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dernière modification de cette page le 24-sept.-2012

journal n° 41 du 20/12/2010

 

LES FACETIES D’ALBERT

 

Excentrique, drôle, rebelle, Einstein a largement contribué à l'élaboration de son propre mythe.

einstein_Pic1Autant que Marilyn et que Che Guevara : on l'a vue partout, la tête d'Einstein. Sur des affiches, des t-shirts, de la vaisselle, des sacs d'école, des bavettes pour bébé, des timbres, des pièces de monnaie et des porte-clés.

 

 

 

 

On l'a vu, cette incarnation du génie scientifique, tirer la langue à la face du monde ; on l'a vu sur son vélo, les cheveux ébouriffés ; il a arboré des plumes sur sa tête ; il est apparu en robe de chambre dans sa bibliothèque ou en bras de chemise à bord de son voilier.

C'est que, contrairement à d'autres grands esprits, Einstein n'était pas « que » génial. Il avait la tête de l'emploi, celle du savant excentrique et bienveillant. Il était « vivant et rieur », pour reprendre les mots de l'écrivain Romain Rolland. Il ne rechignait jamais à gratifier journalistes et photographes d'une bonne blague ou d'une grimace

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Le mythe Einstein naît le 7 novembre 1919. Ce jour-là, l'astronome anglais Arthur Eddington annonce les résultats d'une expédition qu'il a menée quelques mois auparavant à l'île de Principe, une petite colonie portugaise au large des côtes de l'Afrique occidentale. Au cours de cette mission, un groupe de savants a pu observer et photographier l'effet de déviation des rayons lumineux lors d'une éclipse totale du Soleil. Ils ont ainsi confirmé la validité de la théorie de la relativité générale énoncée par Einstein en 1915. Le lendemain, le monde s'empare de la nouvelle et le physicien allemand travaillant au bureau des brevets de Berne devient une star mondiale. Le plus grand savant depuis Newton.

La découverte, d'une extraordinaire complexité, est effectivement le fruit d'un cerveau d'exception. « Einstein est une espèce de mutant, confirme le physicien Stéphane Durand, auteur de La relativité animée. Personne d'autre que lui n'aurait pu avoir l'intuition d'une équation aussi compliquée, car elle est trop loin de la réalité expérimentale. » On raconte qu'à la question « Est-il exact que seulement trois personnes comprennent la relativité générale ? « Arthur Eddington aurait répondu, après un long silence : « Ah oui, quelle est la troisième ? »

La complexité de la théorie a certes joué un rôle dans l'élaboration du mythe. Mais c'est son aspect universel qui a le plus contribué à la célébrité du savant, puisqu'elle concerne la nature de l'espace et du temps, deux concepts qui sont au cœur de la vie humaine. La relativité, qui met de l'avant des idées apparemment paradoxales - le temps ne s'écoule pas à la même vitesse pour tout le monde, nous vivons dans une quatrième dimension -, laisse une large part à l'imagination, voire au rêve. On n'a qu'à constater le nombre de pièces de théâtre, de nouvelles ou de romans inspirés par le génie d'Einstein. Les œuvres les plus troublantes, comme Rendez-vous avec le diable, de Dino Buzzati, ou Einstein, de Ron Elisha, font intervenir le surnaturel ou l'étrange, faisant ainsi écho au caractère insolite des découvertes du physicien.

Mais ni l'ampleur de son intelligence, ni l'universalité de ses théories ne suffisent à expliquer la fulgurante popularité d'Einstein. Il ne serait pas devenu l'une des icônes du XXème siècle si ce n'avait été du contexte historique qui prévalait alors.

