28 septembre 1905

Albert Einstein découvre la relativité

Le 28 septembre 1905, la revue allemande Annalen der Physik publie un article sur une mystérieuse théorie de la relativité. L'auteur est un scientifique de 26 ans qui signe Albert Einstein et n'a même pas encore son doctorat !

Christian Guyard
Albert Einstein (14 mars 1879, Ulm, Wurtemberg ; 18 avril 1955, Princeton, New Jersey)

Cinq articles révolutionnaires

Entre juin et novembre 1905, le jeune homme a envoyé au total quatre articles à la revue.

Ses articles portent sur des aspects fondamentaux de la physique :
• L’effet photoélectrique lui permet d’établir la nature corpusculaire de la lumière (avec des quanta devenus photons en 1920),
• L'auteur interprête le mouvement brownien comme étant le mouvement des molécules sous l’effet de la chaleur,
• La théorie de la relativité restreinte défait l’idée d’un espace et d’un temps absolus,
• Le jeune savant montre enfin l'équivalence entre la matière et l'énergie par la célèbre équation E= mc2 qui indique que l'énergie d'un corps est égale à sa masse multipliée par le carré de la vitesse de la lumière.

Albert Einstein (14 mars 1879, Ulm, Wurtemberg ; 18 avril 1955, Princeton, New Jersey)Notons que le prix Nobel sera décerné à Einstein en 1921 pour ses travaux sur l'effet photoélectrique et la nature discontinue de la lumière. Pas du tout pour la théorie de la relativité « restreinte » émise en 1905 ni pour la théorie de la relativité « générale » publiée en 1915, qui l'une et l'autre remettent en cause la notion d'espace et de temps.

Les articles de 1905 interviennent dans une époque fertile en découvertes théoriques expliquant les phénomènes comme la chaleur, l'électricité, les ondes électromagnétiques mais qui toutes butaient sur des contradictions dans l'explication de certains phénomènes.

Ils inaugurent une ère nouvelle de la physique. Il n'empêche qu'ils vont mettre plusieurs mois ou années à attirer l'attention des milieux scientifiques et à s'imposer aux grands maîtres de la science de l'époque (Planck, Sommerfeld...).

Un précurseur de la relativité

Le mathématicien français Henri Poincaré (1854-1912) formule en 1902 quelques hypothèses qui font de lui un précurseur de la relativité restreinte mais il maintient la référence à un temps absolu et un mystérieux « éther ». Albert Einstein « proclame la mort de l'éther » et transforme les équations de la relativité en une nouvelle théorie de l'espace et du temps, d'où le caractère proprement révolutionnaire de ses travaux.

La fin d'une époque

On peut considérer Einstein comme le dernier des physiciens classiques. Il s'est appuyé sur ses prédécesseurs et ses contemporains en extrayant les aspects les plus intéressants de leurs travaux pour les rassembler dans des formulations simples.

Mais il n'a jamais souscrit aux théories probabilistes liées à la formalisation de la mécanique quantique qui se sont développées de 1905 à 1930, notamment à partir de ses propres travaux.

Dans cette période féconde, plusieurs générations de physiciens ont développé les implications de ses théories qu'il n'avait pas su parfois lui-même entrevoir ou auxquelles il ne croyait pas. Son célèbre « Dieu ne joue pas aux dés » à propos de la nature statistique des phénomènes corpusculaires le montre bien. Tout le monde peut se tromper. Même lui.

La révolution physique amorcée en 1905 se poursuit aujourd'hui avec les théories cosmologiques et quantiques relatives à la naissance de l'univers, depuis les particules les plus élémentaires jusqu'aux « objets » astronomiques étonnants (galaxies, trous noirs...) que les physiciens aimeraient bien unifier.

Un destin tourmenté

Le principal savant du XXe siècle est né à Ulm en 1879, premier enfant d'un couple juif du Wurtemberg. Sa soeur cadette, Maria (Maja) naît deux ans plus tard. Le père, négociant en appareillage électrique, fait faillite puis s'associe avec son frère en 1880 et fonde à Munich un négoce florissant dans la même activité. Cinq ans plus tard, les deux frères construisent une usine de fabrication.

Dès son plus jeune âge, Albert Einstein est donc dans un milieu technique et se passionne pour les machines. Son intérêt pour les sciences est éveillé, dit-on, par une boussole que son père lui a offerte alors qu'il était malade et par un livre de géométrie offert par son oncle. En 1885, il entre dans une école primaire catholique pour des raisons de proximité et de coût.

