition : Paris
Année d'édition : 2020
Date de mise en ligne : 25 mai 2020
Collection : Passage des disciplines
ISBN électronique : 9782722605503
http://books.openedition.org

Référence électronique
COMPAGNON, Antoine (dir.) ; SURPRENANT, Céline (dir.). Einstein au Collège de France. Nouvelle édition
[en ligne]. Paris : Collège de France, 2020 (généré le 25 mai 2020). Disponible sur Internet : <http://
books.openedition.org/cdf/9367>. ISBN : 9782722605503.
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© Collège de France, 2020
Conditions d’utilisation :
http://www.openedition.org/6540
1
En 1914, Albert Einstein avait été invité à donner les conférences Michonis au Collège de France,
organisées à partir de 1905 grâce au mécène Georges Michonis, pour y accueillir des savants
étrangers. L’entrée en guerre l’empêcha de venir à Paris. Sous l’impulsion de Paul Langevin,
professeur de Physique générale et expérimentale (1909-1946), l’invitation fut renouvelée en
février 1922, peu après les tests de la théorie de la relativité générale effectués par l’astronome
Sir Arthur Eddington en 1919, qui contribuèrent à la renommée mondiale d’Einstein. Le Collège
se singularisera encore par la suite dans la réception des idées d’Einstein, en créant, en 1933, une
chaire pour le physicien, qui avait fui l’Allemagne. Ayant déjà accepté un poste à l’Institut des
études avancées de Princeton nouvellement créé (1930), Einstein n’occupera jamais cette chaire.
Avec pour fil conducteur la visite d’Einstein au Collège, ce 3e volume de la collection s’intéresse à
l’impact des idées d’Einstein sur la physique française et, plus largement, dans la formation des
savoirs et des arts (des années 1910 jusqu’à la Seconde Guerre mondiale) en France et au-delà.
Contrairement à Freud et à Darwin, dont l’accueil au Collège a été difficile, accueil qui a fait
l’objet de deux volumes précédents de la collection, la théorie de la relativité d’Einstein y a très
tôt été présentée par Langevin, qui en a fait le sujet de ses cours dès 1910-1911. D’autres
professeurs du Collège s’y sont intéressés (Léon Brillouin [Physique théorique, 1932-1949],
Frédéric Joliot [Chimie nucléaire, 1937-1958] et André Lichnérowicz [Physique mathématique,
1952-1986], de même que des professeurs de philosophie, de poétique et d’histoire (Henri
Bergson, Paul Valéry [Poétique, 1937-1945]), Lucien Febvre [Histoire de la civilisation moderne,
1933-1949], ou Maurice Merleau-Ponty [Philosophie, 1952-1961]) pour nous limiter à ces quelques
noms.
Ce volume découle d’un colloque organisé par Antoine Compagnon (Littérature française
moderne et contemporaine), Jean Dalibard (Atomes et rayonnement) et Jean-François Joanny
(Matière molle et biophysique) les 11 et 12 juin 2018, dans le cadre du projet « Passage des
disciplines : histoire globale du Collège de France, XIXe-XXe siècle », qui porte sur l’évolution des
matières enseignées aussi bien que celles qui n’y ont pas été admises et qui forment un « Collège
virtuel », depuis la fin du XVIIIe siècle jusqu’aux années 1960. Il est dirigé par Antoine Compagnon,
avec la collaboration de Céline Surprenant et reçoit le soutien financier de PSL (2016-2019), et de
la Fondation Hugot.
In 1914, Albert Einstein was invited to deliver the Michonis Lectures at the Collège de France,
which had been organized thanks to Georges Michonis from 1905 onwards to welcome foreign
scholars to the Collège de France. The outbreak of the First World War however prevented
Einstein from coming to Paris. At the instigation of Paul Langevin, professor of General and
Experimental Physics (1909-1946), the invitation was renewed in February 1922, shortly after the
astronomer Sir Arthur Eddington had tested the theory (in 1919) that contributed to Einstein’s
international fame.