En 1919, l'Europe commence à se relever de la boucherie que fut la Grande Guerre. Que des savants anglais reconnaissent qu'un Allemand d'origine juive a bouleversé les connaissances portant sur les lois de l'Univers est aussitôt interprété comme le signe d'une réconciliation entre les peuples. Un symbole que la science peut triompher des rancunes et transcender les horreurs de la guerre. Les gens, épuisés par quatre années de destructions et de sacrifices, sont avides d'idées neuves. C'est la découverte de l'inconscient par Freud, la victoire de Lénine et de sa révolution bolchevique, l'âge d'or de l'automobile sous la houlette d'Henry Ford. Charismatique et singulier, Einstein avait tout pour figurer en bonne place dans cette galerie de personnages.

Pacifiste convaincu, il utilisera sa popularité naissante pour promouvoir la paix. Il prônera aussi la création d'Israël. Les Juifs lui seront toujours reconnaissants et le solliciteront pour succéder à Ci Weizmann à la tête de l'État hébreu. A l'inverse, ses affinités avec les mouvements sionistes lui vaudront les foudres des groupes antisémites. « Il y avait tout un mouvement antisémite au sein des physiciens allemands. Pour eux, Einstein était l'incarnation de la physique juive : une physique qualifiée de décadente, abstraite, théorique, pas expérimentale », explique Yves Gingras, professeur d'histoire des sciences à l'Université du Québec à Montréal. En janvier 1933, quand Hitler prend le pouvoir en Allemagne, Einstein est en voyage aux États-Unis ; il ne rentrera pas dans son pays et aidera de nombreux Juifs à fuir le régime nazi.

Albert Einstein est né à Ulm en 1879, dans une famille juive peu pratiquante. Il aurait parlé assez tardivement. On l'a dit cancre, têtu, rebelle à l'institution scolaire, dyslexique et même retardé. Pourtant, il s'interrogeait sur le fonctionnement de la boussole à 4 ans, comprenait le théorème de Pythagore à 10 et lisait Kant à 13. Ses notes, publiées dans diverses biographies, ne sont visiblement pas celles d'un indolent. Mais il était foncièrement réfractaire à la discipline de fer qui sévissait au Luitpold-Gymnasium de Munich. Sous la pression de certains professeurs, il quittera le lycée avant même la fin de ses études secondaires et gagnera l'Italie en 1895. Il prendra ensuite la nationalité suisse, ce qui le dispensera de faire son service militaire et lui permettra de s'inscrire à l'École polytechnique de Zurich.

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Voilà pour le mythe du mauvais élève. Mais la fausseté historique la plus répandue veut qu'il serait « le père de la bombe atomique ».

En 1939, Einstein a bel et bien écrit une lettre au président Roosevelt l'avertissant que les Allemands étaient à la veille de mettre au point l'arme nucléaire. Mais il n'est pas du tout certain que ce geste ait influencé Roosevelt dans sa décision de lancer le projet Manhattan qui devait mener à l'élaboration de la bombe, projet auquel Einstein n'a d'ailleurs pas participé. Ce qui a le plus contribué à répandre cette idée fausse, ce fut, davantage que la lettre à Roosevelt, la célèbre couverture du magazine Time, datée du 1 er juillet 1946, où la photo du savant apparaît avec, en toile de fond, un champignon atomique où se lit en lettres blanches E=mc2. Or, si E=mc2 permet d'expliquer la fission nucléaire, l'implication d'Einstein s'arrête là.

Pourquoi tant d'extrapolations ? Peut-être parce qu'elles servent le mythe mieux que la vérité. « Le mythe se nourrit de contrastes, explique Yves Gingras. Tout est construit de façon dichotomique dans l'histoire d'Einstein : le génie qui était nul à l'école ; le savant vieilli, dépassé par la jeune génération ; le pacifiste qui a participé à l'élaboration de la bombe. Tout cela contribue à la dimension tragique du personnage. »

Journalistes et biographes n'ont cessé par la suite de fouiller la vie privée du savant pour en trouver les failles. Après l'avoir encensé, ils en ont fait un coureur de jupons succombant aux charmes d'une belle espionne russe, puis un mauvais mari - son divorce avec Mileva Maric, sa première femme, a été un désastre.

