- 1. Vie. L'homme, la science, l'univers et la cité
- 2. Premiers travaux : physique moléculaire, quanta et relativité restreinte
- 3. Contributions à la théorie quantique
- 4. Relativité générale
- 5. Cosmologie et théorie unitaire
- 6. Critique de l'interprétation de la mécanique quantique
- 7. Portée de l'œuvre scientifique d'Einstein
- 8. Philosophie de la connaissance
- 9. Bibliographie
EINSTEIN ALBERT (1879-1955)
Premiers travaux : physique moléculaire, quanta et relativité restreinte
La formation d'un style scientifique
Dès ses premières recherches, Einstein développa un style propre, orienté avant tout vers une analyse des bases fondamentales des théories et du contenu physique des concepts en jeu dans les phénomènes considérés. Dans ses travaux de 1901 à 1904 sur la thermodynamique et la théorie cinétique, il s'interrogeait sur la signification physique de la probabilité W dans la formule de Boltzmann qui la relie à l'entropieS (S = k ln W), relativement à un système physique. Il l'interpréta comme la fréquence dans le temps avec laquelle le système se trouve dans un état donné, et en tira la conséquence que les fluctuations des quantités physiques calculables correspondent à des occurrences réelles et observables.
Cette réinterprétation statistique de la probabilité dans la formule de Boltzmann conditionne ses recherches sur la théorie moléculaire (le mouvement brownien résulte de telles fluctuations), sur la théorie du rayonnement – point de départ de l'utilisation des probabilités en physique quantique –, aussi bien que ses critiques ultérieures sur l'interprétation courante de la mécanique quantique.
Quant aux travaux sur la relativité, ils prennent leur point de départ sur une critique de la mécanique et de la théorie électromagnétique, considérées du point de vue de leurs propositions fondamentales, suivie d'une reformulation des concepts d'espace et de temps. La théorie de la relativité restreinte ainsi constituée autour de la notion de covariance pour les systèmes d'inertie fut à son tour l'objet d'une critique sur le caractère arbitraire du choix de tels systèmes et sur la signification objective de la notion de covariance, qui ne peut être que générale et qui doit porter sur les mouvements accélérés quelconques. L'interrogation sur le rapport de la masse d'inertie à la masse gravitationnelle conduisant à énoncer l'équivalence du champ de gravitation et d'un mouvement uniformément accéléré, la remise en question de la signification physique de la masse d'inertie à travers le « principe de Mach » puis la critique de l'interprétation physique directe des coordonnées en termes de géométrie euclidienne sont les éléments d'analyse qui le conduisirent à la théorie de la relativité générale.
Mouvement moléculaire
Einstein s'aperçut que les fluctuations pourraient trouver une application dans les propriétés du mouvement brownien, mouvement aléatoire de nature macroscopique affectant de petits corps en suspension dans un fluide, qui résulte de l'agitation thermique des molécules. Élargissant la notion de pression osmotique des molécules des corps dissous aux corps en suspension, il montra, en 1905, que la loi en est la même dans les deux cas, et obtint le déplacement moyen des particules en suspension, qui fournit une détermination exacte des dimensions atomiques. Perrin verifia la formule d'Einstein quelque temps plus tard, confirmant ainsi la réalité des atomes.
Quantification du rayonnement
Dans son article de 1905 intitulé « Sur un point de vue heuristique concernant la production et la transformation de la lumière », Einstein appliqua, selon une démarche différente de celle de Planck, sa formule réinterprétée de l'entropie au rayonnement contenu dans un volume donné, trouvant la même forme pour la variation d'entropie que celle d'un gaz en théorie cinétique. Il en déduisit la relation entre l'énergie et la fréquence, E = h n, qu'il attribua à une propriété du rayonnement : « l'énergie de la lumière est distribuée de façon discontinue dans l'espace » sous forme de « quanta de lumière ». Planck avait au contraire considéré sa formule de la quantification des énergies dans[...]
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Écrit par
- Michel PATY : directeur de recherche émérite au CNRS
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Théorie de la relativité
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