EINSTEIN ALBERT (1879-1955)
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Critique de l'interprétation de la mécanique quantique
Tout en admettant la validité des relations de la mécanique quantique, Einstein formula des critiques sur son interprétation par Niels Bohr et l'École de Copenhague en termes de « philosophie de la complémentarité ». Il refusait d'y voir une théorie définitive et complète (selon les termes de Born et Heisenberg) et contestait qu'elle pût servir de point de départ pour une théorie plus fondamentale qui s'unifierait un jour avec la relativité générale.
Parmi les expériences de pensée qu'il utilisait volontiers pour s'interroger sur la nature et le contenu des théories, l'expérience dite « E.P.R. » (Einstein, Podolski, Rosen, 1935) est restée célèbre : elle fait intervenir des systèmes quantiques corrélés dans un état initial (deux particules issues d'un même atome) et qui le demeurent après leur séparation, quelle que soit leur distance. Cette propriété spécifiquement quantique (non-séparabilité locale) fut éclairée par Einstein, tout en étant refusée par lui ; elle devait être mise en évidence par Bell (1964) et testée expérimentalement (expériences d'Aspect, 1981).
Einstein considérait que l'objectif de la physique était de décrire une réalité – qui se présente, par exemple, sous la forme d'un système individuel – supposée exister indépendamment de l'acte de mesure. Il exprimait, par complétude théorique (dans un sens ici moins fort que celui qui est proposé pour la théorie du champ), la nécessité, pour une théorie fondamentale, de rendre compte de tous les éléments de réalité qu'il est possible de caractériser par la pensée concernant son domaine et d'être en relation biunivoque avec le système réel décrit. Il lui paraissait raisonnable de postuler un « principe de séparabilité locale » – bien qu'il fût étranger aux propositions de la mécanique quantique – pour des systèmes physiques définis dans l'espace et sans interaction entre eux : ce principe lui fournissait un moyen de caractériser un système physique réel indépendammen [...]
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Écrit par :
- Michel PATY : directeur de recherche au C.N.R.S.
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EINSTEIN ET LA RELATIVITÉ GÉNÉRALE, LES CHEMINS DE L'ESPACE-TEMPS (J. Eisenstaedt)
Si les principes et les conséquences de la théorie de la relativité restreinte ont été souvent, et parfois de façon excellente, vulgarisés, la complexité mathématique de la théorie d'Einstein de la gravitation – appelée relativité générale – est telle qu'elle n'est appréciée que d'un petit nombre de scientifiques. Pourtant, comme l'affirme Jean Eisenstaedt, la relativité n'est certainement pas la […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/einstein-et-la-relativite-generale-les-chemins-de-l-espace-temps/#i_3048
THÉORIE DE LA RELATIVITÉ, en bref
Albert Einstein propose, en 1905, la théorie de la relativité restreinte comme un nouveau cadre pour décrire de façon cohérente les phénomènes physiques mettant en jeu des vitesses proches de celle de la lumière. En imposant l'universalité de la vitesse de la lumière, la relativité restreinte mène à une descrip […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/theorie-de-la-relativite-en-bref/#i_3048
ATOME
Dans le chapitre « Atome et lumière » : […] En physique classique, l' émission de rayonnement par un système de particules chargées dépend de l'accélération de ces particules (théorie de Lorenz de l'électron classique). En mécanique quantique, cette image est remplacée par celle de la transition du système d'un état quantique à un autre d'énergie plus petite ; cette image décrit correctement les phénomènes observés. Le premier traitement q […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/atome/#i_3048
ATOMIQUE PHYSIQUE
Dans le chapitre « Le modèle de Bohr » : […] En 1913, Bohr développa une théorie très ingénieuse des atomes qui associait la mécanique classique et les idées de quantification. Un système atomique ne peut exister qu'à certaines valeurs discrètes de l'énergie, appelées niveaux d'énergie et notés E 1 , E 2 ,... , E i ,... Ces énergies sont déterminées en modifiant la mécanique classique par des conditions de quantification : seules les énerg […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/physique-atomique/#i_3048
BIG BANG
