La première conférence Solvay est connue comme la révélation de la plus formidable révolution de la physique depuis Galilée et Newton. Même après cette édition mythique de 1911, les conférences ont continué à marquer le cours de la physique moderne.
C'est sans aucun doute le photo la plus célèbre de l'histoire de la physique. La miette des érudits du début du XXe siècle a été recueillie dessus. Ces scientifiques ont jeté les bases de la physique moderne, de la relativité, de la mécanique quantique et de la physique nucléaire.
La photo montre Marie Sklodowska -Curie , Albert Einstein, Max Planck, Henri Poincaré, Hendrik Lorentz, Ernest Rutherford, Jean Perrin et quelques autres, il n'y en a guère plus de vingt. Parmi eux figurent huit lauréats du prix Nobel. Le jeune Albert Einstein (1879-1955) a qualifié la réunion de Bruxelles de "sabbat des sorcières".
Les scientifiques, théoriciens et expérimentateurs réunis à l'Hôtel Métropole du 30 octobre au 3 novembre 1911. Ils y étaient à l'invitation d'Ernest Solvay (1838-1922), l'une des figures les plus importantes du capitalisme belge. L'artiste autodidacte qui s'était constitué une immense fortune dans le domaine de la chimie, était passionné par les sciences et animé par l'esprit de progrès typique de son époque.
Solvay aurait aimé rencontrer un nombre limité d'éminents scientifiques et présenter ses idées sur la physique et la chimie. Mais il était si prémonitoire qu'il a plutôt laissé les scientifiques se concerter entre eux. Ainsi, par son initiative, connue sous le nom de Conférence Solvay, il a contribué à l'avancée fascinante de la science de son temps.
Il a choisi de faire présider la conférence par l'un des universitaires les plus respectés du moment. Hendrik Lorentz (1853-1928) était un éminent spécialiste dans le domaine de l'électromagnétisme et un précurseur de la théorie de la relativité. C'était un polyglotte et un diplomate hors pair. Il avait la nationalité néerlandaise, ce qui lui donnait un statut neutre à l'époque. Il a facilité l'approche des universitaires allemands, français et britanniques à une époque où le nationalisme sévissait.
Choisir Hendrik Lorentz pour présider la première conférence Solvay était une décision intelligente. Le Néerlandais a su approcher les savants allemands, français et britanniques de manière neutre
Après concertation entre Lorentz, Planck et Nernst, le thème de la première conférence était « La théorie du rayonnement et les quanta ». Sous ce titre, s'est manifestée la plus formidable révolution de la physique depuis Galilée et Newton :la mécanique quantique qui contrôle le monde microscopique.
Au moment de la première conférence Solvay, seule une poignée de scientifiques était consciente qu'une révolution fondamentale de la physique se préparait. Rien qu'à Bruxelles, seul Henri Poincaré (1854-1912) avait une idée de ce qui se passait. Il était un grand mathématicien et physicien et, avec Einstein, l'inventeur de la théorie de la relativité. Et quand il revint de Bruxelles à Paris, c'était un homme convaincu.
À la fin du XIXe siècle, de nombreux physiciens, principalement en Allemagne, étudiaient l'émission de rayons lumineux par des objets chauffants qui changent de couleur - du noir au rouge, au jaune et au blanc. Ils voulaient pouvoir mesurer à distance la température de l'acier en fusion dans les fours de la sidérurgie.
La théorie dominante à l'époque est issue des travaux récents de James Clerk Maxwell (1831-1879) et de Ludwig Boltzmann (1844-1906). Le premier avait réussi à unir la lumière, l'électricité et le magnétisme dans l'électromagnétisme. Le second avait développé la thermodynamique - la théorie de la chaleur - sous forme de mécanique statistique.
Avec la mécanique de Newton, l'électromagnétisme et la mécanique statistique formaient les piliers (prétendus) inébranlables de la physique à la fin du XIXe siècle.
Malheureusement, cette science a conduit à des résultats incompatibles avec les mesures expérimentales de rayonnement. En théorie aussi, les résultats étaient absurdes :il fallait une énergie infinie pour élever d'un degré la température d'un objet.
Après de nombreuses tentatives pour résoudre le problème, Max Planck (1858-1947) parvient à une conclusion en décembre 1900. Le seul moyen de sortir de l'impasse et d'arriver à des résultats expérimentaux était de supposer que la lumière émise par un objet chauffant ne se produit pas en continu , mais sous forme de paquets individuels, ou « quanta ».
L'idée de Planck était aussi révolutionnaire que contre-intuitive. Les quanta dont il a parlé contiennent chacun une énergie bien définie. Cela dépend de la longueur d'onde de la lumière émise et de ce que nous appelons maintenant la « constante de Planck » :une quantité infime qui ne peut être vue que dans le monde microscopique.
En 1905 – l'année où il formule la théorie de la relativité restreinte – Einstein généralise l'approche de Planck. Il a émis l'hypothèse que la lumière n'est pas seulement émise en quanta, mais qu'elle se propage également sous cette forme.
