Chapitre 13 · Gloire et héritage

Mort, cerveau et héritage

La plupart des scientifiques ne sont retenus que par d'autres scientifiques. Einstein, lui, est retenu par tout le monde. Son nom signifie génie ; son visage est un symbole mondial ; ses idées sous-tendent des technologies qu'il n'imagina jamais. Et dans un étrange chapitre final, même son cerveau entreprit un voyage à part.

L'étrange histoire du cerveau d'Einstein

Portrait emblématique d'un Albert Einstein âgé
Le visage devenu synonyme de génie. Einstein légua les droits de son image à l'Université hébraïque de Jérusalem.Image: Orren Jack Turner, Princeton, N.J.. Domaine public, via Wikimedia Commons (Source)

Einstein souhaitait être incinéré dans le calme, sans tapage ni sanctuaire. Son corps fut incinéré en quelques heures et ses cendres dispersées en un lieu tenu secret. Mais il y eut un rebondissement : lors de l'autopsie, le pathologiste Thomas Harvey préleva le cerveau d'Einstein — apparemment sans autorisation claire d'Einstein ni de sa famille ; les récits divergent sur un accord ultérieur de celle-ci — convaincu qu'il pouvait détenir le secret de son génie.

Harvey conserva le cerveau, découpé en centaines de morceaux, pendant des décennies, expédiant à l'occasion des échantillons à des chercheurs. Des études ont évoqué de légères particularités anatomiques, mais aucune n'a jamais « expliqué » son génie. L'épisode est aujourd'hui autant une mise en garde sur l'éthique scientifique qu'une curiosité biographique.

Une physique vivante, un siècle plus tard

Les théories d'Einstein n'étaient pas des pièces de musée. Ce sont des outils de travail — et elles ne cessent d'être spectaculairement confirmées.

GPS

La navigation par satellite ne fonctionne que parce qu'elle corrige à la fois la relativité restreinte et la relativité générale. Sans ces corrections, les horloges des satellites avanceraient d'environ 38 microsecondes par jour.

Lasers et cellules solaires

Son idée de 1916 sur l'émission stimulée est au fondement de tout laser ; son explication de l'effet photoélectrique par les quanta de lumière est au fondement des cellules solaires et des capteurs d'image numériques.

Ondes gravitationnelles

Prédites en 1916, détectées en 2015. Les observatoires LIGO « entendent » désormais des trous noirs entrer en collision à travers l'univers.

Image d'un trou noir

En 2019, l'Event Horizon Telescope obtint l'image de l'ombre d'un trou noir — conforme à ce que prédit la relativité générale.

Condensats de Bose-Einstein

L'état exotique de la matière qu'il coprédit en 1924 fut enfin réalisé en 1995, ouvrant un nouveau champ de physique ultrafroide.

Technologie quantique

L'intrication « fantomatique » à laquelle il s'opposait sous-tend aujourd'hui la recherche en informatique quantique et la cryptographie quantique.

Calcul fait : le GPS sans Einstein

Les satellites GPS tournent autour de la Terre à environ 20 200 km d'altitude, en faisant un tour toutes les 11 heures 58 minutes environ, à quelque 3,9 km/s. Deux effets décalent leurs horloges atomiques par rapport à celles du sol. La relativité restreinte : comme les satellites vont vite, leurs horloges, vues depuis la Terre, retardent d'environ 7,2 microsecondes par jour. La relativité générale : là-haut, la gravité est plus faible et les horloges avancent plus vite, d'environ 45,8 microsecondes par jour. Au total, les horloges des satellites prennent environ 38,6 microsecondes d'avance par jour. C'est pourquoi leurs étalons de fréquence sont réglés un peu plus lents avant le lancement : 10,22999999543 MHz au lieu de 10,23 MHz.

Votre prédiction

Sans correction, les horloges des satellites GPS se décalent un peu chaque jour. Au bout d’une semaine, jusqu’où va le trajet de la lumière de cette erreur – la distance que parcourt la lumière pendant le temps accumulé ?

