Comment Albert Einstein s'est battu pour la paix européenne et la physique théorique

2024 Auteur: Malcolm Clapton | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 03:55

Sur la façon dont la science était étroitement liée à la politique.

Au tout début du XXe siècle, des découvertes colossales ont été faites en physique, dont un certain nombre appartenaient à Albert Einstein, le créateur de la théorie de la relativité générale.

Les scientifiques étaient sur le point d'avoir une vision complètement nouvelle de l'Univers, ce qui leur demandait du courage intellectuel, une volonté de s'immerger dans la théorie et des compétences pour faire face à un appareil mathématique complexe. Le défi n'a pas été accepté par tout le monde et, comme cela arrive parfois, les différends scientifiques se sont superposés aux différends politiques provoqués d'abord par la Première Guerre mondiale, puis par l'arrivée au pouvoir d'Hitler en Allemagne. Einstein était également une figure clé autour de laquelle des lances se brisaient.

Einstein contre tout le monde

Le déclenchement de la Première Guerre mondiale s'est accompagné d'un élan patriotique parmi la population des États participants, y compris les scientifiques.

En Allemagne en 1914, 93 scientifiques et personnalités culturelles, dont Max Planck, Fritz Haber et Wilhelm Roentgen, ont publié un manifeste exprimant leur plein soutien à l'État et à la guerre qu'il mène: « Nous, représentants de la science et de l'art allemands, protestons devant le monde culturel tout entier contre les mensonges et les calomnies avec lesquels nos ennemis tentent de polluer la juste cause de l'Allemagne dans la dure lutte pour l'existence qui lui est imposée. Sans le militarisme allemand, la culture allemande aurait été détruite depuis longtemps à sa création. Le militarisme allemand est un produit de la culture allemande, et il est né dans un pays qui, comme aucun autre pays au monde, a été soumis à des raids prédateurs pendant des siècles. »

Néanmoins, il y avait un scientifique allemand qui s'est prononcé fermement contre de telles idées. Albert Einstein a publié un manifeste de réponse « Aux Européens » en 1915: « Jamais la guerre n'a autant perturbé l'interaction des cultures. Il est du devoir des Européens, instruits et de bonne volonté, de ne pas laisser l'Europe succomber. » Cependant, cet appel, outre Einstein lui-même, n'a été signé que par trois personnes.

Einstein est devenu un scientifique allemand assez récemment, bien qu'il soit né en Allemagne. Il est diplômé de l'école et de l'université en Suisse, et après cela, pendant près de dix ans, diverses universités en Europe ont refusé de l'embaucher. Cela était en partie dû à la manière dont Einstein a abordé la demande d'examen de sa candidature.

Ainsi, dans une lettre à Paul Drude, le créateur de la théorie électronique des métaux, il a d'abord signalé deux erreurs contenues dans sa théorie, et ensuite seulement a demandé à être embauché.

En conséquence, Einstein a dû trouver un emploi à l'Office suisse des brevets à Berne et ce n'est qu'à la toute fin de 1909 qu'il a pu obtenir un poste à l'Université de Zurich. Et déjà en 1913, Max Planck lui-même, avec le futur lauréat du prix Nobel de chimie Walter Nernst, est venu personnellement à Zurich pour persuader Einstein d'accepter la nationalité allemande, de déménager à Berlin et de devenir membre de l'Académie prussienne des sciences et directeur de l'Institut. de Physique.

Einstein a trouvé son travail au bureau des brevets étonnamment productif d'un point de vue scientifique. "Quand quelqu'un passait, je mettais mes notes dans un tiroir et faisais semblant de faire un travail de brevet", se souvient-il. L'année 1905 est entrée dans l'histoire de la science comme annus mirabilis, « l'année des miracles ».

Cette année, la revue Annalen der Physik a publié quatre articles d'Einstein, dans lesquels il a pu décrire théoriquement le mouvement brownien, expliquer, en utilisant l'idée planckienne de quanta de lumière, le photoeffet, ou l'effet des électrons s'échappant d'un métal quand il est irradié de lumière (c'est dans une telle expérience que JJ Thomson a découvert l'électron), et apportera une contribution décisive à la création de la théorie de la relativité restreinte.

