Chapitre 06 · La science
Les quanta et le grand débat
Voici la grande ironie de la vie d'Einstein. Il fut l'un des fondateurs de la théorie quantique — elle lui valut son prix Nobel — et pourtant il ne put jamais accepter l'étrange monde probabiliste qu'elle révélait. Trente ans durant, il argumenta contre elle et perdit la plupart des débats. Mais ses objections étaient si profondes qu'elles façonnent encore la physique d'aujourd'hui.
L'homme qui rendit la lumière granuleuse
Dans son article de 1905 sur l'effet photoélectrique, Einstein proposa que la lumière n'est pas une onde lisse, mais un flux de paquets d'énergie discrets — des quanta, plus tard appelés photons. L'énergie de chaque photon ne dépend que de la fréquence de la lumière (sa couleur), non de sa luminosité : E = hf.
Cela expliquait une énigme qu'aucune théorie ondulatoire ne pouvait résoudre : pourquoi une faible lumière bleue peut arracher des électrons d'un métal alors qu'une vive lumière rouge ne le peut pas. Ce fut, selon ses propres mots, « très révolutionnaire » — et cela lui valut le prix Nobel 1921.
Essayez vous-même
L'effet photoélectrique
Éclairez un métal. En dessous d'une certaine fréquence, rien ne se passe, quelle que soit la luminosité. Au-dessus, les électrons s'envolent instantanément. Faites glisser la couleur du rouge vers l'ultraviolet et trouvez le seuil.
- Wikipédia : Effet photoélectrique — travail de sortie et fréquence de seuil.
D'autres cadeaux quantiques
Les contributions quantiques d'Einstein allèrent bien au-delà de 1905.
Les lasers
En 1916, il décrivit l'émission stimulée — un photon en déclenchant un autre identique. Des décennies plus tard, ce devint le principe de tout laser.
Le condensat de Bose-Einstein
Avec Satyendra Nath Bose, il prédit un étrange nouvel état de la matière près du zéro absolu. Il fut enfin créé en laboratoire en 1995, valant le Nobel à ses auteurs.
La dualité onde-corpuscule
Ses travaux contribuèrent à révéler que la lumière, et la matière, se comportent à la fois comme onde et comme particule — une pierre angulaire de la physique moderne.
« Dieu ne joue pas aux dés »
À la fin des années 1920, la mécanique quantique était devenue profondément probabiliste : elle pouvait prédire les probabilités de l'endroit où un électron serait trouvé, mais jamais une réponse définie. Pour Einstein, c'était intolérable. Il croyait qu'une théorie complète devait décrire une réalité définie, et non de simples probabilités.
Aux célèbres conférences Solvay, il croisa le fer avec Niels Bohr, inventant d'ingénieuses expériences de pensée pour prendre la théorie quantique en défaut. Bohr, parfois après une nuit blanche, trouvait une réponse à chacune. « Dieu ne joue pas aux dés », insistait Einstein ; dans une lettre à Born de 1926, il écrivit (en traduction) : « Quoi qu'il en soit, je suis convaincu qu'Il ne joue pas aux dés. » Dans le récit ultérieur de Bohr lui-même, celui-ci mettait en garde contre le fait d'attribuer des qualités à la Providence dans le langage courant. La réplique « Einstein, cessez de dire à Dieu ce qu'il doit faire » est une version racontée plus tard, non une citation documentée.
La mécanique quantique est certes imposante. Mais une voix intérieure me dit que ce n'est pas encore le fin mot de l'histoire.Albert Einsteinlettre à Max Born, 4 décembre 1926 ; traduction de la version anglaise
- Wikipédia : débats Bohr–Einstein (anglais).
- Niels Bohr : Discussion with Einstein (1949, anglais) ; Wikiquote : Albert Einstein (lettre à Born, 4 décembre 1926).
- Wikipédia : paradoxe EPR ; intrication quantique.