Albert Einstein

Introduction

Depuis que l'humain est sur la Terre, il est fasciné par ce qui l'entoure et il a toujours essayé de comprendre le mieux possible tous ces étranges phénomènes et de les expliquer. Il a même créé une science qui étudie tous ces phénomènes qu'il nomme physique. La physique est la science qui étudie les propriétés générales de la matière, de l'espace, du temps, et établit les lois qui rendent compte de phénomènes naturels. Newton, Kepler, Galilée et Huygens sont tous des grands physiciens qui ont permis à cette science d'évoluer, mais Albert Einstein est le physicien qui a le plus influencé notre époque. Ses découvertes et ses pensées ont influencé tous les aspects de la science, allant de la physique jusqu'à la philosophie en passant par la chimie. Grâce à lui, de nombreux phénomènes sont maintenant explicables.

Ma recherche portera donc sur Einstein et je vous entretiendrai sur différents aspects de sa vie et de ses découvertes. Mes sujets seront: sa vie, l'effet photo-électrique, la relativité restreinte et son influence.

Sa vie

Albert Einstein est né à Ulm, une petite ville d'Allemagne du Sud, le 14 mars 1879, de parents juifs, mais non pratiquants. Il passa la majorité de sa jeunesse à Munich. Einstein n'était pas un enfant unique puisqu'il avait une sœur cadette, Maja. Il était un enfant qui haïssait l'autorité et c'est pourquoi il avait beaucoup de difficulté à l'école. Il était un enfant très rêveur et préférait lire les œuvres originales des scientifiques plutôt que d'écouter durant les cours. Albert Eintein excellait en mathématique et en physique, mais il était médiocre dans les autres matières. Ses parents ont longtemps pensé qu'il était anormal, car à trois ans, il avait encore de la difficulté à parler. Jacob, l'oncle d'Einstein, a été le premier à lui enseigner la physique et les mathématiques.

En 1894, la famille Einstein dut déménager à Milan et Albert renonça à sa nationalité allemande en faveur de celle de suisse. Après une première tentative, qui avorta parce qu'il avait échoué le test d'admission, Einstein pu enfin être admis, en 1895, à l'école polytechnique fédéral suisse à Zurich pour y faire des études en enseignement des mathématiques et de la physique au secondaire. Il reçut son diplôme en 1900.

Il cessa d'enseigner en 1902 pour aller travailler au bureau des brevets à Berne (canton de Suisse) jusqu'en 1909. Durant ces années, il se maria à sa première femme en 1903 et ensemble ils eurent deux enfants (1904 et 1910). Ils divorcèrent cependant quelques années plus tard et Einstein se remaria avec une de ses cousines. Il obtint aussi un doctorat de l'université de Zurich en 1905.

L'année 1905 fut une année très importante pour Albert Einstein. Il publia une série de trois articles qui allait le rendre célèbre dans le monde entier et lui donner le respect de tous les scientifiques quelques années plus tard. Son premier article portait sur l'effet photo-électrique et appuyait l'hypothèse de Max Planck sur les quanta. Son deuxième article introduisit ce que l'on appelle aujourd'hui la théorie de la relativité restreinte. Son troisième article portait sur la théorie du mouvement brownien. Plus tard durant cette année, Einstein montra l'équivalence de la masse et de l'énergie. C'est là que la fameuse formule E = MC² vit le jour.

Après 1905, Albert Einstein continua à travailler dans ces domaines et il apporta de nombreuses contributions à la théorie quantique. Vers 1912, Einstein commença une nouvelle phase de ses recherches sur la gravitation avec l'aide de son ami mathématicien, Marcel Grossmann. Il appela sa nouvelle théorie, la relativité générale. Il publia la version définitive de sa nouvelle théorie en 1915.

À la fin de 1922, il reçut le prix Nobel de physique pour l'année 1921, non pas pour sa théorie de la relativité, mais pour sa contribution à la physique théorique et particulièrement pour sa découverte de la loi de l'effet photo-électrique.

De 1933 jusqu'à sa mort, en 1955, il occupa une place de chercheur à l' "Institute for Advanced study" de Princeton. Albert Einstein décéda d'une rupture de l'aorte le 18 avril 1955 à Princeton, une ville des Etats-Unis dans l'état du New Jersey. Il regretta jusqu'à sa mort que ses équations aient permis la création d'armes nucléaires.

Effet photo-électrique

Le premier article de la série de trois articles qui allait rendre Einstein célèbre, en 1905, portait sur l'effet photo-électrique. Cette découverte lui permis même de recevoir le prix Nobel de physique en 1921.