Coïncidence étonnante: la théorie de la relativité est apparue presque simultanément avec la théorie des quanta et a changé de manière tout aussi inattendue et irrévocable les fondements de la physique.

Au 19ème siècle, la nature ondulatoire de la lumière était fermement établie et les scientifiques se sont intéressés à la manière dont la substance dans laquelle ces ondes se propagent est arrangée.

Malgré le fait que personne n'ait encore observé l'éther (c'est le nom de cette substance) directement, des doutes sur son existence et son imprégnation dans tout l'Univers ne se sont pas posés: il était clair que l'onde devait se propager dans une sorte de milieu élastique, par analogie avec les cercles d'une pierre jetée sur l'eau: la surface de l'eau au point de chute de la pierre commence à osciller, et, comme elle est élastique, les oscillations sont transmises aux points voisins, d'eux aux voisins, et ainsi au. Après la découverte des atomes et des électrons, l'existence d'objets physiques invisibles avec les instruments existants n'a surpris personne non plus.

L'une des questions simples auxquelles la physique classique n'a pas pu trouver de réponse était celle-ci: l'éther est-il emporté par les corps qui s'y déplacent ? À la fin du XIXe siècle, certaines expériences ont montré de manière convaincante que l'éther était complètement emporté par les corps en mouvement, tandis que d'autres, et non moins convaincantes, qu'il n'était que partiellement emporté.

Les cercles sur l'eau sont un exemple de vague dans un milieu élastique. Si le corps en mouvement n'entraîne pas l'éther, alors la vitesse de la lumière par rapport au corps sera la somme de la vitesse de la lumière par rapport à l'éther et de la vitesse du corps lui-même. S'il entraîne complètement l'éther (comme cela se produit lorsqu'on se déplace dans un liquide visqueux), alors la vitesse de la lumière par rapport au corps sera égale à la vitesse de la lumière par rapport à l'éther et ne dépendra en aucun cas de la vitesse du corps lui-même.

Le physicien français Louis Fizeau a montré en 1851 que l'éther est partiellement emporté par le courant d'eau en mouvement. Dans une série d'expériences de 1880-1887, les Américains Albert Michelson et Edward Morley, d'une part, ont confirmé la conclusion de Fizeau avec une plus grande précision, et d'autre part, ils ont découvert que la Terre, tournant autour du Soleil, entraîne complètement l'éther avec lui, c'est-à-dire que la vitesse de la lumière sur la terre est indépendante de la façon dont elle se déplace.

Pour déterminer comment la Terre se déplace par rapport à l'éther, Michelson et Morley ont construit un instrument spécial, un interféromètre (voir schéma ci-dessous). La lumière de la source tombe sur la plaque semi-transparente, d'où elle est partiellement réfléchie dans le miroir 1 et passe partiellement vers le miroir 2 (les miroirs sont à la même distance de la plaque). Les rayons réfléchis par les miroirs tombent alors à nouveau sur la plaque semi-transparente et de celle-ci arrivent ensemble au détecteur, sur lequel se forme une figure d'interférence.

Si la Terre se déplace par rapport à l'éther, par exemple, dans la direction du miroir 2, alors la vitesse de la lumière dans les directions horizontale et verticale ne coïncidera pas, ce qui devrait entraîner un déphasage des ondes réfléchies par les différents miroirs sur le détecteur (par exemple, comme indiqué sur le schéma, en bas à droite). En réalité, aucun déplacement n'a été observé (voir en bas à gauche).

Einstein contre Newton

Dans leurs tentatives pour comprendre le mouvement de l'éther et la propagation de la lumière dans celui-ci, Lorentz et le mathématicien français Henri Poincaré ont dû supposer que les dimensions des corps en mouvement changent par rapport aux dimensions des corps fixes, et, de plus, le temps pour les corps en mouvement s'écoulent plus lentement. C'est difficile à imaginer - et Lorentz a traité ces hypothèses plus comme une astuce mathématique que comme un effet physique - mais elles ont permis de réconcilier la mécanique, la théorie électromagnétique de la lumière et les données expérimentales.