Taking Einstein’s visit to the Collège as as the main thread, the 3rd volume of the series focuses on
the impact of his ideas on French physics and more generally on the formation of disciplines and
the arts (from the 1910s until the Second World War) in France and beyond. Unlike the ideas of
Freud and Darwin, which were not well received at the Collège and which were the subject of the
first two volumes of the series, respectively, Einstein’s theory of relativity attracted the attention
of Paul Langevin, who presented it as early as 1910-1911 in his teachings. Other professors at the
Collège also took an interest in it, such as Léon Brillouin (Theoretical Physics, 1932-1949),
Frédéric Joliot (Nuclear Physics, 1937-1958) and André Lichnérowicz (Mathematical Physics,
1952-1986), as well as philosophy, poetics and history professors (Henri Bergson [Modern
Philosophy, 1904-1921], Paul Valéry [Poetics, 1937-1945], Lucien Febvre [History of Modern
Civilization, 1933-1949], and Maurice Merleau-Ponty [Philosophy, 1952-1961]) to name but a few.
Volume 3 of the “Passage des disciplines” series includes texts that were presented during the
symposium “Einstein at the Collège de France” (11-12 June 2018), organized by Antoine
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Compagnon (Modern and Contemporary French Literature), Jean Dalibard (Atoms and Radiation),
and Jean-François Joanny (Soft Matter and Biophysics), as part of “Passage des disciplines: Global
history of the Collège de France, 19th-20th century”. This research programme and the series
associated with it examines the genesis of scientific and literary fields of knowledge, their
mapping and their evolution during the 19th and 20th centuries, on both national and
international levels, from the standpoint afforded by the history of the renewal of academic
Chairs at the Collège de France. It is headed by Antoine Compagnon, in collaboration with Céline
Surprenant, and receives the financial support of PSL (2016-2019) and the Fondation Hugot.
ANTOINE COMPAGNON
Professeur au Collège de France, titulaire de la chaire de Littérature française moderne
et contemporaine : Histoire, critique, théorie
CÉLINE SURPRENANT
Chercheur associée à la chaire de Littérature française moderne et contemporaine :
Histoire, critique, théorie
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SOMMAIRE
Quelques réflexions sur le contexte scientifique de la visite d’Einstein à Paris en 1922
Serge Haroche
Les cours de physique au Collège de France dans les années précédant 1905
Françoise Balibar
L’énigmatique « physique générale »
La « physique générale et expérimentale » : de D’Alembert au Collège de France
Le funeste aveuglement de Bertrand
Conclusion. Poincaré, justement…
Einstein, du Collège de France à la Société française de philosophie
Jimena Canales
À la Société française de philosophie
Durée et simultanéité
Priorité et invariance
Culture matérielle et technologique
Derniers mots
Bergson, Einstein, et le temps des jumeaux : une singulière obstination
Élie During
Valéry et Einstein, ou le poème de la relativité
William Marx
Quatre rencontres principales : 1919, 1926, 1929, 1933
Première affinité : criticisme
Deuxième affinité : perspectivisme
Troisième affinité : formalisme
Einstein, Russell, Whitehead et le paradigme moderniste anglo-saxon en 1922
Jean-Michel Rabaté
Einstein en voyage et les nouvelles perspectives de la physique dans les années 1920 et 1930 :
un aperçu
Michel Paty
Introduction. Science et politique dans l’entre-deux guerres
L’année 1919 et la conjonction de deux événements au niveau mondial, de nature très différente
L’engagement et les voyages d’Einstein
Les premiers voyages d’Einstein dans l’après-guerre
En France : physique, mathématiques et philosophie
Inde, Japon, Palestine et Espagne
Einstein en Amérique du Sud
Derniers voyages avant l’exil
Einstein au bord de la falaise. Les attentes des historiens parisiens après ses conférences au
Collège de France (1922-1943)
Éric Brian
Henri Berr
Lucien Febvre
Relativité et relativisme
Claudine Tiercelin
La constante cosmologique : la plus grande erreur d’Einstein
Françoise Combes
Témoignage
