Au cours des cent dernières années, les idées d'Einstein ont irréversiblement changé notre monde. Il est presque inimaginable qu'une seule personne puisse avoir autant d'impact rien qu'en pensant.
« Il n'y a que deux choses infiniment grandes :l'univers et la bêtise de l'homme. Et franchement, dans le cas de l'univers, je ne suis pas tout à fait sûr." Citation typique d'Albert Einstein, le scientifique aux cheveux gris sauvages qui est gravé à jamais dans notre mémoire collective grâce à ses portraits emblématiques - assis sur un vélo , tirant la langue, nous regardant avec ces yeux perçants.
Einstein est devenu instantanément célèbre dans le monde scientifique en 1905, une année connue depuis comme son année miracle. Alors qu'il travaillait dans un bureau des brevets à Berne, en Suisse, six jours par semaine, huit heures par jour, il a également réussi à rédiger quatre articles scientifiques dans son temps libre qui allait révolutionner la physique. En mars de cette année-là, il a affirmé que la lumière, longtemps considérée comme une onde, était en fait composée de particules - les soi-disant photons. Cette observation a donné naissance à un tout nouveau domaine de recherche, la mécanique quantique.
Deux mois plus tard, les calculs d'Einstein ont conduit à des prédictions sur l'atome. Ceux-ci pourraient ensuite être testés expérimentalement, ce qui a définitivement établi que la matière est constituée d'atomes. En juin, il a terminé sa théorie de la relativité restreinte, montrant que l'espace et le temps se comportent de manière miraculeuse que personne n'aurait jamais cru possible. En bref, cela signifie que les distances, les vitesses et les durées ne sont pas absolues, mais toujours relatives, selon l'observateur. Et pour couronner le tout, en septembre 1905, Einstein déduit une formule de la relativité restreinte qui deviendra l'équation mathématique la plus connue au monde :E=mc².
Habituellement, les progrès scientifiques sont graduels, par petites étapes. Il est rare que quelqu'un apporte une contribution qui déclenche une sonnette d'alarme dans le monde scientifique car apparemment une révolution est en marche. Mais dans ce cas, un homme a sonné ces cloches quatre fois en un an, une ruée inimaginable d'idées créatives. Le monde universitaire s'est rendu compte presque immédiatement que les travaux d'Einstein auraient des implications profondes pour les fondements de notre compréhension de la réalité. Mais pour le grand public, Einstein n'était pas encore « Einstein ». Cela changera le 6 novembre 1919.
Espace courbe Dans sa théorie de la relativité restreinte, Einstein a déclaré que rien ne peut aller plus vite que la vitesse de la lumière. Ce faisant, il est entré en conflit avec la théorie de la gravité de Newton, qui stipule que la gravité exerce immédiatement son influence à travers l'espace. Einstein a vu la contradiction, bien sûr, mais il n'a pas été découragé par cela et s'est mis au travail sans relâche pour réécrire complètement les lois séculaires de la gravité de Newton. Même ses partisans les plus ardents pensaient qu'il était voué à l'échec. Max Planck, le doyen de la physique allemande, l'a exhorté :"En tant qu'ami plus âgé, je le déconseille fortement... Vous n'y arriverez pas. Et même si ça marche, personne ne vous croira. » Mais Einstein n'était tout simplement pas du genre à laisser la loi dicter aux autorités et il a continué. Et à travers. Et à travers. Depuis près de dix ans.
Et puis, en 1915, il put enfin publier sa théorie générale de la relativité, qui redéfinissait radicalement la gravité :en termes de courbures dans l'espace et dans le temps. Selon la théorie générale de la relativité, la Terre ne tire pas sur une tasse de thé qui glisse de votre main, mais notre planète fait une brèche dans l'espace-temps environnant, de sorte que la tasse glisse sur une pente jusqu'au sol, pour ainsi dire. La gravité, disait Einstein, déforme la géométrie de l'univers.
Au cours des cent années écoulées depuis qu'Einstein a publié sa théorie, les physiciens et les historiens ont reconstitué sa genèse en une histoire cohérente, bien que complexe, rappelant le récit d'une ascension au sommet d'une haute montagne. Une analyse aussi méticuleuse du processus de création ne diminue pas l'admiration pour ses sauts créatifs dans la pensée - au contraire :nous ne faisons que gagner plus d'admiration pour l'originalité étonnante et la beauté écrasante de la théorie.