Einstein, dans deux articles en 1905, a pu, sur la base de ces considérations intuitives, créer une théorie cohérente dans laquelle tous ces effets étonnants sont la conséquence de deux postulats:

• la vitesse de la lumière est constante et ne dépend pas de la façon dont la source et le récepteur se déplacent (et est égale à environ 300 000 kilomètres par seconde);
• pour tout système physique, les lois physiques agissent de la même manière, qu'il se déplace sans accélération (à n'importe quelle vitesse) ou qu'il soit au repos.

Et il a dérivé la formule physique la plus célèbre - E = mc²! De plus, à cause du premier postulat, le mouvement de l'éther a cessé d'avoir de la matière, et Einstein l'a tout simplement abandonné - la lumière peut se propager dans le vide.

L'effet de dilatation du temps, en particulier, conduit au fameux "paradoxe des jumeaux". Si l'un des deux jumeaux, Ivan, part dans un vaisseau spatial vers les étoiles et que le second, Peter, reste à l'attendre sur Terre, alors après son retour, il s'avérera qu'Ivan a moins vieilli que Peter, depuis le temps son vaisseau spatial rapide circulait plus lentement que sur Terre.

Cet effet, ainsi que d'autres différences entre la théorie de la relativité et la mécanique ordinaire, ne se manifeste qu'à une vitesse de mouvement énorme, comparable à la vitesse de la lumière, et nous ne le rencontrons donc jamais dans la vie de tous les jours. Pour les vitesses habituelles avec lesquelles nous nous rencontrons sur Terre, la fraction v/c (rappel, c = 300 000 kilomètres par seconde) est très peu différente de zéro, et nous retournons dans le monde familier et douillet de la mécanique scolaire.

Néanmoins, les effets de la théorie de la relativité doivent être pris en compte, par exemple, lors de la synchronisation des horloges des satellites GPS avec les satellites terrestres pour un fonctionnement précis du système de positionnement. De plus, l'effet de la dilatation du temps se manifeste dans l'étude des particules élémentaires. Beaucoup d'entre eux sont instables et se transforment en d'autres en très peu de temps. Cependant, ils se déplacent généralement rapidement, et de ce fait, le temps avant leur transformation du point de vue de l'observateur est allongé, ce qui permet de les enregistrer et de les étudier.

La théorie de la relativité restreinte est née du besoin de concilier la théorie électromagnétique de la lumière avec la mécanique des corps en mouvement rapide (et à vitesse constante). Après avoir déménagé en Allemagne, Einstein a complété sa théorie de la relativité générale (GTR), où il a ajouté la gravité aux phénomènes électromagnétiques et mécaniques. Il s'est avéré que le champ gravitationnel peut être décrit comme une déformation par un corps massif de l'espace et du temps.

L'une des conséquences de la relativité générale est la courbure de la trajectoire du rayon lorsque la lumière passe à proximité d'une grande masse. La première tentative de vérification expérimentale de la relativité générale devait avoir lieu à l'été 1914 lors de l'observation d'une éclipse solaire en Crimée. Cependant, une équipe d'astronomes allemands a été internée en relation avec le déclenchement de la guerre. Ceci, en un sens, a sauvé la réputation de la relativité générale, car à ce moment-là la théorie contenait des erreurs et donnait une prédiction incorrecte de l'angle de déviation du faisceau.

En 1919, le physicien anglais Arthur Eddington, en observant une éclipse solaire sur l'île Principe au large de la côte ouest de l'Afrique, a pu confirmer que la lumière d'une étoile (elle est devenue visible du fait que le Soleil ne l'a pas éclipsée), passant par le Soleil, dévie exactement du même angle que les équations d'Einstein prédites.

La découverte d'Eddington a fait d'Einstein une superstar.

Le 7 novembre 1919, en pleine Conférence de paix de Paris, alors que toute l'attention semblait se concentrer sur la façon dont le monde existerait après la Première Guerre mondiale, le journal londonien The Times publia un éditorial: « A Revolution in Science: A Nouvelle Théorie de l'Univers, les idées de Newton sont vaincues."