Dans le chapitre « La cosmologie relativiste » : […] Dès les premières décennies du xx e siècle, la cosmologie se place d'emblée sous le signe de la relativité générale. Tous les cosmologistes sont déjà d'accord (ce qui est toujours le cas aujourd'hui) pour déclarer qu'un modèle cosmologique, qui représente notre Univers, doit être construit dans le cadre de cette théorie fondamentale et révolutionnaire, énoncée par Albert Einstein en 1915. Ce fu […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/big-bang/#i_3048
BOSE-EINSTEIN CONDENSATION DE
La condensation de Bose-Einstein, prévue par Albert Einstein et le physicien indien Satyendranath Bose dès 1924, a constitué pendant bien des années un des objectifs majeurs des physiciens du monde entier. En refroidissant un nuage d'atomes à une température proche du zéro absolu (quelques dixièmes de millionième de kelvin), deux équipes de chercheurs américains, Eric Cornell et ses collaborateur […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/condensation-de-bose-einstein/#i_3048
CAUSALITÉ
Dans le chapitre « Idéalisme ou réalisme » : […] Le principe de causalité peut être envisagé de deux points de vue radicalement différents : ou bien on suppose que notre raison saisit la réalité et le mot « causalité » désigne un ensemble de relations d'ordre entre les choses elles-mêmes, touchant leur permanence, leur succession et leurs interactions ; ou bien l'idée de causalité ne dénote pas une propriété des choses elles-mêmes, mais seulemen […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/causalite/#i_3048
CHAMPS THÉORIE DES
Dans le chapitre « Champs bosoniques et champs fermioniques » : […] Le photon est l'exemple type de champ quantique appelé boson , du nom du physicien indien Satyendranath Bose (1894-1974), co-découvreur avec Albert Einstein des lois décrivant le comportement statistique d'ensemble de champs quantiques de moment angulaire intrinsèque multiple de h /2π. L'électron est quant à lui un fermion , car les ensembles de particule de moment angulaire intrinsèque multiple […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/theorie-des-champs/#i_3048
ÉCLIPSE SOLAIRE DU 29 MAI 1919
Dans le chapitre « Genèse de la relativité générale » : […] La relativité restreinte, publiée en 1905 par Albert Einstein, généralise le principe selon lequel tout mouvement uniforme et rectiligne n’est pas absolu, mais relatif au système depuis lequel il est observé (référentiel). Pour conserver cette relativité du mouvement, le prix à payer est la disparition d’un temps également absolu et la conception nécessaire d’un espace-temps à quatre dimensions – […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/eclipse-solaire-du-29-mai-1919/#i_3048
EDDINGTON ARTHUR STANLEY (1882-1944)
Dans le chapitre « Les théories relativistes » : […] Mais ces découvertes ne sont pas seules à contribuer à la célébrité d'Eddington ; il est aussi devenu l'un des plus notables parmi les théoriciens de la relativité, encore peu nombreux à l'époque. Tenu au courant dès 1916, par l'astronome hollandais Willem de Sitter, des plus récents mémoires d' Einstein, Eddington en mesure aussitôt la portée et il devient en quelques mois un défenseur et un prom […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/arthur-stanley-eddington/#i_3048
EMPIRISME
Dans le chapitre « Les deux dogmes selon Quine » : […] La thèse générale est ainsi résumée par Quine : « L'empirisme moderne dépend en grande partie de deux dogmes. Le premier consiste à croire à un clivage fondamental entre les vérités analytiques (ou fondées sur les significations indépendamment des faits) et des vérités synthétiques (ou fondées sur les faits). Le second, le réductionnisme, consiste à croire que chaque énoncé doué de signification […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/empirisme/#i_3048
ERREUR
Dans le chapitre « L'erreur dans les théories physiques » : […] Très schématiquement, on attribue deux objets aux théories physiques : expliquer la réalité ou représenter les phénomènes, c'est-à-dire des effets observables. Pour Pierre Duhem, au début du xx e siècle, « une théorie physique n'est pas une explication. C'est un système de propositions mathématiques, déduites d'un petit nombre de principes, qui ont pour but de représenter aussi simplement, aussi […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/erreur/#i_3048
ESPACE, philosophie
Dans le chapitre « L'espace absolu » : […] Emmanuel Kant remet en question, comme Leibniz, l'existence en soi de l'espace, ainsi que l'affirmation de son existence comme forme de la sensibilité d'un esprit infini, mais non l'absoluité que supposait la mécanique classique. Il pense, au contraire, pouvoir la fonder sans avoir besoin de la rattacher à Dieu, en la considérant comme la forme a priori de la sensibilité de tout esprit fini ( Crit […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/espace-philosophie/#i_3048
