Thémadoc : 1905, les trois percées d'Einstein

L’année 1905 représente une charnière à la fois dans l’histoire de la physique et dans la vie d’Einstein. En ce qui concerne la physique, nous allons y revenir en détail dans les articles qui suivent. En ce qui concerne la vie d’Einstein, indiquons ici quelques brefs repères biographiques. Nous y verrons que le début de son parcours scientifique n’a précisément rien d’une « carrière », qu’il se situe en dehors de toute institution universitaire et de ce qui s’y rapporte – maîtres, jeunes collègues, visiteurs étrangers, bibliothèques – pour assimiler les questionnements d’une époque et contribuer à y répondre

Albert Einstein, physicien 1879-1955. Photo, 1930.

Albert Einstein termine ses études dans la section « professorat » du Polytechnicum de Zürich en 1900, à l’âge de 21 ans. Le choix de cette section, plutôt que celle d’ingénieur, indique qu’il entend se diriger vers une carrière universitaire. Mais ses rapports avec les enseignants n’ont pas été bons : il leur reproche leur classicisme et leur manque d’ouverture aux questions scientifiques nouvelles – Minkowski fera exception –, eux lui reprochent de n’en faire qu’à sa tête. Il ne recevra donc pas de leur part les appuis et lettres de recommandation nécessaires à l’obtention d’un poste.

Le jeune Einstein entretient depuis longtemps déjà une double relation avec le monde scientifique : bonne avec la science, mauvaise avec ceux qui la transmettent. À 15 ans, il avait décidé d’abandonner le lycée de Munich où il était interne, pour rejoindre ses parents qui tentaient de monter une entreprise à Milan, parce qu’il ne supportait pas l’ambiance de caserne qui y régnait et qu’à 16 ans, il devait faire son service militaire. Il convainc ses parents de l’envoyer faire ses études à Zürich, mais comme il n’a pas son baccalauréat, il doit passer encore un an en Allemagne. Il décide alors d’abandonner la nationalité allemande pour échapper à la conscription, et de faire ce qu’il faut pour adopter la nationalité suisse. Il ne l’obtiendra qu’en 1901, après les cinq années réglementaires de résidence. La détermination que l’adolescent met à suivre ses inclinations profondes, à échapper à la contrainte reçue comme arbitraire, révèle une maturité précoce ou – si l’on préfère – un trait de caractère constitutif.

En 1900, il est donc pendant quelques mois sans perspectives universitaires, sans emploi et sans nationalité. Il travaille seul, et fait des rencontres de tous ordres : Zürich est un centre intellectuel dynamique où toutes les idées se confrontent, y compris celles qui concernent l’organisation de la société. En mal de situation, il accepte avec enthousiasme un premier emploi de remplaçant de professeur de mathématiques dans un lycée de province, puis se fait renvoyer d’un second – alors qu’il n’a aucun revenu de remplacement – parce qu’on lui demande, et qu’il refuse, de mettre son enseignement sous le signe de l’autorité et de la discipline. Il s’installe finalement à Berne en 1902, après que son ami mathématicien Marcel Grossmann et le père de celui-ci lui ont obtenu la promesse d’un poste au Bureau de la propriété industrielle de Berne.
En attendant la création du poste, il propose dans le journal local des leçons particulières en mathématiques et en physique (« premières leçons d’essai gratuites » !). Mais ce ne sont pas des lycéens en difficulté qui viendront là échanger un soutien scolaire contre quelques moyens de subsistance pour le professeur. C’est un petit groupe d’amis, curieux de tout, qui se constitue autour de Maurice Solovine, Michel Besso, Marcel Grossmann, Conrad Habicht. En dehors des heures de bureau passées à examiner les demandes de brevet pour les inventions les plus diverses (Einstein n’est pas le pur théoricien qu’on imagine parfois, il connaît la physique de l’ingénieur et tirera des revenus substantiels au cours de sa vie en tant que consultant pour des entreprises industrielles), il a toute liberté, avec ses amis et sa femme Mileva, physicienne également, pour passer au crible de sa curiosité les difficultés bien réelles de la physique théorique de l’époque. Les discussions se passent chez l’un, chez l’autre, au café, au cours de promenades dans la nature ou en montagne : ils commentent Boltzmann, Maxwell, Mach, Hertz, Helmholtz, Lorentz, Poincaré, Ostwald, Drude, Lenard.