Le 6 novembre 1919, quatre ans après qu'Einstein ait achevé sa théorie de la relativité générale, les médias du monde entier ont rapporté que des données astronomiques récemment publiées montraient que les positions des étoiles dans le ciel étaient légèrement différentes de ce que suggéraient les lois de Newton. prédit Einstein. Ces découvertes ont été un triomphe pour la théorie d'Einstein et lui ont donné le statut de pop star du jour au lendemain. Il est devenu l'homme qui a détrôné Newton et a en même temps rapproché l'humanité d'un pas de géant vers le déchiffrement des lois de la nature.
De plus, Einstein était idéalement placé pour devenir le chouchou des médias. D'une part, il regardait les caméras avec des clignements d'yeux ébahis, donnant l'impression qu'il préférerait mener une vie recluse d'ermite, mais en même temps il savait trop bien se jouer des médias pour éveiller l'intérêt du public pour son domaine de recherche mystérieux mais important. Il a saupoudré de bons mots ("Je suis un pacifiste combatif") et a joyeusement joué le rôle de l'archétype du professeur distrait. Et le grand public, qui après toute la misère de la Première Guerre mondiale, était prêt à s'amuser, l'a embrassé avec amour.
Alors qu'Einstein poursuivait sa marche triomphale à travers le monde des célébrités, il semblait que ses idées sur la relativité - du moins sa version populaire - trouvaient un écho dans d'autres domaines de la culture, où des développements révolutionnaires avaient également lieu. James Joyce et T.S. Eliot a haché la phrase. Pablo Picasso et Marcel Duchamp ont découpé la toile. Arnold Schoenberg et Igor Strawinsky ont fait voler en éclats l'échelle. Einstein a libéré l'espace et le temps des chaînes de modèles de réalité obsolètes.
Certains vont même plus loin et présentent Einstein comme la source centrale d'inspiration du mouvement d'avant-garde du XXe siècle, l'impulsion scientifique qui a rendu inévitable que tout soit vu sous un jour nouveau dans d'autres domaines culturels également. C'est une idée tentante, mais je n'en ai jamais vu de preuves convaincantes. Elle découle d'une mauvaise interprétation du concept physique de « relativité », c'est-à-dire comme s'il n'y avait plus de vérité objective. Ironie du sort, Einstein lui-même avait des goûts conventionnels :il préférait écouter Bach et Mozart aux œuvres des compositeurs modernes, et quand quelqu'un voulut lui offrir de nouveaux meubles dans le style Bauhaus, il déclina l'offre. Il préférait les meubles usés et démodés qu'il possédait déjà.
Cela n'enlève rien au fait qu'au début du XXe siècle il y avait effectivement toutes sortes d'idées révolutionnaires dans l'air et qu'elles s'influençaient souvent les unes les autres. Et il est tout aussi vrai qu'Einstein était un exemple classique de la façon dont la rupture avec des croyances de longue date peut ouvrir de nouvelles perspectives à couper le souffle.
Big Bang
Un siècle plus tard, les perspectives qu'Einstein nous a ouvertes sont toujours remarquablement vitales et fructueuses. Dans les années 1920, la relativité générale a donné naissance à la cosmologie moderne, l'étude de l'univers dans son ensemble. Le mathématicien russe Aleksandr Friedmann et, indépendamment de lui, le physicien et prêtre belge Georges Lemaître ont utilisé les équations d'Einstein pour montrer que l'univers est en expansion. Einstein a d'abord résisté à cette conclusion, allant jusqu'à modifier les équations en ajoutant la fameuse "constante cosmologique" afin qu'il puisse maintenir son point de vue selon lequel l'univers est statique. Mais lorsque les observations d'Edwin Hubble montrèrent plus tard que les galaxies lointaines s'éloignaient toutes de nous à grande vitesse, Einstein en fut convaincu :il retourna à ses équations d'origine et accepta que l'espace s'agrandisse. Mais si l'univers est en expansion maintenant, cela veut dire qu'il a dû être plus petit dans le passé, et si nous remontons le film de plus en plus loin, nous arrivons finalement à un point de départ, "l'atome primordial", comme l'appelait Lemaître, de lequel le cosmos tout entier est formé. Avec cela, la théorie du big bang est née.
Pendant ce temps, la théorie du big bang a connu un développement important – la version la plus courante étant actuellement la théorie de l'inflation – et a passé une variété de tests empiriques. L'une de ces découvertes observationnelles, qui a reçu le prix Nobel de physique en 2011, a été la découverte qu'au cours des sept derniers milliards d'années, l'Univers s'est non seulement étendu, mais s'est également étendu à un rythme accéléré. Et quelle s'est avérée être la meilleure explication de cette expansion accélérée ? La théorie du Big Bang, complétée par une variante de la constante cosmologique d'Einstein, longtemps obsolète. Qu'apprenons-nous de cela ? Si vous attendez assez longtemps, même certaines des erreurs d'Einstein s'avèrent correctes en y regardant de plus près.
