La Physique pour comprendre la nature
ALBERT EINSTEIN (1879-1955)
Albert Einstein naît le 14 mars 1879 à Ulm, en Allemagne. Ses études ne sont pas
particulièrement brillantes, ayant des difficultés à prendre des notes, à apprendre les
notions de façon scolaire et à se plier à la discipline de l’école. Il obtient cependant son
diplôme du polytechnikum (ETH) de Zurich en 1900. À l’ETH, il se fait de nombreux amis
dont certains lui seront précieux pour parfaire ses connaissances en mathématiques
notamment. Il y rencontre également sa première femme d’origine serbe, Milena Maric,
avec qui il aura trois enfants.
Commence alors une période de précarité pour les Einstein, ce qui conduit Albert à
accepter un poste dans l’administration, à l’office fédéral des brevets de Berne, ce qui lui
permet de poursuivre ses travaux de recherche.
L’année 1905 est faste pour Einstein : il publie de mars à juin trois articles qui seront des
références. Le premier donne une interprétation quantique de l’effet photoélectrique, le
second porte sur l’obtention du nombre d’Avogadro qui est un prélude à son mémoire
publié en 1906 sur la théorie statistique du mouvement brownien. Enfin, le plus important,
le troisième expose les bases de la relativité restreinte : il s’intitule « Électrodynamique des
corps en mouvement ». Suite notamment à l’expérience de Michelson, Einstein propose
de renoncer à la notion d’éther, d’abandonner la notion newtonienne de l’universalité
du temps (i.e. définition possible d’une même chronologie dans tous les référentiels) et
d’étendre à l’électromagnétisme le principe de relativité de Galilée. Une telle extension
nécessite de revoir la mécanique newtonienne, il crée donc une nouvelle mécanique dite
relativiste. En septembre 1905, il publie un autre article dans lequel il montre que si un
corps libère une énergie E sous forme de lumière, sa masse doit diminuer d’une quantité
égale au rapport de E par le carré de la vitesse c de la lumière. Il montre en 1907 une
équivalence masse-énergie avec sa célèbre équation : E = mc
2 (où c est la vitesse de la
lumière).
Dès 1906, Einstein cherche à étendre son principe de relativité à des référentiels non
galiléens : en 1907, il propose alors un principe d’équivalence selon lequel un référentiel
non galiléen est équivalent à un champ de gravitation, c’est-à-dire que le champ de
forces produit par un mouvement accéléré (i.e. champ des forces d’inertie, voir chapitre 3)
est équivalent à un champ de gravitation. On parle alors d’équivalence entre masse
inerte (masse liée à l’accélération, i.e. celle qui va vers l’avant quand le véhicule freine
brusquement) et masse pesante (masse liée à la gravitation, i.e. celle de notre poids sur
la balance).
Puis Einstein s’attaque au problème de la généralisation de la loi de gravitation de Newton
dans le cadre de la relativité restreinte : ce travail l’occupera entièrement jusqu’en 1916,
année au cours de laquelle il publie sa théorie générale de la relativité. La relativité
générale énonce que la gravitation n’est pas une force mais qu’elle est la manifestation
de la courbure de l’espace (en fait de l’espace-temps), courbure elle-même produite par
la distribution de la matière. Einstein a pu modéliser la courbure de l’espace-temps en
utilisant notamment la géométrie différentielle. Ainsi, la relativité générale englobe la
gravitation newtonienne toujours valable pour des astres pas trop massifs ou pour des
corps célestes de vitesses relativement faibles, mais elle permet d’expliquer tous les
mouvements dans l’Univers (notamment dans les cas des champs gravitationnels très
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“Gautron_9782100543007” (Col. : ScienceSup3-193x250) — 2010/6/15 — 17:13 — page 14 — #24
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ALBERT EINSTEIN (1879-1955)
Albert Einstein naît le 14 mars 1879 à Ulm, en Allemagne. Ses études ne sont pas
particulièrement brillantes, ayant des difficultés à prendre des notes, à apprendre les
notions de façon scolaire et à se plier à la discipline de l’école. Il obtient cependant son
diplôme du polytechnikum (ETH) de Zurich en 1900. À l’ETH, il se fait de nombreux amis
dont certains lui seront précieux pour parfaire ses connaissances en mathématiques
notamment. Il y rencontre également sa première femme d’origine serbe, Milena Maric,
avec qui il aura trois enfants.
Commence alors une période de précarité pour les Einstein, ce qui conduit Albert à
accepter un poste dans l’administration, à l’office fédéral des brevets de Berne, ce qui lui
permet de poursuivre ses travaux de recherche.
L’année 1905 est faste pour Einstein : il publie de mars à juin trois articles qui seront des
références. Le premier donne une interprétation quantique de l’effet photoélectrique, le
second porte sur l’obtention du nombre d’Avogadro qui est un prélude à son mémoire
publié en 1906 sur la théorie statistique du mouvement brownien. Enfin, le plus important,
le troisième expose les bases de la relativité restreinte : il s’intitule « Électrodynamique des
corps en mouvement ». Suite notamment à l’expérience de Michelson, Einstein propose
de renoncer à la notion d’éther, d’abandonner la notion newtonienne de l’universalité
du temps (i.e. définition possible d’une même chronologie dans tous les référentiels) et
d’étendre à l’électromagnétisme le principe de relativité de Galilée. Une telle extension
nécessite de revoir la mécanique newtonienne, il crée donc une nouvelle mécanique dite
relativiste. En septembre 1905, il publie un autre article dans lequel il montre que si un
corps libère une énergie E sous forme de lumière, sa masse doit diminuer d’une quantité
égale au rapport de E par le carré de la vitesse c de la lumière. Il montre en 1907 une
équivalence masse-énergie avec sa célèbre équation : E = mc
2 (où c est la vitesse de la
lumière).
Dès 1906, Einstein cherche à étendre son principe de relativité à des référentiels non
galiléens : en 1907, il propose alors un principe d’équivalence selon lequel un référentiel
non galiléen est équivalent à un champ de gravitation, c’est-à-dire que le champ de
forces produit par un mouvement accéléré (i.e. champ des forces d’inertie, voir chapitre 3)
est équivalent à un champ de gravitation. On parle alors d’équivalence entre masse
inerte (masse liée à l’accélération, i.e. celle qui va vers l’avant quand le véhicule freine
brusquement) et masse pesante (masse liée à la gravitation, i.e. celle de notre poids sur
la balance).
Puis Einstein s’attaque au problème de la généralisation de la loi de gravitation de Newton
dans le cadre de la relativité restreinte : ce travail l’occupera entièrement jusqu’en 1916,
année au cours de laquelle il publie sa théorie générale de la relativité. La relativité
générale énonce que la gravitation n’est pas une force mais qu’elle est la manifestation
de la courbure de l’espace (en fait de l’espace-temps), courbure elle-même produite par
la distribution de la matière. Einstein a pu modéliser la courbure de l’espace-temps en
utilisant notamment la géométrie différentielle. Ainsi, la relativité générale englobe la
gravitation newtonienne toujours valable pour des astres pas trop massifs ou pour des
corps célestes de vitesses relativement faibles, mais elle permet d’expliquer tous les
mouvements dans l’Univers (notamment dans les cas des champs gravitationnels très
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