Einstein, Des atomes aux étoiles : E=MC2 : Pourquoi ?

100 Pages·1993·107.715 MB·French

by  Collectif

ISSN 1157-4887
.ES PERES FONDATEURS DE LA SCIENCE
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E i n s t e i n
Des atome^s
aux étoiles-:
Pourquoi ?
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2281 -16 -32,00 -RDI
|R^'5EII(|E - N^.ie- AOUT,1993.32F 230FB-10FS-850Esc-40Dh-3.550DT-$CAN5.50.
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UN JEUNE HOMME
À L'ÉCART DES NORMES
Le 18avril1955,AlbertEinsteinmeurtàPrinceton,aux
sentiel.11estserviparuneculture philosophiqueinitiéetrès
Etats-Unis.Ayantléguésoncerveauàlascience,deuxhô jeuneetparl'étathistoriquedelaphysique.Alafindusiècle,
pitauxsedisputentlesoind'enfairel'autopsie. cettephysique,quis'estdéjàconsidérablementunifiéeaucours
OnignoretoutdesraisonspourlesquellesEinsteinafaitcelegs. desdécenniesprécédentes,toucheaucœurdeschoses.SiNew
Sejugeait-illui-mêmedifférentducommundesmortels?D'unefa tonrègneenmaîtresurlamécaniquegravitationnelle,Maxwellet
çonoud'uneautre,ils'était beletbienfaitpiégerparsalégende. sessuccesseursontrassemblélalumièreetl'électromagnétisme
Cellequi,commel'aécritRolandBarthes(Dl'avait,desonvivant dansunethéorieunique,lathermodynamiqueaétendusondo
déjà,réduitàsoncerveau.Quantauxsavantsdocteurs,ques'at maineverslastructuremicroscopiquedelamatière,defortes
tendaient-ilsdoncàtirerducerveaumortd'Einstein?Latrace présomptionsjouentenfaveurd'unethéorieatomique.Danscha
anatomiquedugénie.Ilsfurentdéçus.Aprèsl'avoirpasséauscal cundecesdomaines,lesthéories,siellesrendentcomptedes
peletconstatéquel'organemythiquenedifféraitapparemment observations,laissentpourtantdetrèsdifficilesquestionsensus
pasd'uncerveauordinaire, ilfutdisperséparmorceauxàtravers pens. Desurcroît,d'un domaineàl'autre,ellessontcontradic
lesEtats-Unis®... toires. Cescontradictionss'exprimentparticulièrementdansun
CetteétonnantehistoirerésumelafaçondontEinsteinfutperçu débatautourdelanaturedel'éther,unesubstanceimpondérable
parsescontemporains:unêtrehors ducommunquiavaitpercé dontl'existenceestnécessaire pourexpliquerlapossibilitéd'ac
dessecretsinaccessiblesàtoutunchacun.AuXX®siècle,cette tionsàdistance...(C'estd'ailleursparunmémoiresurl'éther,ré
puissance depensée nepouvaittenirqu'àunedisposition parti digéà16ans,ques'ouvrel'œuvrescientifiqued'Einstein).
culière desoncerveau;quelquessièclesplustôt, elleeûtsans Laquestionsous-jacenteàcedébatporteenfaitsurlecaractère
douteétéinspiréeparlediableetEinsteineûtprobablementfini continuoudiscontinudelamatière:tandis qu'avec Boltzmann,
surunbûcher. lamécaniquestatistiqueapporteunindicesupplémentairedesa
Cettevisionmagiquedeladécouvertescientifiquenerésistebien naturediscontinueenpermettant,surlabasedelathéorieato
sûrpasàl'analysehistoriqueainsiquelemontrel'articleconsa mique,deretrouverlesloisdelathermodynamique, lathéorie
créàlagenèse desquatretextesfondateurs de1905,dont lafa maxwelliennedel'électromagnétismeimposeunevision conti
meusethéorie delarelativitérestreinte. Quenousapprend-ilsur nue,si ce n'estdelamatièreelle-même,du moinsdu milieu,
lasingularitéd'Einstein? l'étherluminifère,danslequelellebaigneetquiestsupposéêtre
Al'inversedeceque l'on adit, Einsteinn'ad'abord rien d'un lesiègedesrayonnementsdetoutenature.Maisquellesproprié
cancre.C'étaitenréalitéunélèveextrêmementbrillantparticuliè téslui attribuer?