Ils n'ont guère été plus tendres quant à son rôle de père. On ignore ce qui est arrivé à sa première fille, sans doute née handicapée ; et il aurait laissé Mileva se débrouiller seule avec Edouard, leur troisième enfant, atteint de schizophrénie. Son deuxième fils, Hans Albert, l'a décrit ainsi : « Un homme qui, par la combinaison de sa clairvoyance intellectuelle et de sa myopie émotionnelle, a laissé derrière lui une kyrielle de vies bien abîmées. »

Cinquante ans après sa mort, le mythe n'a rien perdu de sa vitalité. Albert Einstein est aujourd'hui une marque déposée et protégée par l'agence Roger Richman pour le compte de l'université hébraïque de Jérusalem. Son nom et son image n'en ont pas moins servi bien des fins, certaines pédagogiques (les jouets Baby Einstein), d'autres carrément farfelues : pour 12 Dollars, on peut se procurer un super-héros de plastique ressemblant trait pour trait au père de la relativité. La formule, E=mc2, a elle aussi été apprêtée à toutes les sauces : films, livres, calembours. Pendant un moment, les végétariens ont fait du savant leur égérie, même s'il n'a délaissé la viande que durant ses dernières années, et que ce sont probablement ses mauvaises habitudes de vie qui en seraient venu à bout.

En 1999, le magazine Time le consacrait personnalité du siècle.

Bref, Einstein n'est pas mort. Et aucun scientifique, depuis, n'a su le faire oublier. Est-ce parce que le génie se fait rare? Parce que les chercheurs sont plus frileux ou plus timides ? Parce qu'aucune découverte ne sera jamais aussi fondamentale ? Sûrement pas, pense Stéphane Durand « On est aux portes de l'éclaircissement de la mécanique quantique, une révolution aussi importante que la découverte de la relativité. »

Alors peut-on espérer voir apparaître bientôt un nouvel Einstein ? C'est peu probable. « Depuis la Deuxième Guerre mondiale, la science est devenue une entreprise de groupe, explique Yves Gingras. Les découvertes sont aujourd'hui collectives, et il est rare qu'une théorie soit aussi clairement identifiée à un individu. »

Il y a bien quelques personnalités scientifiques qui séduisent les médias. Le Québec a son Hubert Reeves. La France, ses frères Bogdanov. L'Angleterre, Stephen Hawking. Mais tout cela n'est rien en comparaison du grand Albert...

 

REVOLUTION

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La théorie de la relativité a remis en question notre conception de l'Univers. Le temps peut ralentir, l'espace peut se contracter.

Parmi tous les phénomènes que nous a permis d'entrevoir la découverte de la relativité, le plus troublant est sûrement le fait que deux personnes peuvent vieillir à des rythmes différents. C'est le fameux paradoxe des jumeaux. Deux frères ont 20 ans. L'un deux s'envole à bord d'une fusée pour effectuer un long périple à très grande vitesse. Pour lui, le voyage dure 12 mois. A son retour sur Terre, il est âgé de 21 ans. Mais quelle n'est pas sa surprise de constater que son jumeau est un vieillard ! Le temps s'est écoulé beaucoup plus lentement dans la fusée que sur Terre.

Théoriquement, une telle histoire est possible, mais il faudrait que la fusée voyage à une vitesse proche de celle de la lumière, ce qui n'est pas encore faisable avec la technologie actuelle. Comment peut-on alors vérifier que le ralentissement du temps est bel et bien un phénomène réel ? De deux façons.

D'abord, grâce aux accélérateurs, que les physiciens utilisent pour faire voyager les particules élémentaires (protons, électrons, etc.) à des vitesses proches de celle de la lumière. Certaines d'entre elles ont une durée de vie extrêmement limitée et se désintègrent une fraction de seconde après avoir été créées. Lorsqu'elles sont en mouvement, cependant, leur temps s'écoule au ralenti : elles vivent donc beaucoup plus longtemps. On a réalisé des expériences où des muons (une sorte d'électron) en mouvement vivaient 30 fois plus longtemps que lorsqu'ils étaient au repos ! Leur temps s'écoule donc 30 fois plus lentement que la normale.