Les journalistes pourchassaient Einstein partout, le harcelant de demandes pour expliquer la théorie de la relativité en un mot, et les salles où il donnait des conférences publiques étaient surpeuplées (en même temps, à en juger par les critiques de ses contemporains, Einstein n'était pas un très bon conférencier; le public n'a pas compris l'essence de la conférence, mais est quand même venu voir la célébrité).

En 1921, Einstein, avec le biochimiste anglais et futur président d'Israël, Chaim Weizmann, partit en tournée de conférences aux États-Unis pour collecter des fonds pour soutenir les colonies juives en Palestine. Selon le New York Times, "Chaque siège du Metropolitan Opera a été pris, de la fosse d'orchestre à la dernière rangée de la galerie, des centaines de personnes se tenaient dans les allées."Le correspondant du journal a souligné: "Einstein parlait allemand, mais désireux de voir et d'entendre un homme qui a complété le concept scientifique de l'Univers avec une nouvelle théorie de l'espace, du temps et du mouvement, a pris tous les sièges dans la salle."

Malgré le succès rencontré auprès du grand public, la théorie de la relativité a été acceptée avec beaucoup de difficulté dans la communauté scientifique.

De 1910 à 1921, des collègues progressistes nommèrent Einstein pour le prix Nobel de physique dix fois, mais le comité Nobel conservateur refusa à chaque fois, invoquant le fait que la théorie de la relativité n'avait pas encore reçu de confirmation expérimentale suffisante.

Après l'expédition d'Eddington, cela a commencé à devenir de plus en plus scandaleux, et en 1921, toujours pas convaincus, les membres du comité ont pris une décision élégante - décerner un prix à Einstein, sans mentionner du tout la théorie de la relativité, à savoir: Pour services à la physique théorique et, surtout, pour sa découverte de la loi de l'effet photoélectrique ».

Physique aryenne contre Einstein

La popularité d'Einstein en Occident a provoqué une réaction douloureuse de ses collègues allemands, qui se sont retrouvés pratiquement isolés après le manifeste militant de 1914 et la défaite de la Première Guerre mondiale. En 1921, Einstein était le seul scientifique allemand à avoir reçu une invitation au Congrès mondial de physique de Solvay à Bruxelles (qu'il a cependant ignoré au profit d'un voyage aux États-Unis avec Weizmann).

Dans le même temps, malgré des divergences idéologiques, Einstein réussit à entretenir des relations amicales avec la plupart de ses collègues patriotes. Mais de l'extrême droite des étudiants et des universitaires, Einstein a acquis une réputation de traître qui égare la science allemande.

L'un des représentants de cette aile était Philip Leonard. Malgré le fait qu'en 1905, Lenard ait reçu le prix Nobel de physique pour l'étude expérimentale des électrons produits par l'effet photoélectrique, il souffrait tout le temps du fait que sa contribution à la science n'était pas suffisamment reconnue.

Tout d'abord, en 1893, il prêta un tube à décharge de sa propre fabrication à Roentgen, et en 1895, Roentgen découvrit que les tubes à décharge émettaient des rayons encore inconnus de la science. Lenard croyait que la découverte devait au moins être considérée comme conjointe, mais toute la gloire de la découverte et le prix Nobel de physique en 1901 sont allés à Roentgen seul. Lenard s'indigne et déclare qu'il est la mère des rayons, tandis que Roentgen n'est qu'une sage-femme. En même temps, apparemment, Roentgen n'a pas utilisé le tube de Lenard dans des expériences décisives.

Le tube à décharge avec lequel Lenard a étudié les électrons dans l'effet photoélectrique, et Roentgen a découvert son rayonnement

Le tube à décharge avec lequel Lenard a étudié les électrons dans l'effet photoélectrique, et Roentgen a découvert son rayonnement

Deuxièmement, Lenard était profondément offensé par la physique britannique. Il contesta la priorité de la découverte de l'électron par Thomson et accusa le scientifique anglais de se référer à tort à ses travaux. Lenard a créé un modèle de l'atome, qui peut être considéré comme le prédécesseur du modèle de Rutherford, mais cela n'a pas été correctement noté. Il n'est pas surprenant que Lenard ait qualifié les Britanniques de nation de mercenaires et de commerçants trompeurs, et les Allemands, au contraire, de nation de héros, et après le déclenchement de la Première Guerre mondiale, il a proposé d'organiser un blocus continental intellectuel sur la Grande-Bretagne..