rement enmathématiquesetenphysique, deuxdomaines pour Vers 1900,plusieurs physiciensont approchéleproblème
lesquelsilsepassionnait.Salégendedemauvaisélèves'appuie jusqu'àviderl'étherdetoute réalitématérielle,maisaucunn'a
sur lefaitqu'ileut mailleàpartiravecl'institutionscolairealle franchilepasqu'Einsteinvapubliquementeffectueren1905:
mande dont ilnesupportaitpas l'autoritarisme.Cetécartàla établirque lesloisdelaphysiquemacroscopiquenesontpas
norme(lelecteurpourraconstaterlaconstancedecetteposi contradictoiresavecl'atomisme,supprimerl'étheretentirerles
tionenbiend'autres domainesdelavied'Einstein)apparaîtes conséquences- soumettrel'électromagnétismeauprincipede
sentiel, carilleplaced'embléeettrèsjeunedans unesituation relativitédeGaliléeetrevoirlesnotionsd'espaceetdetemps-
particulière:celled'inventersonparcoursselonson désir etses enfinposerl'équivalencedelamasseetdel'énergie.Bref,réor
investissementspropres.Defait,ilapparaîtbienselivreràune ganisertoutelaphysique, oupresque.Lagravitationmanqueà
intenseécolebuissonnière,maisdanslesouvragesdephysique l'appel,cequiserafait 10ansplustardaveclathéoriedelarela
del'époque. tivitégénérale.
C'estundeuxièmetraitdujeuneEinsteinqu'ilaccumuleunetrès Decetravail,Einsteintirera,àpartirdesannées20,uneimmense
profondeculturescientifiqueetce,danstouteslesbranches de notoriétépopulaireservie, ilest vrai,par detrèsforts engage
laphysique.Newton,biensûr,Maxwell,Hertz,Helmholtz,Mach, mentspolitiquesetunepropensionàlafacétieprovocante.Cette
Lorentz,Poincaré, etc. Outrequecesauteursnesont pasdes célébritérestenéanmoinsparadoxale :lathéorie delarelativité
plusfacilesd'accès,illeslitdans letexteetsurtoutenfaitl'exé générale,confirméeen 1919pardes observationsastrono
gèse.AjoutonsquelePolytechnikumdeZûrichoùilest entréen miques,s'appuieeneffetsurunappareilmathématiqueextrême
1896estuneécoleprestigieuseenEuropeetdanslaquelleensei menttechniqueetinaccessibleaugrand public.Commelerap
gnentd'excellents professeurs. pelle AlainBouquet(p.88):troispersonnesdans lemonde,
TroisièmetraitdelasingularitéEinstein:unsoucid'alleràl'es- disaitàl'époqueEddington,étaientenmesuredelacomprendre
quoiqu'ilsedemandâtquiétaitlatroisième...
Cen'est paslecasdelarelativitérestreinte,lathéorie de1905,
1-Dans"Mythologies",EditionsduSeuil,1957.
2-Auxdernièresnouvelles(1981),certainsfragmentssetrouvaientdansunbocal dont nousavonsentreprisderaconterl'histoiredans lespages
decidreàWichitadansleKansas,lesautresayantdisparu. quisuivent. J-P1
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UN JEUNE HOMME À L'ÉCART DES NORMES 1
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UN AN AVANT EINSTEIN
PAR STANLEY GOLDBERG
Historien des sciences, conseiller
AUPRÈS DE LA SMITHSONIAN INSTITUTION,
Washington dc, Etats-Unis
UMEVIE
L'HOMME QUI N'EN FIT QU'À SA TÊTE 16
PAR Laurent Carpentier
L'Air DU Temps 25
PAR Emmanuel Chadeau
Professeur d'histoire contemporaine
À l'Université Lille III
LES ACTEURS
LES AMIS D'Einstein 32
PAR Béatrice Eymard-Duvernay
Photosdecouverture:Keystone, D.M. Remerciementsau D''A. Meichie,
Photosci-contre: ExplorerArchives responsabledes relatianspubliques
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LES THÉORIES D'EINSTEIN ET
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Et Avant
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Après une ère d'innovations et de décou
vertes MENÉES ÀBRIDE ABATTUE, LA PHYSIQUE
ÉTAIT PARVENUE, AU DÉBUT DE CE SIÈCLE, ÀLA
CROISÉE D'UN CHEMIN. IL FALLAIT CHOISIR ENTRE
DEUX AVENUES, ET PERSONNE NE PENSAIT QU'ON
PÛTCOUPER ÀTRAVERS CHAMPS.