Albert Einstein (14 mars 1879, Ulm, Wurtemberg ; 18 avril 1955, Princeton, New Jersey)À l'automne 1888, il entre au lycée Luitpold, à Munich, où il suit une scolarité classique (latin, grec, mathématiques, physique) tout en dévorant les ouvrages de physique et de mathématiques. L'électrodynamique le passionne déjà. L'entreprise familiale se déplace en Italie à Milan puis Pavie, mais Albert reste à Munich. Une querelle au lycée avec un professeur de grec le pousse à interrompre ses études. Il rompt ses liens avec la communauté juive du Wurtemberg, renonce à sa citoyenneté wurtembergeoise et rejoint ses parents à Milan. Déjà un caractère indépendant et le refus d'embrigadement !

En Italie, il prépare son examen pour l'École Polytechnique Fédérale ETH de Zurich, sans doute la plus réputée des « grandes écoles » européennes.

À l'automne 1895, à 16 ans, il se présente au concours et échoue, ce qui l'oblige à effectuer une année à l'école cantonale d'Aarau près de Zurich où il termine son cycle secondaire. Il se perfectionne dans les matières qui l'ont fait échouer (zoologie, botanique) tout en restant obsédé par les questions d'électrotechnique et de physique et sans oublier de jouer du violon, ce qu'il fera tout au long de sa vie.

C'est aussi sa première aventure amoureuse avec la fille d'un professeur. Sa soeur Maja passera aussi à Aarau de 1898 à 1902. Elle étudiera les langues romanes et obtiendra un doctorat à Berne en 1908, performance encore peu courante chez les femmes, à cette époque.

L'année 1896 se révèle fructueuse. Albert réussit son examen. Pendant quatre ans, il suit les cours de l'ETH et reçoit une formation très complète. Elle inclut des cours de commerce, de finance, de statistiques des assurances qui lui serviront plus dans l'interprétation du mouvement brownien que dans l'étude des fluctuations des naissances et décès. Albert fait alors l'objet de remarques peu amènes de la part de ses professeurs de mathématiques et de physique, remarques sans doute motivées par son indépendance d'esprit, son penchant pour la théorie et la liaison qu'il amorce en 1897 avec Mileva Maric, qui deviendra sa première femme.

Originaire de Serbie, Mileva Maric, de trois ans et demi plus âgée qu'Albert Einstein, entre comme lui à l'ETH en 1896. Elle est la seule fille de la section Mathématiques. Son itinéraire n'est pas sans rappeler celui de Marie Curie. L'une et l'autre, originaires des confins orientaux de l'Europe, se sont émancipées à force de volonté, à la différence des jeunes bourgeoises occidentales confinées dans leur rôle de potiche.

Mileva Maric et Albert Einstein, le jour de leur mariage, le 6 janvier 1903
Mari ingrat

La relation passionnée de Mileva avec Albert s'appuie sur leur intérêt commun pour les mathématiques et l'évolution bouillonnante des théories physiques à cette époque. Dans une lettre qu'il lui écrit le 3 octobre 1900, Albert confie : « Comme je suis heureux d'avoir trouvé en toi quelqu'un en tout point égal à moi, aussi fort et autonome que moi-même ! Je suis seul avec tous sauf avec toi ». La suite sera moins rose...

La relation passionnée avec Mileva se poursuit. Mais les parents d'Einstein ne sont pas favorables à leur union. Enceinte, la jeune femme rentre dans sa famille pour accoucher. Une fille, Lieserl, naît début 1902 mais elle est abandonnée à l'assistance publique ! Les deux scientifiques arrivent tout de même à se marier en janvier 1903, après la mort du père d'Einstein.

De leur union naîtront deux fils : Hans Albert (1904-1973), qui sera professeur à Berkeley, et Édouard (1910-1965), qui souffrira de problèmes psychiques. Dès le début, ces charges familiales ont raison des ambitions de Mileva en matière de physique. L'union se terminera par un divorce douloureux en 1919 et Mileva s'épuisera auprès de son fils psychotique, sans aucune aide d'Albert, avant de décéder en 1948 à Zurich.

Si douée qu'elle fut et si fructueux que furent leurs échanges intellectuels, il serait toutefois abusif de prétendre qu'Einstein aurait dû ajouter la signature de sa jeune femme à la sienne dans son fameux article de 1905, ainsi que le note Françoise Balibar en préface à l'édition française de leurs lettres d'amour (Seuil, 1993).

