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1re B et C Introduction à la relativité restreinte d’Einstein 1 Introduction à

1re B et C Introduction à la relativité restreinte d’Einstein 1 Introduction à la théorie de la relativité d'Einstein. 1) La vie scientifique d'Albert Einstein. "Je n'ai aucun talent particulier. Je suis simplement curieux." Albert EINSTEIN est né le 14 mars 1879 à Ulm en Allemagne. I1 grandit à Munich. I1 fait ses études primaires dans une école catholique dont la stricte discipline le rebute. Il suit des cours de violon (qu’il continuera jusqu'à l'âge de 13 ans) et de religion (judaïsme) à la maison jusqu'en 1888 où il entre au Luitpold Gymnasium. I1 passe comme élève très médiocre. En 1894, sa famille déménage à Milan, mais Albert décide de rester à Munich. En 1895, il doit quitter le lycée sans diplôme. I1 se présente alors à l'examen d'admission de 1'Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) de Zurich et est refusé pour connaissances insuffisantes en mathématiques et physique. Il est finalement admis à l'école secondaire de Aarau où il écrit une rédaction sur son avenir (rédaction qui ne récoltera que la moitié des points): Si je réussis à passer mes examens, j'irai à Zurich. Je resterai là-bas pendant quatre ans dans le but d'étudier les mathématiques et les sciences physiques. Je me vois bien devenir professeur de ces branches des sciences de la nature, principalement à cause de leurs parties théoriques. Les raisons qui m'amènent à choisir cet avenir sont, en particulier, mon penchant pour les réflexions abstraites et mathématiques, ainsi que mon manque d'imagination et d'habileté dans les travaux pratiques. I1 y apprend quasiment tout seul les mathématiques et la physique et se présente en 1896 une nouvelle fois à l'examen d’admission de la ETH. Cette fois-ci il est admis. Mais les cours le rebutent à cause de leur caractère dogmatique et sclérosé. I1 s'absente souvent des cours et ne réussit à décrocher son diplôme que grâce aux notes de cours de son ami Marcel Grossmann. Finalement Einstein réussit à graduer en 1900 comme professeur de mathématiques et de physique. Il tente par la suite de trouver un emploi comme assistant dans une université, mais il ne réussit apparemment pas à impressionner quiconque. Il évite cependant de faire son service militaire, en prétextant qu'il a des varices et les pieds plats. En 1901 enfin, il trouve un emploi temporaire de professeur de mathématiques à l'école secondaire technique de Winterthur. Il écrit alors: J'ai perdu tout espoir d’accéder à une université... Par la suite, il trouve un autre emploi dans une école privée de Schaffhausen. Le père de Marcel Grossman, essaie de l'aider en le recommandant au directeur du bureau des brevets de Bern. Einstein est engagé comme technicien de troisième classe. Il y travaillera de 1902 à 1909. 1re B et C Introduction à la relativité restreinte d’Einstein 2 Cette description de la jeunesse d’Einstein fait déjà ressortir les traits essentiels de sa personnalité scientifique: dès son plus jeune âge, il travaille férocement à son propre compte. Son mérite consiste à refuser les démonstrations toutes faites. Déjà à l'âge de 12 ans, il n’admet le théorème de Pythagore qu'après avoir réussi à le démontrer lui-même. En toute matière, il exige une compréhension absolue basée sur des principes simples et des raisonnements clairs. I1 témoigne d'une grande capacité d'émerveillement face à la nature et même d'une certaine approche mystique des phénomènes scientifiques. Plus tard, il exposera sa manière à lui d'apprécier une théorie scientifique: il se posera la question si Dieu Créateur aurait fait l'univers selon les plans de cette théorie. Einstein considérera le côté esthétique comme critère de valeur scientifique. En 1905, Einstein obtient un doctorat à l'université de Zurich pour une thèse « Sur une nouvelle façon de déterminer les dimensions moléculaires ». Il dédie cette thèse à Marcel Grossman. Toujours en 1905, Einstein sort 3 publications dont 2 allaient révolutionner le monde de la physique: Première publication portant sur le point de vue heuristique concernant la création et la transformation de la lumière. Einstein montre dans ce travail qu'à l'échelle atomique, les théories corpusculaire et ondulatoire de la lumière cessent d'être contradictoires: « L'énergie d'un faisceau lumineux émis par une source ponctuelle ne se répartit pas continûment dans un volume d'espace de plus en plus grand; elle est composée d'un nombre fini de quanta localisés en divers points de l'espace; ces quanta se déplacent sans se subdiviser et ils sont émis ou absorbés d'un seul tenant. » Einstein se fait ainsi l'inventeur de ce que l'on appellera plus tard « le photon » et le dualisme « onde-corpuscule ». Dans