Une certaine conception de la recherche
Pierre Joliot
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Témoignage
Une conception de la responsabilité des scientifiques
Hélène Langevin-Joliot
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Quelques réflexions sur le contexte
scientifique de la visite d’Einstein à
Paris en 1922
Serge Haroche
1 La visite qu’Einstein fit à Paris en 1922 à l’invitation de Paul Langevin a suscité un
intérêt bien au-delà du cercle des physiciens et des scientifiques. Le savant allemand
était devenu à la fin de la Grande Guerre une star mondiale suite à l’observation de la
déflection des rayons lumineux provenant d’une étoile et rasant le Soleil au cours de
l’éclipse de 1919. La théorie révolutionnaire de la relativité générale, basée sur la
description géométrique d’un espace-temps courbe, avait prédit pour cette déflection
une différence angulaire minuscule de 0,7 secondes d’arc par rapport à la prédiction de
la physique newtonienne. La distance entre la position prévue par Newton et celle
produite par la courbure de l’espace au voisinage du Soleil n’était que 1/2500ème du
diamètre apparent de notre astre. Cet effet minuscule avait été annoncé par
l’astronome Anglais Eddington après une analyse statistique longue et complexe des
plaques photographiques ramenées des expéditions qui avaient observé l’éclipse aux
îles du Cap vert et dans le Nord-est du Brésil. Jamais une si grande notoriété n’avait été
produite par un effet aussi petit !
2 Les physiciens et mathématiciens qui comprenaient vraiment la théorie d’Einstein
étaient très peu nombreux. Elle laissait aux non-scientifiques une impression
d’étrangeté vaguement inquiétante. Comme une photographie en témoigne, les
conférences qu’Einstein donna à Paris ont attiré une foule de messieurs en chapeau
melon se pressant au portillon d’entrée du Collège de France pour écouter le grand
homme. En assistant à ses conférences exposées dans un français hésitant, les auditeurs
avaient le sentiment d’être les témoins d’une révolution aussi profonde que celle qui
avait été initiée par Copernic et Galilée trois siècles auparavant.
6
M. Painlevé fait lui-même la police afin d’empêcher l’entrée d’un public trop nombreux venu pour
écouter M. Einstein, avril 1922
© BNF
3 Les débats techniques et philosophiques sur la nature du temps et de l’espace qui ont
opposé Einstein à Paul Painlevé et Henri Bergson sont passés au-dessus de la tête de la
plus grande partie de l’auditoire. Einstein était sûr de lui car toute sa théorie était la
conséquence logique d’un principe fondamental qu’il n’avait fait que généraliser à
partir des idées de Galilée, celui de l’invariance des lois de la physique par rapport au
repère dans lequel on les observe. Qu’un jumeau voyageur revenant après un long
voyage dans une fusée volant à une vitesse proche de celle de la lumière soit beaucoup
plus jeune que son frère resté sur Terre était certes étrange, mais c’était une
conséquence inéluctable de la théorie, même si cela entrait en conflit avec l’intuition
bergsonienne. Paraphrasant le Epur si muove de Galilée (« et pourtant elle tourne »),
Einstein aurait pu affirmer à ses contradicteurs : « et pourtant, le jumeau voyageur est
plus jeune ». J’ai connu personnellement un témoin de ces discussions. Mon vieux
professeur de maths en classe préparatoire au lycée Louis-le-Grand nous avait raconté,
au début des années 1960, qu’il avait été quarante ans auparavant un des auditeurs
d’Einstein et qu’il n’avait rien compris aux débats auxquels il avait assisté.
4 Pour un physicien, la visite d’Einstein à Paris pose une question intéressante. Pourquoi
n’y a-t-il parlé que de la relativité ? S’il est surtout connu du grand public pour cette
théorie, on oublie souvent que le savant allemand est aussi l’un des pères de la
physique quantique, la théorie qui nous a ouvert les clés de l’infiniment petit. Avant
même son article fondateur sur la relativité restreinte de l’été 1905, Einstein avait
publié au printemps de la même année un papier introduisant le concept de photon et
le dualisme onde-particule pour la description des phénomènes électromagnétiques.