Freude am Denken (« Joie de penser »)

Son diplôme d'enseignant de mathématiques et physique en poche à l'été 1900, Einstein occupe des postes temporaires dans différentes écoles suisses, mais sans pouvoir accéder à un poste d'enseignant-chercheur à l'Université. Son premier article scientifique portant sur les phénomènes de capillarité paraît en 1901 - déjà dans les Annalen der Physik -.

Le 21 février 1901, Albert Einstein prend la nationalité helvétique pour éviter le service militaire allemand. Pendant la Grande Guerre, sa citoyenneté helvétique lui permettra aussi de visiter des collègues scientifiques des deux camps. Le 16 juin 1902, il entre à l'Office des brevets de Berne avec un très modeste salaire annuel de 3 500 francs comme expert technique de classe 3. Il passe en classe 2 en avril 1906 avec un salaire de 4 500 F. Cette situation lui permet de poursuivre des travaux théoriques dont il débat avec quelques amis proches au point de former avec eux un groupe appelé Académie Olympia et présidé par lui-même.

Albert Einstein (14 mars 1879, Ulm, Wurtemberg ; 18 avril 1955, Princeton, New Jersey)Il poursuit son cursus universitaire avec une thèse sur la théorie cinétique des gaz en 1901 et un doctorat en janvier 1906 à l'université de Zurich sur une nouvelle détermination des dimensions des molécules. Il devient maître de conférences en 1908 et démissionne de son poste à l'Office des brevets de Berne à la fin 1909 lorsqu'il est nommé enfin professeur associé.

À la fin 1910, il va enseigner à Prague pendant un an et demi, période pendant laquelle il commence à échafauder sa théorie de la relativité générale dont il publie les bases : influence de la gravitation sur la propagation de la lumière. Puis il retrouve une chaire au Polytechnikum de Zurich avec un contrat de 10 ans.

Sa réputation internationale débute à ce moment-là. Elle est consacrée par sa participation en 1911 au premier congrès Solvay (du nom du chimiste et industriel belge qui finançait ces réunions internationales de savants). Toute la crème de la physique théorique et expérimentale y figure. Elle se retrouve aux congrès suivants. Le sixième (1930) est le dernier auquel participe Einstein.

Le congrès Solvay de 1911. Assis (de g. à dr.) : Walther Nernst, Marcel Brillouin, Ernest Solvay, Hendrik Lorentz, Emil Warburg, Jean Perrin, Wilhelm Wien, Marie Curie et Henri Poincaré.  Debout (de g. à dr.) : Robert Goldschmidt, Max Planck, Heinrich Rubens, Arnold Sommerfeld, Frederick Lindemann, Maurice de Broglie, Martin Knudsen, Friedrich Hasenöhrl, Georges Hostelet, Édouard Herzen, James Jeans, Ernest Rutherford, Heike Kamerlingh Onnes, Albert Einstein, et Paul Langevin.
Dieu et la physique

Aucun congrès Solvay n'a autant marqué les esprits que celui de 1927. Les 29 participants (dont 17 ont eu ou auront un prix Nobel) disputent sur le point de savoir si la mécanique quantique est aléatoire ou bien organisée selon un système.

Einstein, attaché à une démarche classique et réfractaire aux théories probabilistes, lance avec humour : « Dieu ne joue pas aux dés ! ». À quoi Niels Bohr répond : « Qui êtes-vous, Albert Einstein, pour dire à Dieu ce qu'il doit faire ? ». Einstein réitère plus tard avec cette autre formule : « Le hasard, c'est Dieu qui se promène incognito » (note).

La jeune Allemagne fait un pont d'or au jeune savant. Elle envoie Planck et Ernst le convaincre de rejoindre Berlin, « capitale mondiale de la science ». C'est ainsi qu'Einstein démissionne de l'ETH et devient membre de l'académie des sciences de Prusse le 18 décembre 1913, avec un statut de professeur de l'Université de Berlin, dispensé de tout enseignement et un traitement annuel de 12 000 Marks !

Malgré la liberté qui lui est donnée, Einstein semble douter de ses capacités. Dans sa lettre du 7 décembre 1913 à l'Académie de Prusse, il écrit : « Chaque journée de travail me démontre un peu plus mes limites intellectuelles. » et reste lucide : « Ces messieurs de Berlin spéculent sur moi comme sur une poule pondeuse de concours, mais je ne sais pas encore si j'aurai des oeufs » (Die Herren Berliner spekulieren mit mir wie mit einem prämierten Leghuhn, aber ich weiss nicht, ob ich noch Eier legen kann).