Plus les vitesses en jeu sont grandes, plus les effets du ralentissement sont importants. Lorsqu'on se rapproche de la vitesse de la lumière, les effets peuvent être gigantesques. Inversement, plus les vitesses sont petites, plus les effets sont minimes. Mais ils existent toujours. Ce qui a d'ailleurs été prouvé à l'aide d'horloges atomiques. Ces dernières, précises au milliardième de seconde, avaient été embarquées dans des avions.

Alors, comment le temps peut-il bien ralentir ? Parce qu'il est une quatrième dimension... Ou, plus précisément, parce que, contrairement à ce que nos sens semblent nous indiquer, nous ne vivons pas dans un espace à trois dimensions, mais dans un espace-temps à quatre dimensions.

Pour mieux comprendre le phénomène de ralentissement du temps, il est préférable d'aborder un autre phénomène tout aussi paradoxal : la contraction des longueurs. Car la vitesse affecte non seulement l'écoulement du temps, mais aussi la longueur des objets. Ainsi, une fusée en mouvement apparaît plus courte que lorsqu'elle est au repos. Là aussi, plus la vitesse est grande, plus la contraction est importante. Et, comme pour le temps, les effets ne deviennent considérables qu'à des vitesses proches de celle de la lumière. Dans la vie de tous les jours, einstein_Pic4cette contraction est imperceptible.

 

 

 

 

Selon Einstein et ses théories de la relativité, le temps et l'espace constituent une seule et même trame, formant un tissu à quatre dimensions appelé ' espace-temps ». La masse considérable de la planète Terre déforme ce tissu, comme vous déformez le matelas de votre lit lorsque vous marchez dessus. Pour Einstein, la gravité n'est rien d'autre que le déplacement des objets suivant les lignes courbes engendrées par cette déformation.

 

Cependant, si une fusée de 100 m passait devant nous à une vitesse proche de celle de la lumière, elle pourrait sembler ne mesurer que 50 m, ou même moins. Bien sûr, la question qui vient tout de suite à l'esprit est : « Cette contraction n'est-elle qu'une illusion ? » Il semble tout à fait incroyable que le simple mouvement puisse comprimer un objet aussi rigide qu'une fusée. Et pourtant, la contraction est réelle... mais sans compression physique de l'objet ! Ainsi, une fusée de 100 m passant à toute vitesse dans un tunnel de 60 m pourrait être entièrement contenue dans ce tunnel pendant une fraction de seconde, durant laquelle il serait possible de fermer des portes aux deux bouts ! La fusée est donc réellement plus courte. Pourtant, il n'y a pas de compression matérielle ou physique de l'engin. Comment est-ce possible ?

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Imaginez un crayon placé à l'horizontale devant vous à la hauteur de vos yeux. Faites-le pivoter dans un plan horizontal : le crayon semble rapetisser ! Bien sûr, vous n'êtes pas dupe, vous savez que le crayon n'a fait que pivoter : vous pouvez le regarder par-dessus ou par-dessous et constater qu'il a toujours la même longueur. Mais supposons qu'on ne puisse pas l'observer de dessus ou de dessous. Supposons qu'il n'y ait aucune façon de prendre conscience de sa rotation ; un peu comme si on ne pouvait percevoir que l'ombre du crayon. Autrement dit, imaginons des êtres pour qui la réalité serait le monde des ombres. Pour ces êtres vivant dans cet univers plat, le crayon semblerait avoir bel et bien rapetissé. Pour eux, il n'y aurait aucune façon de voir la rotation (figure 1).

 

En effet, le monde des ombres ne possède que deux dimensions. Or, lorsque le crayon pivote, il le fait dans une troisième dimension. Et pour un être à deux dimensions, il n'y a aucune façon de percevoir, ni même d'imaginer, une troisième dimension, puisque ses sens et son cerveau ne fonctionnent qu'à deux dimensions.