ESPACE-TEMPS
Dans le chapitre « Espace et temps absolus » : […] Dans l'Antiquité, la notion d'espace absolu est liée à la conception hiérarchique d'un Cosmos. La plupart des cosmologies des Anciens supposent l'existence d'un Univers tridimensionnel fini, avec la Terre pour centre. L'espace est alors formé par un ensemble de sphères homocentriques correspondant à chacun des astres errants ; il est fermé par la sphère des fixes. Le mouvement circulaire des astre […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/espace-temps/#i_3048
GRAVITATION ET ASTROPHYSIQUE
Dans le chapitre « Généralités » : […] Le terme « gravitation » est employé depuis l'époque de Newton pour désigner le mécanisme de l'attraction résiduelle mutuelle agissant à distance entre les objets, indépendamment de la nature spécifique de la matière dont ils sont constitués. Cette propriété – indépendance de la nature de la matière – fut établie par Galilée en 1638, avec la formulation de ce qui est maintenant connu sous le nom […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/gravitation-et-astrophysique/#i_3048
HASARD
Dans le chapitre « Le hasard et l'explication dans les sciences » : […] On associe généralement explication et prévision. Il semble donc à première vue étrange de relier l'explication scientifique au hasard. Et pourtant le hasard est quelquefois invoqué, non seulement comme aléa extérieur, mais comme principe d'explication. C'est en ce sens que certains biologistes expliquent les mutations par le hasard, lui imputant même l'évolution des espèces. Une explication scie […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/hasard/#i_3048
INTERACTIONS (physique) - Interaction gravitationnelle
Dans le chapitre « La gravitation relativiste » : […] En mécanique relativiste, l'espace et le temps ne sont plus des paramètres indépendants comme en mécanique newtonienne. Espace et temps sont intimement liés et constituent ensemble un cadre d' espace-temps dans lequel se situent les « événements ». L'idée centrale de la relativité générale est de considérer les phénomènes gravitationnels comme une simple conséquence du fait que l'espace-temps p […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/interactions-physique-interaction-gravitationnelle/#i_3048
LASERS
Dans le chapitre « Émission stimulée et amplification de lumière » : […] Le laser met en œuvre l'« émission stimulée » de rayonnement, phénomène prédit par Albert Einstein, dès 1917, pour expliquer l'émission spectrale des corps (cf. encadré Histoire de la technique Laser). On sait que les atomes, qui constituent la matière, sont formés d'un noyau et d'électrons. Ces derniers, en mouvement autour du noyau, ne peuvent occuper que des orbites bien déterminées, caracté […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/lasers/#i_3048
LUMIÈRE
Dans le chapitre « Optique corpusculaire, le photon » : […] Le xix e siècle vit le triomphe de l'optique ondulatoire, qui permettait d'analyser bien des phénomènes liés à la lumière (diffraction, polarisation, etc.), mais certains opposaient encore une résistance. Le premier d'entre eux est l'effet photoélectrique observé par Hertz en 1887 (l'explication en 1905 vaudra à Einstein son prix Nobel de 1921). Lorsqu'on éclaire un métal, on peut lui arracher d […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/lumiere/#i_3048
MACH ERNST (1838-1916)
Dans le chapitre « La critique des concepts physiques » : […] Dès son premier livre sur l'histoire du principe de la conservation de l'énergie, Mach critiqua la notion d'atomes dans laquelle il refusa toujours de voir autre chose qu'une hypothèse auxiliaire, même après leur mise en évidence expérimentale. Ce refus est lié à sa conception de la science – un empirisme critique, qui ne reconnaît que les notions reliées directement à l' observation et aux expéri […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/ernst-mach/#i_3048
MASSE (notions de base)
Dans le chapitre « La masse relativiste » : […] Les principes de la relativité restreinte développée par Albert Einstein ont bousculé le concept classique de masse. L'équivalence proclamée entre la masse M et l'énergie E d'un corps au repos (le célèbre E = Mc 2 , où c est la vitesse de la lumière), si elle permet de mesurer les masses par leur équivalent en énergie (et donc en unités d’électronvolts ou eV), abolit la loi d'additivité des mass […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/masse/#i_3048