cette thèse, Einstein confirmait une hypothèse établie 5 années plus tôt par le physicien allemand Max PLANCK (1858 - 1947, prix Nobel en 1918). Ce dernier avait étudié le rayonnement émis par un corps chauffé et se proposa d'établir une relation entre la longueur d'onde des radiations émises et la température du corps chaud. I1 était arrivé à la conclusion que les résultats se laissent interpréter seulement si l'on admet que corps chaud cède son énergie d'une manière discontinue, sous forme de petits « paquets d'énergie » qu'il appela « quanta » . Niels BOHR (1885 - 1962, prix Nobel en 1922) appliquera l'idée du « paquet d'énergie lumineuse » à l'atome et interprétera ainsi les spectres d'émission et d'absorption. La mise au point du laser en découlera comme cadeau. Louis de BROGLIE (1892 – 1987, prix Nobel en 1929) généralisera la relation entre particules et ondes aux électrons, ce qui permettra à Erwin SCHROEDINGER (1887 - 1961, prix Nobel en 1933) d'établir le modèle des nuages électroniques sur lequel repose la chimie moderne et permit la construction du microscope électronique. Deuxième publication portant sur le mouvement des particules en suspension dans des fluides au repos, d'après la théorie cinétique de la chaleur. I1 s'agit d'une nouvelle interprétation moléculaire du mouvement brownien découvert en 1827 par le botaniste écossais Robert BROWN (1773 - 1858) et interprété déjà par Josiah WILLIARD GIBBS (1839-1903, U.S.A.). Pour avoir “séché les cours”, Einstein ignorait que la découverte du mouvement brownien datait déjà de presque 80 années: 1re B et C Introduction à la relativité restreinte d’Einstein 3 « Mon souci principal était de trouver des exemples concrets qui établissent aussi clairement que possible l'existence d'atomes de taille bien définie. Chemin faisant, je m’aperçus que, d'après 1a théorie atomiste, les mouvements des particules microscopiques en suspension devaient être observables; j'ignorais alors que le mouvement brownien était connu depuis longtemps. » 3. publication portant sur l'électrodynamique des corps en mouvement. C'est dans cette thèse qu'Einstein expose la théorie de la relativité restreinte. I1 est intéressant de constater qu'Einstein n'y fait aucune allusion à 1'expérience cruciale de MICHELSON qui avait pourtant maintenu les physiciens en haleine pendant plus de 15 ans. Après la " panne " qui lui était arrivée avec sa deuxième publication, on est en droit de se demander si, à l'époque, il était au courant de cette expérience. Après 1905, il approfondit les recherches dans ces domaines et élargit sa théorie de la relativité restreinte aux phénomènes comportant des accélérations. Il trouve la solution en 1907, en énonçant le principe de l'équivalence, qui dit que l'accélération causée par la gravitation est la même que celle causée par des forces mécaniques, ce qui implique que les masses gravitationnelles sont identiques aux masses inertes. En 1908, Einstein devient enseignant à l'université de Bern, après avoir soumis sa thèse « Conséquences de la loi de la distribution de l'énergie des corps noirs sur la constitution de la radiation ». L'année suivante, il devient professeur de physique à l'université de Zurich, et laisse tomber son emploi d'enseignant à Bern et son travail dans le bureau des brevets. En 1909, Einstein commence à se faire reconnaître comme l’un des plus grands penseurs scientifiques. En 1911, il est engagé comme professeur à l'université Karl-Ferdinand à Prague. C'est aussi en 1911 qu'Einstein fait ses prédictions sur la façon dont un rayon de lumière venant d'une étoile lointaine est dévié lorsqu'il passe près du Soleil. Cette prédiction allait conduire à la première preuve expérimentale en faveur de sa théorie. En 1912, Einstein passe à une nouvelle étape dans son étude sur la gravitation et, avec l'aide de Marcel Grossman devenu mathématicien, il écrit la théorie de la relativité générale. Il retourne en Allemagne en 1914, se faisant offrir une position de chercheur à l'Académie Prussienne des Sciences, et un bureau à l'université de Berlin, en plus du poste de directeur de l'institut Kaiser Wilhelm de physique, qui venait d'être établi à Berlin. En 1915, Einstein publie la version finale de sa théorie de la relativité générale. 1re B et C Introduction à la relativité restreinte d’Einstein 4 En 1919, sa théorie sur la déviation des rayons lumineux est prouvée par une équipe anglaise. C'est cet événement qui lui donne un statut d'idole auprès de la presse populaire. Il fait la une du London Times le 7 novembre: Revolution in science - New theory of the Universe - Newtonian ideas overthrown. A partir de 1920, Einstein subit des pressions par certains groupes uploads/Philosophie/ introduction-a-la-theorie-de-la-relativite-d-x27-einstein-lycee-24p-pdf.pdf