Henri Poincaré (1854-1912), mathématicien, physicien, philosophe des sciences, précurseur de la théorie sur la relativité.

Ils les lisent comme physiciens, mais aussi comme épistémologues de la physique. Les critiques que Mach formule à l’égard de la notion de temps comme donnée première et absolue sont voisines de celle que Poincaré formulera dans La Science et l’Hypothèse, ouvrage publié en France en 1902 et traduit en Allemand en 1904. Ils lisent également des philosophes, comme Karl Pearson, John Stuart Mill et David Hume, car si l’on s’intéresse aux fondements de la physique, il est utile d’affiner sa réflexion sur les rapports entre le réel et ses représentations. Ils se sont autoproclamés « Académie Olympia », et ce n’est pas seulement par dérision : cette situation « à la marge », sans patron, sans hiérarchie, n’est pas nécessairement mauvaise pour se poser les « bonnes questions ». Mais qu’est-ce qu’une bonne question ?
Ceux qui ont vécu les deux grandes synthèses du XIXe siècle, thermodynamique et électromagnétisme, mesurent et exposent tout ce qui a été accompli, et qui est immense. C’est ainsi que Kelvin voit poindre, en 1892, la fin de la physique : pour lui, elle est « définitivement constituée dans ses concepts fondamentaux

Hendrik Anton Lorentz (1953-1928). Néerlandais. Physicien, prix Nobel de physique en 1902 avec P. Zeeman. Portrait, 1923.

Lorentz, qui a débarrassé la synthèse maxwellienne des images mécaniques dont leur auteur s’est servi, lesquelles apparaissent dorénavant comme superflues car elles ne figurent pas dans les équations finales, fait face aux étranges propriétés de l’éther et propose des solutions intéressantes, mais ad hoc, à l’expérience négative de Michelson et Morley, comme la « contraction des longueurs ». Poincaré expose les problèmes de la physique dans des textes remarquables, comme La Science et l’Hypothèse ou La Valeur de la science, mais c’est pour montrer que plus rien ne tient debout : les fondements de la mécanique classique s’effritent sous l’analyse qu’il fait – toujours instructive – de la circularité des définitions de force, masse, accélération ; la thermodynamique, avec la flèche du temps contenue dans le second principe, contredit la mécanique newtonienne qui est, elle, invariante par renversement du sens du temps ; d’où la nécessité, dit-il, de remplacer peut-être les équations différentielles par des équations statistiques ; enfin l’électromagnétisme, qui n’est pas invariant par changement de repère galiléen, appelle à une réflexion critique des concepts d’espace et de temps dont il anticipe, sans prendre vraiment partie, qu’elle peut mener à des révisions déchirantes.

Ces trois exemples illustrent trois attitudes léguées par la génération ancienne. Mais pour la nouvelle génération, ces difficultés ne sont pas un poids, elles ne constituent pas de pénibles aboutissements mais des points de départ : c’est de là qu’il faut construire. Toute proportion gardée, on retrouve une attitude semblable chez le jeune Feynman, autre esprit libre s’il en fut, lorsqu’il était étudiant au MIT (Massachusetts Institute of Technology). Il lui était apparu que « l’état peu satisfaisant de la théorie quantique de l’électricité et du magnétisme était le problème fondamental du moment » (conférence Nobel, 1965). Il raconte aussi que, lisant le livre de mécanique quantique de Dirac, et ne comprenant pas très bien les passages techniques où les choses étaient démontrées en détail, il avait « le sentiment personnel que, puisqu’ils (les physiciens de la génération précédente) n’avaient pas obtenu de réponse satisfaisante au problème qu’[il] voulait résoudre, il ne [lui] était pas nécessaire d’accorder une attention exagérée à ce qu’ils avaient fait » !
Si l’année 1905 paraît donc hors norme, c’est qu’elle est l’aboutissement de ces quelques années de libres discussions tous azimuts au sein de l’Académie Olympia. La situation sociale d’Einstein n’évolue que quelques années plus tard, quand il quitte le Bureau de la propriété industrielle, en 1909.

Jacques TREINER