Ainsi, le fait que l'ombre rapetisse ne signifie pas que l'objet lui-même rapetisse ; il ne fait que pivoter. Il se produit un phénomène analogue pour notre fusée ; mais dans ce cas elle « pivote », plutôt dans la quatrième dimension. Plus elle se déplace rapidement, plus elle pivote, et plus son « ombre » à trois dimensions (sa projection) dans notre monde sensible rapetisse. Puisqu'on ne peut pas percevoir cette rotation dans la quatrième dimension (nos sens fonctionnant seulement à trois dimensions), la fusée nous semble vraiment avoir raccourci. Voilà comment on peut obtenir une contraction réelle mais sans compression physique : dans le monde restreint à trois dimensions perçu par nos sens, le phénomène est bien réel. Cependant, il n'y a pas de changement dans la structure de l'objet, car il ne fait que pivoter dans une dimension inaccessible à nos sens.

 

Nous vivons donc dans un monde à quatre dimensions. Et quelle est cette quatrième dimension ? Le temps. Mais attention, celui-ci n'est pas qu'une simple juxtaposition à l'espace, indépendante de lui.

Le temps et l'espace forment un tout indissociable, et les objets peuvent pieinstein_Pic6voter dans cet espace-temps ; ce qui implique que non seulement la longueur peut pivoter (comme à la figure 2) mais la durée aussi, bien que cela soit beaucoup plus difficile à imaginer.

 

 

Tentons tout de même l'analogie suivante. Supposons que l'on représente l'écoulement du temps par une série de clignotements, eux-mêmes représentés par des points le long d'une ligne (figure 3).

Plus les points sont rapprochés, plus ils clignotent rapidement. Selon l'inclinaison de la ligne, l'espacement des points projetés sur le plan horizontal varie. Par conséquent, la vitesse de clignotement des points, et donc l'écoulement du temps tel que perçu dans le monde des ombres, varie selon l'inclinaison. Ainsi, lorsqu'un objet se déplace à grande vitesse, non seulement sa longueur spatiale pivote mais aussi sa longueur temporelle.

 

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De la même façon que l'espace et le temps doivent être fusionnés en un seul tout appelé l'espace-temps, la matière et l'énergie ne sont que deux facettes d'une entité unique appelée matière ­énergie, comme Einstein l'a démontré. Et tout comme l'espace et le temps peuvent se transformer l'un dans l'autre par des rotations dans l'espace-temps, la matière et l'énergie peuvent aussi se transformer l'une dans l'autre. De quelle façon ? Grâce à la fameuse équation E=mc2 qui établit le lien entre l'énergie (E) et la masse (m) d'un objet. Dans l'équation, la vitesse de la lumière (c) est élevée au carré. Déjà que cette vitesse est extraordinairement grande ; la valeur c2 est gigantesque puisqu'elle multiplie cette vitesse par elle-même. Ainsi, une toute petite masse peut produire une quantité phénoménale d'énergie.

Par exemple, si on réussissait à extraire toute l'énergie contenue dans un petit morceau de craie, on pourrait alimenter en énergie la ville de Montréal pendant plusieurs jours. Un litre d'eau, par ailleurs, permettrait de la chauffer au complet pendant une année entière. Toute la difficulté est justement d'extraire cette énergie de la matière. C'est ce que l'on parvient à faire dans une centrale nucléaire, mais seulement avec certains matériaux (comme l'uranium), et avec un faible taux d'efficacité.

Cette symbiose de l'espace et du temps, ainsi que de la matière et de l'énergie, constitue la première révolution d'Einstein, réalisée en 1905. Dix ans plus tard, il effectue une seconde révolution en montrant que les deux éléments de sa première révolution - la matière-énergie et l'espace-temps - sont aussi intimement liés. En effet, la matière-énergie déforme l'espace-temps, le courbe. À son tour, cette déformation gouverne le mouvement incurvé des corps célestes dans le cosmos.