L'effet photo-électrique peut s'expliquer comme étant la transformation de l'énergie lumineuse en énergie électrique. Cela se produit quand la lumière frappe certains métaux. L'énergie de la lumière agit sur les électrons du métal et les met en mouvement. Ce déplacement des électrons dans le métal crée un courant électrique. Cependant, cette idée était difficile à accepter pour les scientifiques de l'époque d'Einstein parce qu'ils étaient presque assurés que la lumière était une onde. Ils pensaient que l'énergie de la lumière était continue.

J.J. Thomson fut un des premiers à étudier l'effet photo-électrique. Ses recherches consistaient à envoyer de la lumière ou d'autres ondes électromagnétiques sur des métaux puis mesurer le nombre et la vitesse des électrons émis. Ses résultats étonnèrent. Si la lumière était simplement une onde, plus l'intensité de l'onde augmente, plus les électrons devraient se déplacer rapidement, mais les résultats de Thomson prouvèrent que ce n'est pas se qui passe. La vitesse des électrons semblaient liée à la fréquence des rayons lumineux plutôt qu'à l'intensité.

Avec les découvertes d'un physicien allemand, Max Planck, Einstein pu expliquer le phénomène qu'observa Thomson. Max Planck avait affirmé, grâce à des recherches sur un phénomène appelé radiation du corps noir, que l'énergie de la lumière n'était pas continue. Elle était formée de petites unités ou "paquets" d'énergie, appelés quanta (singulier = quantum). Ces paquets d'énergie ou quanta seront appelés plus tard photon grâce à le théorie d'Einstein. Avec l'hypothèse de Planck, Einstein put expliquer l'effet photo-électrique. Lorsqu'un photon vient en collision avec un morceau de métal, les électrons du métal prennent l'énergie du photon et bougent alors à une grande vitesse. Cette vitesse dépend de l'énergie qui est contenue dans chaque photon. Plus la fréquence de la lumière est élevée, plus les photons auront de l'énergie et les électrons qu'ils toucheront, auront aussi plus d'énergie, donc iront plus vite. Tout ça, peu importe l'intensité de la lumière, car la brillance vient du nombre de photons de lumière qui arrivent à un moment donné.

Einstein venait d'expliquer, avec l'aide de Max Planck, les curieux résultats de J.J. Thomson et ont fait naître la physique quantique qui utilise la dualité onde-particule de la lumière. La dualité veut dire que la lumière peut être considérée comme étant des ondes tout en étant des particules, les photons.

La relativité restreinte

Comment parler d'Einstein sans parler de la théorie de la relativité. C'est en 1905 qu'il publia son article sur la relativité restreinte. Elle est dite "restreinte" car elle s'applique seulement sous certaines conditions. Les détails du raisonnement et l'approche mathématique de cette théorie sont très complexes, mais son principe et ses conséquences sont plus faciles à expliquer.

La théorie de la relativité explique, de façon plus approfondie et moins vulgarisée, que la vitesse de la lumière est absolue et que le temps et le mouvement sont relatifs à l'observateur.

Une personne est dans un train qui roule à 40 m/s, elle lance une balle sur le sol à 3 m/s. Si un observateur stable, situé à l'extérieur du train, pouvait voir la balle à l'intérieur du train, il verrait que celle-ci se déplace à 43 m/s. C'est un bon exemple qui nous démontre que la vitesse est relative à l'observateur. Cependant, ce n'est pas toujours la cas. La vitesse de la lumière (environ 299 792,458 km/s) est constante peu importe la position de l'observateur. Ce fait est un des principes de la théorie de la relativité.

Prenons un deuxième exemple. On place une ampoule qui envoie des éclairs lumineux à fréquence constante sur un miroir situé verticalement au-dessus d'elle. Ces éclairs sont réfléchis vers un capteur, qui produit un "tic" chaque fois qu'il est atteint par la réflexion d'un éclair. La personne qui observe ce phénomène de l'intérieur du train, voit seulement la lumière qui monte et descend verticalement.

Mais si le train, se déplaçant rapidement, passe devant un observateur à l'extérieur du train, celui-ci ne verra pas la même chose. Les éclairs ne se déplaceront pas seulement de haut en bas, mais aussi latéralement avec le train.

Chaque fois qu'un éclair frappe le capteur, un "tic" est entendu. Pour l'observateur à l'extérieur du train, les "tics" seront plus espacés que celui à l'intérieur parce que les éclairs vus par l'observateur extérieur ont une plus grande distance à parcourir. La personne à l'intérieur du train aura l'impression que le temps à l'extérieur est au ralenti, mais la personne à l'extérieur ne verra aucune différence. Comme la vitesse de la lumière est constante, la seule explication pour résoudre ce phénomène serait de dire que le temps n'est pas absolu comme les scientifiques du temps d'Einstein l'avait toujours cru.