MASSE, physique
Dans le chapitre « Masse et inertie » : […] Il existe une autre caractérisation de la masse d'un corps à partir de son comportement dynamique. L'expérience courante l'indique aussi bien : plus la masse (quantité de matière) d'un objet est grande, plus il est difficile de le mettre en mouvement ou de l'arrêter, autrement dit, de modifier son état de mouvement. Le principe de l'inertie, ébauché par Galilée, puis par Descartes, et énoncé par […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/masse-physique/#i_3048
MÉDAILLE D'OR DU CNRS 2017
Dans le chapitre « Deux pionniers mis à l’honneur » : […] Physicien expérimentateur, Alain Brillet a développé la méthode de détection sur laquelle repose l’extrême sensibilité des interféromètres LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) et Virgo (qui tire son nom de l’amas de galaxies de la Vierge), instruments scientifiques situés respectivement aux États-Unis et en Europe, construits pour traquer ces ondes gravitationnelles. Physici […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/medaille-d-or-du-cnrs-2017/#i_3048
MONDE
Dans le chapitre « La notion de champ » : […] La science moderne de la nature, de son côté, a élaboré un appareil conceptuel qui lui a permis de s'attaquer au problème de la structure globale de la réalité physique. C'est, comme on le sait, dans le cadre de la théorie de la relativité que ce développement s'est effectué. Le but d' Einstein, en passant de la relativité restreinte à la relativité générale, était de se débarrasser de la conditio […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/monde/#i_3048
MOUVEMENT
Dans le chapitre « Espace, temps, matière » : […] Comme on l'a déjà suggéré, la solution apportée par Newton au problème de la « cause » du mouvement inertiel – l'emprise de l'espace (absolu) sur les choses – n'est pas, en dépit de tous les succès qu'a connus la théorie newtonienne, celle qui convient. La raison en est que le concept d'espace absolu (tout comme celui de repos absolu) est en contradiction avec le principe de relativité galiléen. C […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/mouvement/#i_3048
SÉPARABILITÉ ET NON-SÉPARABILITÉ, mécanique quantique
Albert Einstein, père de la relativité, a joué un rôle majeur dans la genèse de la mécanique quantique, notamment en interprétant, en 1905, l'effet photoélectrique en termes de quanta lumineux, ou photons, ce qui lui vaudra le prix Nobel. Cependant, lorsque, vers la fin des années 1920, la théorie quantique est en passe d'être formulée de façon cohérente, Einstein va se dresser contre l'interpréta […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/separabilite-et-non-separabilite-mecanique-quantique/#i_3048
NOTION DE COURBURE DE L'ESPACE-TEMPS
En 1912, selon ses propres termes, Einstein « travaille comme un fou au problème de la gravitation ». Il s'aperçoit que, dans le cas simplifié d'un champ statique, les équations du mouvement d'un point peuvent s'interpréter comme des équations de Lagrange issues d'un principe de moindre action : « Il s'avère que les équations de la mécanique analytique ont une importance qui transcende la mécaniq […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/notion-de-courbure-de-l-espace-temps/#i_3048
ONDES GRAVITATIONNELLES
Dans le chapitre « Genèse de la relativité générale et principes » : […] Après avoir proposé en 1905 la relativité restreinte, une nouvelle cinématique permettant de décrire de façon cohérente les phénomènes physiques qui mettent en jeu des vitesses proches de celle de la lumière, Albert Einstein entreprit de généraliser le principe de relativité qui la sous-tend et en déduisit en 1915 une nouvelle théorie de la gravitation fondée sur une difficile géométrie d’ espace […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/ondes-gravitationnelles/#i_3048
PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Bosons
Dans le chapitre « Caractère quantique de la lumière et interférences » : […] Il y a de multiples preuves de la nécessité de quantifier le rayonnement. Cependant, dans les expériences d'optique, le caractère corpusculaire de la lumière est souvent difficile à mettre en évidence. Nous présentons ci-dessous une situation expérimentale où la description de la lumière en termes de photons est indispensable. Considérons un paquet d'ondes incident sur une lame séparatrice et deu […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/particules-elementaires-bosons/#i_3048