Cela oblige à réinterpréter la gravitation universelle de Newton comme un effet purement géométrique, et non pas comme une véritable force. Cette nouvelle vision de la gravité, plus juste que celle de Newton, permet de comprendre la dynamique non seulement des objets qui s'y déplacent, mais de l'Univers lui-même ! En appliquant les équations d'Einstein, on peut comprendre son évolution, depuis le fameux big-bang jusqu’a sa mort.

 

 

IL EST PARTOUT

 

Le bitume, le détecteur de fumée, le disque compact et même... le viagra n'existeraient pas sans le père de la relativité.

On a souvent dit que les théories d'Einstein étaient incompréhensibles pour le commun des mortels. C'est peut-être vrai, mais les applications qui en découlent, elles  ont bel et bien des incidences dans notre vie. On peut le constater tous les jours dans la cuisine, la rue et même... la chambre à coucher.


 

 

Ça colle !

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En 1905, Einstein a publié A New Détermination of Molecular Dimensions, sa thèse de doctorat. Son étude de la relation entre la viscosité des liquides et la dimension des molécules dissoutes dans ces liquides l'a mené à l'élaboration de formules mathématiques permettant de mesurer la vitesse de diffusion dans les solutions. Les bases de la chimie des colloïdes étaient jetées. Les colles, le ciment, l'asphalte sont aujourd'hui élaborés selon les recettes chimiques d'Einstein.

 

Les CD d'Albert

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C'est en 1916 qu'Einstein a étudié et expliqué l'émission stimulée de radiations. Il savait qu'un atome excité, ou « sur énergisé », peut revenir à un état plus stable en émettant spontanément un photon, c'est-à-dire une particule lumineuse. A l'inverse, il savait qu'un photon qui frappe un atome amplifie son état énergétique. L'idée géniale du physicien a été d'imaginer un photon qui frappe un atome déjà excité : un nouveau photon est alors émis et se joint au premier pour aller frapper deux autres atomes excités. Il en résulte une sorte de billard atomique où les quatre photons pourront frapper quatre autres atomes, et ainsi de suite. Cette lumière amplifiée par émission stimulée de radiation est à la base des lasers (acronyme de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), inventés, aux États-Unis dans les années 1950, par Charles Townes qui s'est inspiré des concepts d'Einstein.

 

Le cœur d'un laser est un cylindre d'une substance transparente et homogène - souvent du rubis, mais qui pourrait théoriquement être de la simple gélatine - aux extrémités duquel se trouvent deux miroirs. Des flashs stimulent les atomes en suspension dans cette matrice et engendrent des photons en continu. La lumière qui s'amplifie dans le cylindre est constamment renvoyée dans la substance grâce aux miroirs, ce qui entretient le phénomène.

Le truc pour laisser sortir cette énergie du cylindre est que l'un des miroirs n'est que semi-réfléchissant. Une partie de la lumière peut donc le traverser et produire le faisceau rouge et constant qui nous est maintenant si familier.

Les viseurs d'armes à feu, les niveaux des charpentiers, les pointeurs utilisés dans les conférences, les lecteurs des codes-barres, de CD et de DVD utilisent cette technologie. Certains lasers, plus puissants, servent d'outils de découpage, d'instruments médicaux, de signaux de communication par fibre optique, d'instruments pour étudier des réactions chimiques ou encore pour manipuler des objets microscopiques.

 

L'allumeur de réverbères

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Si les lampadaires dans les rues peuvent s'allumer « tout seuls » à mesure que l'obscurité s'installe, c'est parce qu'ils sont équipés d'un capteur de lumière. Le fonctionnement de ce capteur repose sur l'effet photoélectrique, un phénomène découvert par Heinrich Hertz en 1887. Cet effet se produit lorsqu’'un métal est éclairé par une lumière dont l'énergie est suffisante pour lui faire émettre des électrons. Avant Einstein, on savait que plus l'intensité de la lumière frappant le métal est forte, plus les électrons émis sont nombreux. Mais chacun de ces électrons ne produisait pas plus d'énergie, ce qui contredisait la théorie ondulatoire de la lumière qui prévalait à l'époque.