A-t-il fait le bon choix ? On est à la veille de la Première Guerre mondiale. Mileva repart dès l'été 1914 à Zurich et leur rupture définitive interviendra en 1916. L'échec du couple, la guerre et les restrictions alimentaires lui minent le moral. Une de ses cousines, Elsa Löwenthal, le soigne. Il l'épouse le 2 juin 1919, peu après son divorce. Trois ans plus tard, il reçoit le prix Nobel, remis en 1922 pour l'année 1921. Einstein étant absent, c'est l'ambassadeur allemand qui le récupère, arguant que le savant est allemand, puisque membre de l'académie des sciences d'Allemagne. Il donnera le montant du prix à Mileva qui s'occupe de leurs deux enfants.

Le triomphe de la science pure

Albert Einstein (14 mars 1879, Ulm, Wurtemberg ; 18 avril 1955, Princeton, New Jersey)La célébrité survient à l'issue d'un événement scientifique capital. Le 29 mai 1919, lors d'une éclipse totale, l'Anglais Eddington vérifie expérimentalement la déviation des rayons lumineux des étoiles à proximité du Soleil. Ce phénomène avait été prévu par la théorie de la relativité générale et confirme avec éclat celle-ci ! C'est seulement le 22 septembre de la même année qu'Albert Einstein est informé de l'expérience par un télégramme de son ami, le savant Lorentz.

La consécration scientifique survient dans le contexte difficile de l'après-guerre, au milieu de l'agitation politique et de la montée de l'antisémitisme. Pas facile pour Einstein d'être juif et pacifiste mais sa notoriété donne encore plus de poids à ses engagements.

Il reçoit nombre d'invitations d'un peu partout en Europe et dans le monde (Japon, États-Unis). C'est ainsi qu'en 1930, il débute son enseignement à Princeton, aux États-Unis.

Ce n'est qu'en 1933, après la déchéance de sa nationalité allemande (prise de fait lors de son intégration à l'Académie des Sciences de Prusse) et la mise sous séquestre de ses biens, qu'il s'installe aux États-Unis, après avoir démissionné des Académies des sciences de Prusse et de Bavière.

Un savant juif dans la tourmente

L'émancipation totale des juifs d'Allemagne n'a eu lieu qu'en 1869. Né dix ans plus tard, Albert Einstein appartenait donc à la première génération de juifs allemands dont les droits étaient reconnus dès la naissance.

Lors de son séjour à Prague en 1910/11, il fréquente l'intelligentsia juive, Max Brod, Franz Kafka, Hugo Bergmann. Il rencontre Berta Fanta avocate de la cause sioniste à laquelle il n'adhère alors pas. Il accueille cependant avec bienveillance la déclaration Balfour du 2 novembre 1917 par laquelle la Grande Bretagne s'engage à créer en Palestine un « foyer national juif ».

Après l'énorme retentissement de la confirmation de sa théorie de la relativité générale en 1919, l'Allemagne est très fière. Mais très vite on s'aperçoit qu'Einstein n'est pas un pur allemand ! Début 1921, dans le Völkischer Beobachter, Hitler écrit que la science est désormais aux mains des Hébreux. Le scientifique Philipp Lenard organise dès 1920 un mouvement, plus tard appelé Science allemande, qui veut nettoyer la science de toute trace non aryenne.

Dès l'arrivée de Hitler au pouvoir, en 1933, les savants juifs, y compris Einstein, sont exclus des universités. Mais ce dernier est par ailleurs inscrit sur la liste des savants juifs dressée par Félix Rosenblüth que le mouvement sioniste veut gagner à sa cause.

En 1921, il accepte une tournée aux États-Unis pour récolter des fonds afin de créer en Palestine, à Jérusalem, une université de haut niveau. En février 1923, au retour d'un voyage au Japon, il fait halte en Palestine. Il ne cesse dès lors de soutenir le sionisme mais décline en 1952 la proposition de succéder à la tête de l'État d'Israël, créé en 1948, au défunt président Chaim Weizmann.

Elsa, la seconde femme d'Einstein, meurt en 1936. Einstein restera dès lors à Princeton jusqu'à sa propre mort, près de vingt ans plus tard, et prendra la citoyenneté américaine dès 1940. L'« ermite de Princeton » ne devient pas pour autant insensible au charme féminin. Sa notoriété et son statut lui valent de collectionner les maîtresses, sans toujours les séduire dans les formes...