Troisièmement, Einstein était capable d'expliquer théoriquement l'effet photoélectrique, et Lenard en 1913, avant même les désaccords liés à la guerre, le recommanda même pour un poste de professeur. Mais le prix Nobel pour la découverte de la loi de l'effet photoélectrique en 1921 a été attribué à Einstein seul.

Le début des années 1920 fut généralement une période difficile pour Lenard. Il s'est heurté à des étudiants de gauche enthousiastes et a été publiquement humilié lorsque, après l'assassinat de l'homme politique libéral d'origine juive et ministre allemand des Affaires étrangères Walter Rathenau, il a refusé de baisser le drapeau sur le bâtiment de son institut à Heidelberg.

Ses économies, investies dans la dette publique, ont été épuisées par l'inflation et, en 1922, son fils unique est mort des effets de la malnutrition pendant la guerre. Lenard est devenu enclin à penser que les problèmes de l'Allemagne (y compris dans la science allemande) sont le résultat d'une conspiration juive.

Un proche associé de Lenard à cette époque était Johannes Stark, le lauréat du prix Nobel de physique en 1919, également enclin à blâmer les machinations des Juifs pour ses propres échecs. Après la guerre, Stark, en opposition à la société libérale de physique, a organisé la conservatrice "Communauté professionnelle allemande des professeurs d'université", avec l'aide de laquelle il a essayé de contrôler le financement de la recherche et les nominations à des postes scientifiques et d'enseignement, mais n'a pas réussi.. Après une défense infructueuse d'un étudiant diplômé en 1922, Stark a déclaré qu'il était entouré d'admirateurs d'Einstein et a démissionné de son poste de professeur à l'université.

En 1924, six mois après le putsch de la bière, le Grossdeutsche Zeitung publia un article de Lenard et Stark, "Hitler's Spirit and Science". Les auteurs ont comparé Hitler à des géants de la science tels que Galilée, Kepler, Newton et Faraday ("Quelle bénédiction que ce génie dans la chair vive parmi nous!"), Et ont également loué le génie aryen et condamné le judaïsme corrompu.

Selon Lenard et Stark, en science, l'influence juive pernicieuse s'est manifestée dans de nouvelles directions de la physique théorique - la mécanique quantique et la théorie de la relativité, qui exigeaient le rejet des anciens concepts et utilisaient un appareil mathématique complexe et inconnu.

Pour les scientifiques plus âgés, même ceux aussi talentueux que Lenard, c'était un défi que peu étaient capables d'accepter.

Lenard a opposé la physique « juive », c'est-à-dire théorique, à la « aryenne », c'est-à-dire expérimentale, et a exigé que la science allemande se concentre sur cette dernière. Dans la préface du manuel "Physique allemande", il écrivait: "La physique allemande ? - les gens vont demander. Je pourrais aussi dire la physique aryenne, ou la physique du peuple nordique, la physique des chercheurs de vérité, la physique de ceux qui ont fondé la recherche scientifique. »

Pendant longtemps, la "physique aryenne" de Lenard et Stark est restée un phénomène marginal, et des physiciens d'origines diverses se sont engagés dans des recherches théoriques et expérimentales du plus haut niveau en Allemagne.

Tout a changé quand Adolf Hitler est devenu chancelier d'Allemagne en 1933. Einstein, qui était à l'époque aux États-Unis, a renoncé à la citoyenneté allemande et à l'adhésion à l'Académie des sciences, et le président de l'Académie, Max Planck, s'est félicité de cette décision: « Malgré le gouffre profond qui divise nos opinions politiques, nos amitiés personnelles resteront toujours inchangées. , a-t-il assuré être la correspondance personnelle d'Einstein. Dans le même temps, certains membres de l'académie étaient contrariés qu'Einstein n'en ait pas été expulsé de manière démonstrative.

Johannes Stark est rapidement devenu président de l'Institut de physique et de technologie et de la Société allemande de recherche. Au cours de l'année suivante, un quart de tous les physiciens et la moitié des physiciens théoriciens ont quitté l'Allemagne.