Interactif · GPS

Le GPS sans correction relativiste

– µs
Horloges des satellites en avance (+) ou en retard (−) sur celles du sol
– km
Trajet de la lumière c · Δt – l'erreur de chaque mesure de distance vers un satellite

La carte est une esquisse : la grille et les anneaux n'indiquent que l'échelle.

Réponse

BEnviron 81 kilomètres.

La vitesse ralentit les horloges des satellites d’environ 7,2 microsecondes par jour (relativité restreinte) ; la gravité plus faible les fait avancer d’environ 45,8 microsecondes (relativité générale). Au total, 38,6 µs par jour, soit environ 270 µs au bout d’une semaine. Pendant ce temps, la lumière parcourt environ 81 km. C’est pourquoi les horloges des satellites sont réglées un tout petit peu plus lentes avant le lancement.

Pour les curieux : le calcul

−7,2 µs + 45,8 µs = +38,6 µs par jour. Après 7 jours : 7 · 38,6 µs ≈ 270 µs. Trajet de la lumière : 270 µs · 0,2998 km/µs ≈ 81 km.

Source: Wikipedia (en): Error analysis for the Global Positioning System

Défis0 sur 2 réussis

  • Ne laissez agir que la vitesse et désactivez la gravité : les horloges retardent alors.à faire
  • Les deux effets activés : après combien de jours le trajet de la lumière de l’erreur d’horloge dépasse-t-il 100 km pour la première fois ? Réglez exactement ce nombre de jours.à faire

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On lit souvent que, sans cette correction, le GPS se tromperait d'environ 11 km au bout d'un jour (la Wikipédia anglophone donne 11,4 km ; c · 38,6 µs donne environ 11,6 km). C'est le trajet de la lumière correspondant à l'erreur d'horloge, c · Δt : de combien chaque mesure de distance vers un satellite serait trop courte. L'erreur de position réelle est plus compliquée : comme l'erreur toucherait tous les satellites de la même façon, le récepteur l'absorberait avec le décalage de sa propre horloge. Selon le spécialiste du GPS Pratap Misra, l'estimation de la position n'en serait pas affectée – mais l'heure serait fausse de 38 microsecondes au bout d'un jour, rédhibitoire quand on attend une précision de 100 nanosecondes.

Sources :
  1. Wikipédia (en) : Error analysis for the GPS – Relativity – −7,2 µs, +45,8 µs et 38,6 µs par jour, 11,4 km par jour, 10,22999999543 MHz, 3874 m/s.
  2. Wikipédia (en) : Global Positioning System – altitude d'environ 20 200 km, période orbitale d'environ 11 h 58 min.
  3. N. Ashby, « Relativity in the Global Positioning System », Living Reviews in Relativity 6, 1 (2003) – décalage relatif de fréquence 4,4647 × 10⁻¹⁰ (≈ 38,6 µs par jour).
  4. P. Misra, « Inside the box: GPS and relativity », GPS World, 9 octobre 2023.

Un nom qui dépassa l'homme

En 1999, le magazine Time désigna Albert Einstein « Personnalité du siècle ». L'élément 99 est l'einsteinium. Son anniversaire, le 14 mars, tombe le jour de Pi. Son effigie vend de tout, des affiches aux peluches. « Einstein » est le mot auquel nous recourons chaque fois que nous voulons dire la personne la plus intelligente de la pièce.

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einsteinium — l'élément qui porte son nom
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« Personnalité du siècle » du Time
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ans de relativité, toujours invaincue
L'important est de ne jamais cesser de questionner. La curiosité a sa propre raison d'exister.Albert Einsteinentretien, 1955

C'est peut-être là son héritage le plus vrai. Non pas une formule ni un prix, mais une manière d'être au monde : inlassablement curieux, joyeusement irrévérencieux, incapable d'accepter que quoi que ce soit échappât à la compréhension. Einstein enseigna à tout un siècle que l'univers est connaissable — et que s'en émerveiller est l'une des plus belles choses qu'un être humain puisse faire.

Sources :
  1. Wikipédia : Albert Einstein — « Héritage ».
  2. Einsteinium ; Time, « Person of the Century » (1999).