Grand oral du bac : EINSTEIN ET LA RELATIVITÉ

« Einstein et la relativité sur la physique.

Le premier traite de la détermina­ tion des dimensions des molécules.

Le deuxième se rapportait à l'effet photoélectrique.

Einstein pro­ posa de considérer la lumière non plus comme une onde, mais comme un ensemble de parti­ cules, appelées plus tard les photons.

En étudiant l'impact d'un faisceau lumineux sur une plaque métallique et l'apparition correspondante d'un courant électrique dans celle-ci (effet photoélec­ trique), Einstein établit une équation reliant la fré­ quence de la lumière à l'énergie des électrons mis en mouvement au sein du métal.

L'effet photoélec­ trique, qui correspond à la transformation de l'énergie lumineuse en énergie électrique, a aujourd'hui de nombreuses applications.

Par exemple, on l'utilise pour mettre en marche des escaliers mécaniques.

Ce mémoire révolution­ naire lui valut le prix Nobel en 1921.

Le troisième mémoire concerne le mouvement brownien, mouvement désordonné qui affecte les fines particules en suspension dans un liquide.

Einstein démontra que leurs mouvements étaient dus à la myriade des chocs invisibles des molé­ cules d'eau à leur surface, ce qui constitua un grand pas en avant pour la science.

En effet, les savants admirent dès lors l'existence de corps aussi minuscules que les atomes.

Mais ce furent les deux derniers mémoires, très courts, qui étaient les plus originaux.

Ils introduisaient en effet un chapitre nouveau dans l'histoire de la physique: la théorie de la relativité restreinte.

La relativité restreinte Que la lumière puisse être conçue comme un flot de particules apportait à Einstein une nouvelle façon de penser.

D'après la physique classique, la lumière, en tant qu'onde, se propageait dans un «milieu».

Aristote atrribuait ce phénomène à une substance, appelée éther.

Elle était responsable pour le philosophe, du mouvement des cieux et sa propriété essentielle était de se mouvoir de maniè­ re circulaire.

Plus tard, Descartes affirma qu'en tournant autour de la planète, l'éther nous mainte- Autre illusion d'optique prédite par .....

la relativité générale: l'image d'un point déformé en anneau au passage d'un objet massif.

On appelle de tels phénomènes tes anneaux d'Einstein.

.......

Albert Einstein en grande discussion avec te directeur de l'observatoire de Swartmore aux États-Unis.

La théorie de ta relativité générale d'Einstein a été confirmée, en 1919 tors d'observations astronomiques.

nait à sa surface et des spécialistes de l'électroma­ gnétisme lui attribuaient des ondes électromagné­ tiques qui ne nécessitaient ni air, ni matière pour se transmettre.

Pour Einstein, l'éther n'existe pas.

De nos jours, l'éther est appelé «Courbure espace-temps>> ou vide.

Puisque la lumière pouvait être modélisée comme un flot de particules (et pas seulement comme une onde), on n'avait plus besoin de ce concept d'éther pour expliquer sa propagation.

Il n'y avait pas d'éther, il n'y avait alors pas de cadre référentiel absolu dans l'Univers.

C'était là le pre­ mier postulat de sa théorie: il n'existe pas de systè­ me de référence absolu et tout n'est exprimable qu'en termes de mouvements relatifs de cadres de référence les uns par rapport aux autres.

Le second postulat stipule que la vitesse de la lumiè­ re est invariable, quel que soit le système de réfé­ rence dans lequel on la mesure.

Einstein s'appuya sur ce dernier postulat pour développer les équa­ tions de la relativité restreinte.

D'après cette théo- rie, lorsqu'un corps en mouvement, par rapport à un observateur immobile, s'approche de la vitesse de la lumière, le temps ralentit, l'objet devient plus petit et sa masse augmente.

En partant d'équations, qui se révélaient de plus en plus surprenantes, Einstein aboutit en 1905, à la célèbre équivalence E = mc2• Elle exprime l'idée nouvelle que masse et énergie sont équivalentes, et que la vitesse de la lumière intervient comme fac­ teur multiplicateur dans le passage de l'état de masse à celui d'énergie.

De cette formule est extrai­ te une conséquence révolutionnaire: la masse peut se reconvertir en d'autres énergies.

On peut observer pratiquement cette assertion lors de réac­ tions nucléaires par exemple.

La relativité générale Einstein poursuivit ses calculs, afin d'explorer, non plus les systèmes de référence en mouvement uni­ forme les uns par rapport aux autres, mais les sys­ tèmes en accélération les uns par rapport aux autres.

Quand on sait que l'évolution de la matière dans l'Univers est régie par l'accélération gravita­ tionnelle qu'exercent les systèmes (planètes, étoiles, galaxies) les uns sur les autres, on com­ prend que cette extension mathématique ait per­ mis à Einstein d'explorer plus avant le «fonction­ nement>> du cosmos.

Ses équations indiquèrent, entre autres, que les rayons lumineux devaient être courbés en passant à proximité d'une forte masse.

En effet, lors d'une éclipse du Soleil en 1919, l'observation d'étoiles en marge du disque obscurci montra que leurs points lumineux étaient décalés par rapport à leurs posi­ tions astronomiques normales, ce qui indique que leurs rayons lumineux avaient été déviés en frôlant l'astre du jour.

C'était la première confirmation expérimentale de la relativité générale.

Albert Einstein a bouleversé philosophique­ ment la physique avec sa théorie sur la relativité.

Il a remis en question la séparation kantienne de l'espace et du temps et établi que les connais­ sances acquises ne sont pas immuables, mais per­ pétuellement reconsidérées au moyen de nou­ velles expériences vérifiables.. »