DISQUEDEFARADAY,PHOTOROGER-ViOLLET
U n A n A v a n t
En 1904, UN GRAND CONGRÈS EUT LIEU ÀSAINT-
Louis, Missouri : on y écouta les plus grands
NOMS DE LA SCIENCE FAIRE LE BILAN DE LA PHY
SIQUE DEPUIS Newton. En un siècle, la méca
nique ONDULATOIRE AVAIT ÉTÉ CAPABLE DE COM
PRENDRE CE QUE L'EXPÉRIENCE AVAIT PU
DÉCOUVRIR : ÉLECTRICITÉ, MAGNÉTISME, ONDES
HERTZIENNES, RAYONS. MAIS TOUJOURS AU PRIX
D'UN COMMODE ARGUMENT : L'ÉTHER, SUPPORT NÉ
CESSAIRE DE TOUT EFFET ÀDISTANCE, MAIS IMPOS
SIBLE MATIÈRE. On attendait UN MAÎTRE POUR
DOMPTER LA CHIMÈRE. PAS UN COUP DE BALAI...
PAR STANLEY GOLDBERG
En1904,Saint-Louis,lacapitale
f
teursestbeletbiendedresserun bilan
duMissouri,célèbreun anni exhaustifdesprogrèsscientifiques ac
versaire:le rachatdela Loui complisdepuisunsiècle.
sianeàlaFranceunsiècleplus Or,enphysique,unsimplecoupd'œii
tôt. La Louisianeétaituneénormecolo auxcommunications faitesaucongrès
nie:deuxmillionsdekm^unissantlegoKe montrequeladisciplineavaitfaitdespro
duMexiqueàlafrontièrecanadienne.En grèssaisissantsenunsiècle. Ilmontre
l'acquérant,lajeunerépubliqueaméricai aussiquelacommunautédesphysiciens
neavait plusquedoublé sasuperficie. s'étaitengagéedansundébatpassionné
Pourcélébrerl'événement, Saint-Louisac surlesloisfondamentales del'Univers.
cueillel'expositionuniverselleet,ensep Ontrouvait, d'uncôté,lestenantsd'une
tembredelamêmeannée,lecongrèsdes
visionmécanisted'unmondeobéissant
ArtsetdesSciences.Cedernierréunitles auxlois de Newton. Del'autre,sousla
plusgrandsnomsdel'époque. L'exposi houlette de H.A. Lorentz, absent au
tionapourbutdemontrerunsièclede congrèsetdeFoincaréquiyparticipe,les
progrèsscientifiquedans tous lesdo partisansd'uneconceptionélectroma
mainesetlacohérencedeceprogrès.Le gnétiquedumonde.Seloncetteécole,les
congrèsdoitenêtre,selonlesmotsdeson loisdelamécaniqueelles-mêmesdoivent
organisateur,la"démonstrationvivante". serameneràcellesplusfondamentales
Unmontagedecegenren'est pastout del'électricitéetdumagnétisme.