De cette façon, il a trouvé une explication à ce qu'on appelle l'effet photoélectrique. La lumière tombant sur un métal et en libérant des électrons leur donne à tous la même énergie - en ce sens qu'ils gagnent la même vitesse. Cette découverte a valu à Einstein le prix Nobel en 1921.
Et en 1907, Einstein a de nouveau utilisé les quanta. Cette fois pour expliquer que certains objets absorbent la chaleur de manière anormale à très basse température. Selon Einstein, c'est parce qu'ils ne peuvent absorber cette chaleur que par des paquets indivisibles.
L'idée a suscité l'intérêt du chimiste Walther Nernst (1864-1941). Et nul autre que Solvay ne lui avait parlé de son projet de conférence scientifique avant que Nernst ne serre la main de Lorentz. Bref, la conférence Solvay de 1911 avait mis à l'ordre du jour une question très importante.
La conférence a été magistralement préparée par Lorentz. Il a choisi les invités avec soin, les orateurs eux-mêmes partageant déjà à l'avance le texte de leurs rapports. Et pendant les sessions, beaucoup d'espace a été prévu pour la discussion. Chacun s'exprimait dans sa propre langue maternelle, Lorentz s'occupait de la traduction si nécessaire.
Des amitiés se sont forgées et ont duré des décennies. De plus, les participants ont été reçus en grande pompe par le Roi Albert et la Reine Elisabeth.
Le succès de la conférence est principalement dû au niveau exceptionnel des échanges scientifiques. En témoignent les rapports de Maurice de Broglie (1875-1960) et de Paul Langevin (1872-1946), qui ont présidé les conférences après Lorentz.
Les rapports contiennent tous les détails des discussions - un énorme 18 pages de discussion ont été ajoutées au rapport de 22 pages de Planck. C'est fascinant de suivre l'intelligence en action dans une science qui bat son plein. Ou comme Einstein l'a dit plus tard :"Même si personne n'a une vision claire, toute l'affaire ravirait une compagnie de jésuites diaboliques."
Les comptes rendus de cette première conférence ne comptaient pas moins de 450 pages et furent publiés en français et en allemand. Leur publication a mis la question des quanta sur les agendas scientifiques du monde entier.
Le succès de la conférence de 1911, tant scientifique que personnelle et relationnelle, pousse Solvay et Lorentz à convoquer une seconde conférence en 1913. Cette fois, elle est consacrée à la structure de la matière. Elle s'est particulièrement intéressée à l'atome et à la nature des rayons X.
La plupart des participants de la première conférence étaient de nouveau présents. Ils ont été rejoints par d'autres éminents universitaires. Entre-temps, Solvay avait déposé une somme d'argent pour la fondation d'un Institut de Physique, dont il confia la direction scientifique à Lorentz. Sa tâche était d'organiser une conférence tous les trois ans. Ce système continue à ce jour. A partir de 1922, s'y ajoutent des conférences sur la chimie.
Malheureusement, la troisième conférence n'a pas pu se dérouler comme prévu, car la Première Guerre mondiale a déchiré la communauté scientifique. Plusieurs jeunes savants brillants sont morts sur les champs de bataille, et dès que la paix est revenue, le chauvinisme a triomphé. Les scientifiques allemands et autrichiens ont été exclus de la troisième conférence, convoquée en 1921.
Même Einstein, connu pour sa position pacifiste, est devenu le sujet de controverse. Finalement, il n'a pas assisté à la conférence de 1921. Il s'est plutôt rendu aux États-Unis pour lever des fonds pour l'Université hébraïque de Jérusalem. Et en 1924, il refusa fermement de venir à Bruxelles, tant que les scientifiques allemands en seraient exclus.
Outre l'édition de 1911, il existe une autre conférence Solvay qui occupe une place mythique dans l'histoire de la physique. La cinquième édition en 1927 marqua le premier retour des savants allemands à Bruxelles, après l'adhésion de l'Allemagne à la Société des Nations et après l'approbation du roi Albert Ier. Mais il était surtout important car il accueillait une nouvelle génération de scientifiques :les fondateurs de la mécanique quantique.
Retour aux années précédant la cinquième conférence. Après les travaux préliminaires de Planck et Einstein, la théorie des quanta prend forme grâce aux efforts de Niels Bohr (1885-1962). En 1913, à Manchester, il rejoint Ernest Rutherford (1871-1937), un expérimentateur hors pair.
Rutherford avait déjà expérimenté en 1909 ont montré qu'un atome a un noyau chargé positivement contenant la quasi-totalité de sa masse et entouré d'électrons négatifs. Ces électrons tournent autour du noyau atomique comme des planètes autour d'un système solaire. À ce stade, un autre problème est survenu :selon la théorie, les électrons en rotation devraient émettre de la lumière et s'écraser rapidement sur le noyau.
Bohr a suggéré une solution via le théorie des quanta :les électrons n'émettent pas de lumière en continu et restent sur une orbite stable, et un quantum de la lumière n'est émis qu'au passage d'une orbite à l'autre. Einstein a qualifié la théorie de Bohr de "la plus belle manifestation de musicalité imaginable dans le domaine de la pensée". Le modèle était au centre des discussions de la conférence Solvay de 1921.