C'est Einstein qui a résolu l'énigme en développant la théorie des quanta en 1905, ce qui lui valut son Nobel en 1921. De ses observations sur l'effet photoélectrique, il a déduit que l'énergie lumineuse était rassemblée en « paquets », c'est-à-dire que la lumière se propage par grains d'énergie, que l'on baptisera plus tard des photons. Mais la notion d'onde n'était pas tombée dans les limbes pour autant : Einstein réalisa en effet que l'énergie d'un photon était directement proportionnelle à la longueur d'onde de la lumière. On commença donc à accepter la paradoxale dualité de la lumière, qui se comporte parfois comme une onde, parfois comme une particule.

Dans le capteur d'un lampadaire, la lumière qui frappe une pièce métallique fait émettre à cette dernière des électrons, ce qui crée un courant électrique dans un circuit. Si la lumière ambiante diminue, c'est-à-dire si les photons sont moins nombreux, le courant électrique baisse d'autant parce que moins d'électrons sont émis. Passé un certain seuil, un interrupteur s'active et allume le lampadaire. L'effet photoélectrique entre aussi en jeu dans tout appareil qui contrôle ou réagit à la lumière : la mesure de la durée d'exposition d'un appareil photo automatique ou le réglage de la densité d'encre à utiliser dans un photocopieur.

On s'en sert même dans les éthylomètres, ou alcootests, de la Sûreté du Québec : une cellule photoélectrique détecte une baisse d'intensité lumineuse causée par le changement de couleur d'un gaz qui réagit à la présence d'alcool. Les piles photovoltaïques qui équipent les calculatrices de poche découlent aussi des travaux du grand Einstein, tout comme les panneaux solaires des robots martiens et des satellites de communication.

 

Pas de fumée sans feu

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Un détecteur de fumée contient une petite quantité d'américium-241, un élément faiblement radioactif. Et qui dit radioactivité dit désintégration continue. Lorsqu'il se désintègre, chaque atome d'américium se transforme en neptunium-237. La différence de masse atomique, qui passe de 241 à 237, s'explique par l'émission d'une particule alpha (a), c'est-à-dire deux neutrons et deux protons, liés tous les quatre.

 Ces particules a chargées positivement sont concentrées en un fin faisceau et dirigées vers un capteur qui mesure en continu la quantité d'énergie qui lui parvient. La fameuse équation formulée par Einstein en 1905, E=mc2, permet de calculer l'énergie libérée par toute désintégration nucléaire. La masse de matière perdue » lors d'une fission nucléaire est en réalité convertie en énergie puisque, selon Einstein, la matière n'est rien d'autre que de l'énergie sous forme ultra-concentrée. Dans le détecteur, le faisceau d'énergie peut être atténué par la fumée d'un incendie. La détection de cette baisse soudaine d'énergie déclenche le cri strident de la machine.

La formule magique E=mc2 veut dire que l'énergie dégagée par la fission d'un atome est égale à la masse multipliée par la vitesse de la lumière au carré. Cette découverte a permis la mise au point de la bombe atomique, mais aussi la production d'électricité par les centrales nucléaires, le traitement de cancers par radiothérapie, l'imagerie médicale par émission de positons, la mesure précise du temps par les horloges atomiques et la datation d'artefacts archéologiques.

 

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Relativité à la télé

 

 

 

Propulsés par un tube cathodique, les électrons atteignent une vitesse si grande, avant de frapper la vitre de l'écran de télévision, que leur poids augmente. Cet effet de la relativité modifie légèrement leur course. Grâce aux observations d'Einstein, les concepteurs de téléviseurs savent qu'ils doivent tenir compte de cette masse changeante lorsqu'ils calculent la trajectoire des électrons dans l'appareil. Sinon, les images à la télé n'auraient pas la netteté qu'on leur connaît.