àfaitunenouveauté,maisàSaint-Louisla Dece débatétaient, au tournant du
façondont ilestconçuestoriginale.Le siècle,néesdeuxhypothèsescontraires. théoriedelarelativitérestreinteferontun
congrèsestdiviséen septgrandsdo Ellesconcernaientl'étherluminifère.Ace anplustardirruptiondanscedébat.Tou
maines:Sciencemorale.ScienceHisto milieuprésentdans tout l'espace,onat tefois,en1904,personnenel'attendait.
rique,Sciencephysique.Sciencedel'es tribuaitinfinelaresponsabilitédelapro Onlecomprendmieuxsil'onconsidère
prit, Science appliquée. Régulation pagationdesphénomènesélectromagné lesgrandeslignesdel'histoiredesthéo
socialeetCulturesociale.Cesdomaines tiquesetgravitationnels;onluiattribuait riesphysiquesauXD(®siècle.
sesubdivisenten24brancheset90disci aussila médiationdesinteractionsentre En1800,John Daltonénoncelathéorie
plines différentes. L'idéedes organisa matière etrayonnements.Einsteinetla atomistemoderne.Elle estmoderneence
Inauguration de
E i n s t e i n rExposition universelle
de Saint-Louis,le30
avril 1904. En sep
tembre, un congrès de
savantsfera le bilan
d'un sièclede
découvertes.
sens quelespenseursgrecsanciens ont Ceproblèmeétaitenfaitdenatureplus suffisammentprécisepourdesisubtiles
eulespremiersl'idéedel'atomecomme techniqueque conceptuelle:pourré mesures.Enl'occurrence,l'avancement
unitéélémentairedelamatière.Maisjus pondreàlaquestiondupoidsdesatomes, desconnaissancesdépendaitduprogrès
qu'àDaiton, cetteidée n'a mené nulle 11fallaitêtre capabledemesurerdetrès techniquedesinstruments.
part. Onabienspéculé surlacouleurou petitesdifférences de poidsdans des Risquonsunaparté. Ilestdesprogrès
laformedes atomes, maisc'estDaiton quantitésrelativementimportantesde quinedoiventrienàlascienceettoutà
qui,ens'interrogeantsurleurpoids,aou matière.Jusqu'àlafinduXVllFsiècle,au l'instrumentation,quiàson tournedé
vertlabonneporte. cunchimistenedisposad'unebalance pendquelatechnologie.C'estunprocès-
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Un An Avant Einstein
sus autonome,répétitifetcumulatif.11 deuxpostulatsfurentsérieusementremis quelesélectrons. Lesphénomènes, eux,
montrebienqu'entrescienceettechnolo encauseparlesprogrèstechniquesréali nesediscutaient pas:tout lemondede
gie,ilexisteunedifférencefondamentale: sésenspectroscopieoptiqueetenradio vait bien admettre la spécificité des
l'unectiercheàcomprendre lefonction activité.Lespreuvess'accumulèrentque, spectres lumineux,levoilagedesplaques
nementdel'Univers, l'autrechercheàle quandlamatièreabsorbeourayonnede photographiquesparl'uraniumàtravers
manipuler. Maison peutmanipulerle l'énergielumineuse,ellelefaitd'unema unemballage opaque, etl'illumination
mondesanslecomprendre. Deplus,nos nière trèsspécifique,aussispécifique soushautetensiond'unécranphospho
idéessurlemondeontbeauévoluersans qu'uneempreintedigitale.Oninterpréta rescent placéenboutd'untubeàrayons
cesse,ceschangementssontsansconsé celacommeuneconséquence dufaitque cathodiquesvidédesongaz.Maisilfaut
quencetechnique :que nous considé lamatièresemblaitabsorberetrayonner toujours distinguerphénomènes etthéo
rionsquel'espaceesteuclidienounon, del'énergielumineuse(oucalorique)sur rie:ilyatoujoursplusieursthéories pos
lesrouescontinuerontdetourner. unchoixdefréquencescaractéristiques sibles pourexpliquerun ensemblede
Latechnologiepeutaussiparticiper à desatomes entrantdans lacomposition phénomènes.Toutes lesthéoriess'ap
lascienceautrementqu'enluifournissant dumatériau.Cela,àsontour,suggérait puientsurunensembledeprémissesou
denouveauxinstruments.11luiarriveen quel'atomeétaitpeut-êtrelui-mêmecom d'axiomesquiéchappent àtoutevérifica
effetdemettreenlumièreunphénomène posédeparties,etquecesfréquencesab tiondans lecadrede lathéorie.Or,au
jusqu'alorspasséinaperçu,quipeutaller sorbéesouémisesétaientunemanifesta tournantdusiècle,lathéoriecorpusculai
danslesensdelathéorieenvigueurmais, tiondel'activitévibratoirefondamentale ren'étaitpas,commeaujourd'hui,admise
plussouventencore,lacontredire. L'ap decesparties. commelaseuleraisonnablepourrendre
paritiond'unargumentcontrairenesigni comptedes propriétésetducomporte
fiepasqu'ilfaille ipsofacto jeterauxor L'ATOME mentdelamatière.