Einstein avait affirmé que la lumière se propage dans l’espace comme une onde
donnant lieu à des phénomènes d’interférences et, qu’en même temps, elle interagit
avec la matière de façon granulaire, comme un ensemble de particules. Ce modèle
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expliquait les propriétés du rayonnement thermique des corps chauffés et élucidait les
caractéristiques étranges de l’effet photo-électrique nouvellement observé.
5 Alors même qu’il cherchait entre 1907 et 1915 à étendre son principe de relativité
de 1905 à la gravitation, Einstein avait aussi généralisé sa théorie des quanta à la
matière en décrivant les atomes d’un solide comme de petits oscillateurs vibrant autour
de leurs positions d’équilibre, sautant d’un état de vibration à l’autre par quanta
indivisibles. Ce modèle, exposé à la conférence Solvay de 1911, lui permit d’expliquer
les propriétés de la chaleur spécifique des solides. La constante ℎ que Planck avait
introduite de façon heuristique en physique jouait un rôle central dans cette théorie.
Les quanta d’un oscillateur de fréquence 𝜈, qu’il s’agisse d’un champ électromagnétique
ou d’un mode de vibration d’un atome, transportaient chacun une énergie ℎ𝜈. La
constante ℎ, homogène à une énergie divisée par une fréquence, ou encore à une
énergie multipliée par un temps a les dimensions de ce qu’on appelle une action en
physique. Elle a une valeur extrêmement petite dans l’unité usuelle du système de
mesure international, le joule-seconde (J · s). Sa valeur, 6.10-34 J · s, s’écrit en notation
décimale avec trente-trois zéros suivis par un 6 après la virgule ! C’est dire que tous les
phénomènes macroscopiques impliquent des nombres de quanta si gigantesques et des
actions si grandes devant ℎ que l’aspect granulaire de la physique est en général
totalement indécelable.
6 En un sens on peut dire que la physique quantique est encore beaucoup plus étrangère
à l’expérience de notre vie quotidienne que la relativité. Dans notre monde où les objets
macroscopiques bougent à des vitesses v d’au plus quelques kms/seconde – très faibles
devant la vitesse de la lumière c = 300.000 km/s - les effets relativistes de dilatation des
temps ou de contraction des longueurs, du second ordre en v/c, sont des corrections de
l’ordre de 10-10 au plus. Elles sont certes très petites, mais restent énormes comparées
au facteur 10-34 de la constante de Planck ! Si Einstein avait parlé de quanta à Paris en
1922, il aurait sans doute suscité encore plus d’étonnement et d’incrédulité auprès du
grand public qu’en évoquant la relativité !
7 Les travaux d’Einstein sur les quanta ne s’étaient pas limités à la découverte du photon
et à celle des oscillateurs quantiques. Il avait aussi élucidé les mécanismes d’échange
d’énergie entre la matière et la lumière et découvert en 1916 le phénomène d’émission
stimulée qui fait qu’un atome porté dans un état électronique excité a tendance à
amplifier de la lumière incidente en émettant un photon identique à ceux qui
l’éclairent. Cet effet annonçait le laser, inventé quelques cinquante ans plus tard.
8 Si Einstein n’a consacré aucune de ses conférences parisiennes de 1922 à ses recherches
sur les quanta c’est sans doute parce que la théorie quantique était encore en gestation
et qu’aucune idée simple n’émergeait d’un ensemble d’observations disparates et de
modèles théoriques incomplets incapables de rendre compte de façon précise et unifiée
des propriétés de la matière et de la lumière à l’échelle atomique. La physique des
quanta était alors plus un sujet de discussions et d’analyses passionnées entre collègues
qu’un thème à aborder devant un auditoire non spécialisé.