PHOTOÉLECTRIQUE EFFET
Dans le chapitre « Émission photoélectrique » : […] En 1887, la théorie électromagnétique semblait devoir rendre compte de toutes les propriétés de la lumière. Cependant, dans une expérience sur la production d'oscillations électriques, Heinrich Hertz s'aperçut qu'une étincelle jaillit plus facilement entre deux électrodes lorsque celle qui est polarisée négativement est éclairée par une lumière ultraviolette. Ce phénomène put être attribué, dès 1 […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/effet-photoelectrique/#i_3048
POPPER KARL RAIMUND (1902-1994)
Dans le chapitre « La logique de la découverte scientifique » : […] Comment distinguer, plus précisément comment « démarquer » la science véritable des pseudo-sciences : mythologies, gnoses, idéologies, métaphysiques ? Telle est l'une des questions initiales auxquelles Popper se trouva très jeune confronté, lorsqu'il rencontra la psychanalyse, puis le marxisme, enfin – rencontre décisive – les théories d'Einstein. Le bilan de ses réponses, multiples, mesurées et c […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/karl-raimund-popper/#i_3048
QUANTIQUE PHYSIQUE
Dans le chapitre « Quelques expériences cruciales » : […] Une première lézarde apparaît dans l'édifice. La thermodynamique classique montre qu'en situation d'équilibre un corps noir , c’est-à-dire un corps qui absorbe la totalité du rayonnement qu'il reçoit, émet un rayonnement dont le spectre (la distribution des longueurs d'onde) ne dépend que de la température : un morceau de charbon, une tige de fer passent du rouge au jaune, puis du jaune au blanc […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/physique-quantique/#i_3048
RELATIVITÉ - Relativité restreinte
Dans le chapitre « L'équivalence masse-énergie » : […] Dès 1905, Einstein écrit que la masse ( M ) d'un corps est la mesure de son contenu en énergie. Deux ans plus tard, il pose sa fameuse équation, E = Mc 2 , reliant les concepts d'énergie et de masse pour un corps au repos. Si on désire une formulation valable dans n'importe quel référentiel, on doit utiliser la formulation « invariante » sous les transformations de Lorentz de cette loi, qui s'éc […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/relativite-relativite-restreinte/#i_3048
RELATIVITÉ - Relativité générale
Dans le chapitre « Équations de champ » : […] Einstein a cherché à généraliser l'équation de Poisson, ΔU = — 4πGρ g , qui relie les dérivées secondes du potentiel newtonien U à la densité de masse gravitationnelle ρ g . La généralisation relativiste de ρ g est, de façon essentiellement unique, le tenseur d'énergie-impulsion Τ μν à cause, d'une part, des équivalences masse gravitationnelle = masse inertielle = énergie/ c 2 , d'autre part, de […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/relativite-relativite-generale/#i_3048
SPECTROSCOPIE
Dans le chapitre « Le rayonnement électromagnétique » : […] Le rayonnement électromagnétique est constitué par la combinaison d'un champ électrique et d'un champ magnétique oscillant à des fréquences généralement très élevées. L'étude du spectre thermique du corps noir a conduit Max Planck à introduire la notion de quanta, qui désigne la quantité d'énergie mise en jeu dans une interaction entre le rayonnement et la matière. À cette quantité, Albert Einste […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/spectroscopie/#i_3048
TEMPS
Dans le chapitre « Groupe de Lorentz-Poincaré » : […] Si c est une constante absolue, les lois du changement de référentiel spatio-temporel : ne peuvent plus avoir la forme simple (2) et (3) conservant (1). Elles devront conserver, en particulier, la loi de propagation d'une onde optique : et, plus généralement, l'invariant d'espace-temps : remplaçant (1). À cause du signe moins devant le quatrième carré, le carré s 2 de la « distance spatio-tempo […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/temps/#i_3048
TROUS NOIRS
Dans le chapitre « Qu’est-ce qu’un trou noir ? » : […] L'existence d’astres invisibles, appelés depuis 1968 « trous noirs », a été imaginée dès la fin du xviii e siècle par le Britannique John Michell (1724-1793) et par le Français Pierre Simon de Laplace (1749-1827) dans le cadre de la théorie de la gravitation universelle d’Isaac Newton (1642-1727). Par quelques calculs simples fondés sur la vitesse de libération (vitesse minimale à partir de laqu […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/trous-noirs/#i_3048
Voir aussi
Pour citer l’article
Michel PATY,
« EINSTEIN ALBERT -