ties lathéorieet laremplacerparune CHANGE DE NATURE En1904,l'étherétait unenotion univer
autre.Unethéoriepeutsouventêtreamé Apartirdudébutdelasecondemoitié sellementconsidéréecommeindispen
nagéeoudéveloppéetoutenconservant dusiècle,oncommençaàdécouvrir que sable.Certainsnesepriventpasdedire
ses principalesprémisses.Pourêtre ac lamatièreordinairesemblaitémettredes aujourd'huiquel'idéen'étaitriend'autre
ceptables,cependant,ces développe rayonnementsetdesparticuleschargées queleproduitdel'ignoranceetdel'aveu
mentsdoiventrentrerdansle cadredes de différentes sortes. On les appela glementdesscientifiquesdecetemps-là.
exigencesculturellesmajeuresquipèsent "rayons":cathodique,"X",alpha,bêtaou Pourcertainsmêmes,leconceptrelève
surlesprémissesdelathéorie. gamma.Lasérie culminaavecladécou delasuperstition pureetsimple.Enréali-
Ledéveloppementdelathéorieatomis- vertedel'uranium"radioactif".Cesdé s; té,sonsuccès auprès desphysiciensde
teetsonévolutionaucoursduXIX®siècle couvertesfirentpenserquel'atomepou Ql'époquedevraitplutôtnousfaireréflé-
constituent,àcetégard,uncasd'espèce. vaitsesubdiviserenpartiespluspetites, s chiràl'avenirdenospropreschoixthéo-
Lathéorie deDaltonavaitpour princi qu'à leurtour onconsidéracommeinsé Sriques.Lesphysiciensdel'époqueétaient
pelefaitquelesatomesétaientdesenti cables.C'estalorsque,en1897,ladécou enmoyenneaussi
tés inanalysablesetinsécables.Dalton verteparJ.J.Thomsondel'électron, la brillants,nova
pensaitaussi que leuragencementétait particuleélémentairedel'électricité,vint teursetmalins
telqu'il remplissaittoutl'espace.11n'y étayercetteévolutionconceptuelle.Ainsi que ceux
avaitpasd'espacelibreentrechaqueato Thomsonconçut,entre1898et1904,les
me.Danslespremièresannéesdusiècle, premiersmodèlesd'atomes composites,
alors quel'instrumentationetlestech oùlesélectronschargésnégativement
niques destœchiométrieseperfection étaient,telles des cerisesdans unclafou-
naient,lesidéessurlesforces deliaison ti,prisdansunecoucheatomiquemince
interatomiquesévoluèrent.Lafacilité électropositive.
aveclaquellel'électricitésemontrait ca Malgrécela,en1904,lathéorie ato-
pablede séparerles corpscomposés misteavait encoredes opposants.
(électrolyse)incitaàpenserquelesforces Lesplus grandsdoutes portaient
quitenaientlesatomesentreeuxdansla surl'introductiondanslathéorie
matièresensibleétaientélectriques.Mais d'entitésaussihypothétiques
celanechangearienàl'idéequel'atome
devaitêtreinsécable,niaufaitqu'ender En 1800,John Dalton
nierressort,onentendaitbienexpliquer réaffirme que lama
lesforces deliaisons interatomiquesen tièreestfaite d'uni
termesmécaniques. tés insécables :
Danslesquarante ansquisuivirent,ces les atomes.
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