 

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Le système de positionnement global par satellite, ou GPS, doit aussi beaucoup à la théorie de la relativité. Pour mesurer précisément une position au sol, le système inclut la mesure du temps. Or, relativité oblige, le temps ne s'écoule pas à la même vitesse là-haut, pour les 24 satellites du système, qu'ici sur Terre, et ce, pour deux raisons. D'abord, les satellites se déplacent à une vitesse de 14000 km/h. Ils « vieillissent » plus lentement ; leurs journées sont ainsi plus courtes que les nôtres de sept microsecondes (sept millionièmes de seconde).

Ensuite, à l'altitude à laquelle ils orbitent (20000 km), ils ne subissent que le quart de l'attraction gravitationnelle terrestre, ce qui, au contraire, accélère leur vieillissement et augmente leurs journées de 45 microsecondes. Il y a donc une différence totale de 38 microsecondes entre une journée terrestre et une journée satellitaire. En fait, tout cela est encore compliqué par la trajectoire plutôt elliptique des satellites autour du globe, qui leur fait subir une attraction plus ou moins grande selon la distance par rapport à la Terre.

Les horloges atomiques à bord des satellites ne coïncident donc pas parfaitement avec celles des unités GPS. Il faut tenir compte de cette différence lors des calculs des positions. Le système GPS peut vous permettre de vous situer sur Terre avec une précision moyenne d'une quinzaine de mètres. L'imprécision serait de quelques centaines de kilomètres, et augmenterait de 11 km par jour, si on ne suivait pas les conseils de ce bon vieil Einstein.

En fait, les concepteurs du système GPS eux-mêmes n'étaient pas tout à fait convaincus de la nécessité de tenir compte de la relativité dans les calculs lors qu'ils ont commencé à mettre en place les premiers satellites. Ils ont donc programmé les ordinateurs selon les deux possibilités et les ont équipés d'un interrupteur qui permettait de passer facilement du mode non relativiste au mode relativiste. Une solution pour laquelle ils ont opté très vite, lorsqu'ils ont vu la précision de leur système décliner.

 

Les pilules du génie

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Plusieurs des médicaments que nous utilisons, depuis les pilules contre le cholestérol jusqu'au viagra lui-même, sont fabriqués grâce aux techniques développées par Einstein dans son article de 1905 sur le mouvement brownien. Dans son désir d'unification de la physique, le savant a utilisé les vieilles observations d'un botaniste. Ce dernier avait étudié le comportement des petites particules se bousculant dans un fluide, comme la fumée d'une cigarette dans l'air, ou du thé dans une tasse d'eau chaude. C'est à partir de ces observations qu'Einstein en a déduit des techniques statistiques qui permettent de relier les microquantités, comme la masse des molécules, aux macro-quantités, comme la température. Ces techniques sont maintenant monnaie courante dans les labos des grandes firmes pharmaceutiques qui doivent s'assurer d'un taux précis d'éléments actifs dans chaque comprimé vendu.

 

L’éthique d’Einstein

Le grand physicien allemand nous a laissé un autre héritage, moins tangible, mais plus profond. Il a rappelé aux chercheurs du monde entier leur obligation de réfléchir aux conséquences de leurs actes et de leurs découvertes. Par son militantisme, il a éveillé les dernières générations de scientifiques au devoir du chercheur-citoyen. Aujourd'hui, tout institut ou université qui se respecte s'interroge sur les trouvailles de ses savants. Le clonage humain et les OGM  n'ont pas la voie libre parce que des chercheurs préfèrent s'assurer de toutes les conséquences possibles de ces manipulations génétiques avant de les autoriser.

 

 

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Si de telles considérations avaient existé à son époque, Einstein n'aurait peut-être jamais dit, alors qu'il se sentait coupable des ravages causés par la bombe atomique : « Si seulement j'avais su, je serais devenu horloger... »

 

Article transcrit par Michel Billard paru dans Bio-énergie de Mars 2010

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