Trous noirs
Une découverte antérieure issue de la relativité générale a commencé par une analyse mathématique effectuée par l'astronome allemand Karl Schwarzschild pendant la Première Guerre mondiale, alors qu'il servait dans l'artillerie allemande. Là, sa tâche consistait à calculer les trajectoires des balles, mais pour se faire une idée, il se plongeait parfois dans les équations d'Einstein. Et il a été le premier à le résoudre exactement et à donner une description précise de la courbure de l'espace-temps qui se produit lorsque l'espace-temps est déformé par un corps sphérique comme le soleil. En tant que sous-produit de la solution de Schwarzschild, un phénomène curieux a émergé. Lorsque vous compressez suffisamment n'importe quel objet - disons, le soleil dans une sphère d'à peine cinq kilomètres de diamètre - la courbure de l'espace-temps devient si extrême que tout ce qui s'en approche y est piégé. Même la lumière ne peut plus s'échapper. De nos jours on dirait :un trou noir est créé.
À l'époque, de nombreux scientifiques considéraient la notion de trous noirs comme une bizarrerie mathématique invraisemblable avec peu ou pas de pertinence réelle. Pendant ce temps, les observations astronomiques ont définitivement montré que les trous noirs existent vraiment, et en grand nombre. Nous ne pouvons pas encore les étudier directement – ils sont trop éloignés pour cela – mais en tant que sorte de laboratoire théorique, les trous noirs sont désormais un élément indispensable de la recherche en cosmologie et en physique. Depuis que Stephen Hawking a publié ses calculs influents dans les années 1970, les physiciens sont de plus en plus convaincus que les propriétés extrêmes des trous noirs en font un terrain d'essai idéal pour les efforts visant à développer davantage la relativité générale et, peut-être plus important encore, à développer sa théorie avec mécanique quantique en une théorie globale. En fait, certaines des discussions les plus animées de la cosmologie et de la physique modernes tournent autour de la question de savoir si et comment les processus quantiques affectent la façon dont nous voyons le bord extérieur d'un trou noir - l'horizon des événements - et la représentation que nous faisons de l'intérieur d'un trou noir.
À présent, il devrait être clair que la célébration du centenaire de la théorie de la relativité générale est bien plus qu'un regard nostalgique sur un événement qui n'a qu'une importance historique. La théorie d'Einstein est inextricablement liée aux recherches les plus avancées actuellement en cours.
Comment a-t-il à lui seul apporté une si grande contribution à la science, qui joue d'ailleurs encore un rôle important cent ans plus tard ? En tant que scientifique, Einstein était une personne sociale, mais ses grandes découvertes étaient des expériences solitaires. Ces idées lui sont-elles venues parce que son cerveau était construit différemment de celui de la personne moyenne ? Étaient-ils dus à sa vision franc-tireur du monde ? Ou sa capacité de concentration difficile et imparable ? Peut-être. Oui. Probablement. La seule réponse correcte, bien sûr, est que personne ne le sait. Nous pouvons spéculer sur comment et pourquoi quelqu'un a eu une certaine idée, mais en fin de compte, nous devons conclure que les idées et les idées sont le résultat d'innombrables influences, trop nombreuses pour être analysées.
Le mieux que l'on puisse dire sans exagération, c'est qu'Einstein avait le bon intellect au bon moment pour résoudre certains problèmes importants de physique. Et ce fut un moment très spécial. Le fait qu'il ait apporté diverses contributions à la physique dans les décennies qui ont suivi, mais d'importance relativement modeste, suggère que le moment où l'apogée de sa créativité scientifique a coïncidé avec certains problèmes de physique est révolu.
Quand on considère ce qu'il a accompli, une autre question se pose :un nouvel Einstein pourrait-il surgir ? Si nous entendons par là un nouveau super génie qui fait avancer la science un peu plus loin, la réponse doit être absolument affirmative. Et dans les cinquante années qui se sont écoulées depuis la mort d'Einstein, il y a certainement eu de tels savants. Mais si nous parlons d'une personnalité que le monde entier regarde avec admiration - non pas pour une réalisation sportive ou de divertissement, mais comme un exemple inspirant de ce que l'esprit humain peut faire - la réponse à cette question dépend de nous. , de ce que nous comme une société considérée comme importante et précieuse.
Brian Greene est professeur de physique et de mathématiques et mène des recherches sur la théorie des supercordes.