Einstein affirma donc que seule la vitesse de la lumière est absolue et que le temps et le mouvement sont relatifs. Il eut beaucoup de difficulté à faire accepter cette idée à ses confrères scientifiques parce que ceux-ci avaient toujours cru en la théorie de Newton. Newton avait affirmé que le mouvement et le temps étaient absolus et que la vitesse de la lumière était relative. Cependant, quelques années plus tard, la théorie de la relativité restreinte d'Einstein fut acceptée.

Son influence

Albert Einstein est un scientifique qui a beaucoup influencé la science et même notre vie. Il fut tout d'abord un révolutionnaire en pensant à sa théorie de la relativité. De nos jours, c'est une théorie acceptée et très utilisée par la communauté scientifique, mais à l'époque d'Einstein, ses pensées allaient à l'encontre des lois et des concepts de la physique classique. Grâce à cette théorie, on peut aujourd'hui mieux comprendre des phénomènes se trouvant dans l'espace comme les quasars, les pulsars et les trous noirs. La relativité générale fut aussi utilisé pour concevoir l'idée du Big Bang.

Avec ses lois sur l'effet photo-électrique, Einstein, avec l'aide de Max Planck, permit à la physique quantique de naître. Grâce à la découverte du photon, les scientifiques pouvaient considérer la lumière comme des ondes ou des particules. L'effet photo-électrique permit aussi la découverte des piles photovoltaïques et solaires qui sont utilisées des calculatrices jusqu'aux engins spatiaux.

Il fut un scientifique tellement influant dans tous les domaines de la science que même un élément chimique a été nommé en son honneur. C'est un métal radioactif nommé einsteinium (Es) et il porte le numéro 99 dans le tableau périodique. Il ne se trouve pas à l'état naturel, mais il se forme au cours des explosions nucléaires. Il se décompose presqu'instantanément en particules subatomiques.

Mais Einstein n'avait pas que de l'influence sur les scientifiques ou la science, mais aussi sur la population entière. Sa venue dans une ville était considérée comme un grand événement et beaucoup de gens se déplaçaient pour le voir. Pendant la Deuxième Guerre Mondiale, il s'opposa à la montée du nazisme en Allemagne parce qu'il était Juif. Il était un vif partisan de la paix. Un autre exemple qui nous démontre qu'Einstein était un homme important et influant, c'est qu'il s'est fait offrir le poste de Président d'Israël en 1952, poste qu'il refusa.

Conclusion

En faisant cette recherche, j'ai appris plein de nouvelles informations sur Albert Einstein. Les sujets que j'ai abordés, qui étaient sa vie, l'effet photo-électrique, la relativité restreinte et son influence, m'ont permis de mieux connaître ce grand scientifique sous tous les aspects de sa vie. Je comprends maintenant mieux quel genre d'homme il était et les principes de ses plus grandes découvertes. J'ai aussi pu remarquer que c'est un homme qui avait beaucoup d'influence.

Ce grand homme m'aurait permis d'exploiter de nombreux autres thèmes, dont ses recherches sur la théorie de la relativité générale. Cette théorie essaie d'expliquer l'univers en la présentant en quatre dimensions, la quatrième dimension étant le temps. C'est ce qu'Einstein et d'autres scientifiques ont appelé l'espace-temps.

Einstein est mort sans avoir réalisé son plus grand rêve. Ce rêve était de trouver une théorie unique qui expliquerait notre univers et tout ce qu'il renferme. Les savants d'aujourd'hui travaillent d'arrache-pieds pour réaliser le rêve d'Einstein et aboutir à la théorie de grande unification. Réussiront-ils?? Seul le temps peut nous le dire.

Bibliographie

DELACÔTE, G. et SOUCHON-ROUYER, J.. Einstein:Le livre du centenaire, France, Éditions Hier & Demain, 1979, 333 p.

EINSTEIN, Albert. Comment je vois le monde, France, Éditions Champs/Flammarion, 1979, 189 p.

PARKER, Steve. Albert Einstein et la Relativité, Paris, Éditions du Sorbier, Collection Eurêka, 1994, 32 p.

SCHWARTZ, Joseph. Einstein pour débutants, Paris, Éditions Boréal Express, Collection "pour débutants", 1979, 169 p.

http://bibl.ulb.ac.be/coursmath/bio/einstein.htm

http://www.istp.org/PagesClasse/ClassProj/CM2Stephane/Astronomie/Einstein/einstein.html

Annexe

Voici trois photos d'Albert Einstein à différents moments de sa vie et une de ses affirmations:

La plus vieille photo de Einstein

Einstein à sa table, au bureau de Brevets à Berne,
au début des années 1900.

Albert Einstein vers la fin de sa vie en 1950.

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©1999, Frédéric Tanguay