Le 2 août 1939, à la veille de la Seconde Guerre mondiale, à l'initiative de son ami Leó Szilárd, Einstein envoie une lettre au président des États-Unis, Franklin Roosevelt, dans laquelle il lui affirme que les Allemands sont à la veille de se doter d'une bombe d'un type nouveau.

Il s'ensuit le projet Manhattan, destiné à accélérer les recherches américaines sur la bombe atomique, sur lequel il ne sera pas informé (peut-être parce qu'on le classait parmi les sympathisants communistes). Ce projet va conduire aux deux bombes d'Hiroshima et Nagasaki.

Quand il voit que le programme va aboutir, Einstein écrit à nouveau à Roosevelt pour lui demander d'y renoncer ! Beaucoup plus tard (1950), en pleine guerre froide, alors qu'il est engagé dans un mouvement pacifiste soutenu par les Soviétiques, le savant prend de la distance par rapport à sa première correspondance, disant qu'il n'a servi en l'occurrence que de boîte aux lettres et qu'il a repris un projet de lettre de Szilard. Il va même jusqu'à regretter d'avoir signé la lettre.

En 1953 il rédige la dernière version de sa théorie de la relativité générale. L'année suivante, il publie un ultime article dans les Annals of Mathematics.

Il meurt le 18 avril 1955, quelques jours après avoir signé le manifeste Einstein-Russel qui donnera naissance au mouvement Pugwash, ce mouvement réunissant des scientifiques soucieux de réfléchir à l'avenir du monde. Ses cendres ont été dispersées aux quatre vents (à l'exception de son cerveau !).

Pacifiste !

Si Albert Einstein a quitté son lycée de Munich à 15 ans, c'est peut-être en raison de la discipline quasi-militaire qui y régnait.

Pacifiste dans l'âme, le savant refuse au début de la Grande Guerre de signer l'Appel au monde civilisé de 93 intellectuels allemands pro-guerre (4 octobre 1914) mais il s'associe à un Appel aux Européens publié en réaction au précédent et se réclamant de l'internationalisme. C'est la première fois qu'il participe à la rédaction d'un document politique et qu'il le signe.

Il participe par ailleurs à la Ligue pour une nouvelle patrie, association interdite en 1916. Elle deviendra après la Grande Guerre la Ligue allemande des droits de l'homme et son objectif sera la réconciliation franco-allemande. Il figure aussi parmi les membres fondateurs du Secours international des travailleurs, créé pour répondre aux « grandes sécheresses » de 1921 en Union Soviétique (il s'agit en fait de famines dues à la guerre civile).

En 1945, l'illustre savant est élu président de l'Emergency Committee of Atomic Scientists, une association qui veut sensibiliser l'opinion mondiale aux dangers de l'arme atomique et de la guerre nucléaire. Trois ans plus tard, Albert Einstein écrit un Message aux intellectuels dans lequel il invite les chercheurs à faire tout ce qu'ils peuvent pour empêcher l'utilisation des armes atomiques.

Mais l'on est déjà en pleine guerre froide entre États-Unis et URSS et ses initiatives sont récupérées par les Soviétiques, trop heureux de pouvoir freiner les progrès des États-Unis dans la maîtrise de l'arme thermonucléaire.

Bibliographie

Les biographies, écrits d'Albert Einstein et ouvrages sur ses découvertes sont très nombreux. On trouve aussi de nombreux documents sur l'internet.

Quelques ouvrages en français :

Albert Einstein et Mileva Maric. Lettres d'amour et de Science (Seuil, Science ouverte, 1993),

Albert Einstein Max Born Correspondance 1916-1955 (Seuil Science ouverte),

Albert Einstein, biographie de Kenji Sugimoto (Belin 1990), ouvrage très documenté avec de nombreuses photos et reproductions,

Einstein, la joie de la pensée, par Françoise Balibar (Découvertes Gallimard, novembre 1993),
Françoise Balibar a aussi dirigé l'édition française des ouvres choisies d'Einstein (6 volumes, co-édition Seuil-CNRS),

Comment je vois le monde, par Einstein (Champs, Flammarion, 1979),

L'évolution des idées en physique, Einstein(Infeld Champs Flammarion, 1983).

Publié ou mis à jour le : 2020-07-08 18:43:52

 
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