9 Dans l’année où Einstein visita Paris et au cours des trois suivantes, des pans du voile
qui recouvrait le monde quantique se levèrent progressivement, jusqu’à ce qu’une
théorie complète émerge en 1925-1926, à la suite des travaux indépendants de
Heisenberg, Schrödinger et Dirac. Einstein suivit pendant cette période de près
l’évolution des recherches sur les quanta et y participa activement. À l’époque de sa
visite au Collège de France et à la Sorbonne, il était sans doute intellectuellement plus
8
intrigué par les mystères des quanta que par ceux qu’il considérait alors comme
largement résolus de la relativité. Cette année 1922 est aussi celle où Einstein allait
recevoir le prix Nobel de physique pour sa découverte des quanta de lumière et
l’élucidation de l’effet photoélectrique, sans que la relativité ne soit mentionnée par
l’Académie suédoise des sciences dans la motivation du prix.
10 Il y avait en 1922 à Paris un jeune homme passionné par la physique, qui s’intéressait
aux deux faces de l’œuvre d’Einstein. Louis de Broglie comprenait en profondeur les
implications de la relativité et était fasciné par les quanta. Frère de Maurice de Broglie
– un physicien que connaissait bien Einstein – et étudiant en thèse de Langevin, Louis a
probablement assisté aux conférences du Collège de France et de la Sorbonne. Il est
bien possible qu’il ait eu l’occasion de parler personnellement à Einstein à Paris au
printemps 1922. Il allait l’année suivante combiner les idées relativistes et quantiques
pour faire une avancée décisive sur le chemin de l’élaboration de la mécanique
quantique. Einstein avait annoncé que la lumière, vue par la physique classique comme
une onde, était aussi formée de particules. Adoptant le point de vue inverse, de Broglie
fit l’hypothèse que les constituants de la matière, électrons, noyaux et atomes – que la
physique classique considérait comme des corpuscules – étaient aussi associés à des
ondes. Le dualisme introduit par Einstein pour décrire la lumière devait s’étendre à
toute la physique. La longueur de l’onde de matière associée à une particule de masse m
et de vitesse v était égale à ℎ/mv. Cette relation était identique à celle qui reliait d’après
la relativité la longueur d’onde des photons de fréquence 𝜈 à leur impulsion p= 𝜈/c.
11 Paul Langevin, malgré sa profonde connaissance de la relativité, ne sut que penser de
l’idée révolutionnaire de Louis de Broglie qui mariait en quelque sorte la relativité et
les quanta. Il envoya pour avis à Einstein le manuscrit de la thèse de son étudiant.
Einstein eut tout de suite l’intuition que le jeune Français avait levé un pan du grand
voile. Il l’écrivit à Langevin qui, rassuré par l’appréciation enthousiaste de son collègue,
fit soutenir sa thèse à de Broglie. Quelques mois plus tard, Einstein, suivant une idée
que lui avait donné un autre jeune physicien, l’Indien Satyendranath Bose, devait
confirmer la similarité entre photons et atomes en prédisant le phénomène de
condensation de Bose-Einstein. À très basse température, certaines catégories
d’atomes, appelés depuis bosons, devaient tous tomber dans le même état quantique et
se comporter collectivement comme une onde de matière géante. Ce nouvel état de la
matière quantique dans lequel les atomes d’un gaz peuvent être comparés aux photons
d’un laser, ne devait être produit expérimentalement que soixante-dix ans plus tard, en
1995.
12 Einstein revint à Paris en 1929 pour y recevoir un doctorat honoris causa. Ce nouveau
séjour parisien s’intercala entre deux visites importantes qu’Einstein fit à Bruxelles en
1927 et 1930, pour assister aux fameux congrès Solvay où l’interprétation de la théorie
quantique a été longuement et passionnément discutée. Einstein s’est alors opposé à
Niels Bohr et à Werner Heisenberg, les tenants de l’École de Copenhague qui
défendaient la validité des relations d’incertitude et le principe de complémentarité
quantique. L’interprétation de Copenhague remet en cause le déterminisme de la
physique classique. Elle décrit un monde microscopique où le hasard joue un rôle
essentiel et où des quantités physiques telles que la position ou la vitesse d’une
particule ne prennent de valeurs réelles que si un appareil de mesure extrait de
l’information du système étudié en le perturbant de façon inévitable. Parler de la
valeur d’une quantité physique sans spécifier la façon dont elle est observée n’a pas de