Malgré de nombreux succès en physique atomique L'approche de Bohr était encore discutable et empirique. Elle a mélangé les concepts de la physique classique avec l'approche quantique, selon le «principe de correspondance» vaguement formulé.
Une nouvelle génération de chercheurs a réussi progressivement afin de dépasser cette contradiction. En quelques années, de 1924 à 1927, elle formule une théorie quantique cohérente. Son approche était celle de la mécanique ondulatoire de Louis de Broglie (1892-1987) et d'Edwin Schrödinger (1887-1961), de la théorie matricielle de Max Born (1882-1970) et de Werner Heisenberg (1901-1976), et de la non- l'algèbre commutative par Paul Dirac (1902-1984). Ils étaient tous présents à la conférence de 1927.
En 1927, la jeune génération désireux de tester la nouvelle théorie contre le jugement aigu d'Albert Einstein, l'un des fondateurs de la théorie quantique. Et ce drame a eu lieu à Bruxelles.
Einstein est allé à l'encontre de la proposition de l'école de Copenhague, ainsi nommée en raison du rôle central que Niels Bohr a joué dans l'interprétation de la théorie. L'approche était basée sur le principe d'incertitude proposé par Heisenberg en 1927. Ce principe stipule que vous ne pouvez pas mesurer avec précision des variables complémentaires, telles que la position et la vitesse d'une particule - c'est-à-dire le moment d'une réaction et l'énergie libérée - simultanément dans l'espace microscopique. monde. .
Einstein s'est notamment opposé à l'interprétation de son ami Max Born, qui soutenait que le monde microscopique est soumis à des lois intrinsèquement et inévitablement probabilistes. Selon la célèbre formule d'Einstein "Dieu ne joue pas aux dés" et la présentation probabiliste de la nouvelle théorie n'est qu'une manifestation de ses lacunes et de son incomplétude.
Les résultats expérimentaux des fameuses "inégalités de Bell" ont depuis montré qu'Einstein avait tort. Pourtant, selon Bohr lui-même, ses contributions à la controverse étaient inestimables. Ils ont énormément aidé à clarifier les concepts impliqués.
Le débat entre Bohr et Einstein sur l'interprétation se poursuit à la conférence de 1930. Le physicien belge Léon Rosenfeld (1904-1974) écrit dans son rapport :« Einstein pensait avoir trouvé un contre-exemple au principe d'incertitude avec sa fameuse boîte. A un certain moment, un photon est émis de cette boîte, dont le poids détermine l'énergie du photon émis avant et après l'émission."
« Bohr a été époustouflé par le problème, pour lequel il n'a pas immédiatement vu de solution. Toute la nuit, il a été extrêmement malheureux, passant de l'un à l'autre, essayant de les convaincre que cela ne pouvait pas être vrai, que ce serait la fin de la physique si Einstein avait raison."
'Mais il n'a pas trouvé de solution. Je n'oublierai jamais la scène où les deux antagonistes quittent le club :Einstein, de grande taille, marchant calmement, avec une sorte de sourire ironique sur le visage. Et Bohr marchant après lui, très excité, plaidant en vain que si l'affirmation d'Einstein était vraie, ce serait la fin de la physique."
' Le lendemain matin, Bohr triompha et la physique a été sauvée. Bohr avait trouvé la réponse. Il s'est basé sur les principes de la théorie de la relativité générale d'Einstein." Vous pouvez imaginer comment Einstein et Bohr ont marché dans les rues de Bruxelles.
La conférence de 1933 marque un tournant. Non seulement Marie Curie n'était pas la seule femme présente pour la première fois (!), mais la conférence a également marqué le début de la nouvelle physique nucléaire. Cette fois, il y avait un excès d'expérimentateurs et de gros instruments, d'accélérateurs et de détecteurs de particules. Et Einstein n'était encore pas là. Il a été persécuté par les nazis à l'époque et s'était enfui aux États-Unis.
La conférence de 1933 marque le début de la nouvelle physique nucléaire, avec des accélérateurs et des détecteurs de particules
La conférence suivante a été reportée une deuxième fois en raison de la guerre et de la lutte contre le fascisme de nombreux participants. Il a eu lieu en 1948. Il était consacré aux particules élémentaires nouvellement découvertes dans les rayons cosmiques. Le colloque de 1958 est consacré à la cosmologie et réunit le chanoine Lemaître. L'édition de 1961 fut un pétard :elle rassembla tous les grands noms de la physique des particules - il y eut autant de participants qu'il y a de chapitres dans les manuels de physique !
Aujourd'hui, les conférences ne sont plus des événements uniques comme les premières, où une physique théorique était en plein développement. Les conférences Solvay représentent toujours un point de rencontre exceptionnel entre les plus grands spécialistes de la physique la plus avancée, tant dans le domaine de la théorie des forces fondamentales de la matière qu'en cosmologie.
