Au début du xxe siècle, la physique connaît deux grandes révolutions : celle de la relativité et celle de la mécanique quantique. Einstein, père de la relativité, a beaucoup écrit pour faire comprendre ses théories souvent difficiles, à destination des scientifiques mais aussi des non-spécialistes.
DANS LA TÊTE D’EINSTEIN
La théorie de la relativité, restreinte ou générale, est une théorie fondamentale de la physique moderne. Einstein, qui la structure au début du xxe siècle, va bouleverser et le monde de la physique et notre vision de l’Univers. Depuis sa découverte, de très nombreux scientifiques ont tenté d’en percer les mystères, puis d’en comprendre les conséquences et enfin de la diffuser le plus largement possible dans la communauté scientifique mais aussi auprès du grand public. Ce livre est intéressant car il revient à la source même de la découverte, à la construction de la pensée qui a abouti à cette révolution intellectuelle, sous la plume d’Einstein lui-même. On peut y découvrir les étapes qui l’ont amené à déconstruire la physique de Newton et à appréhender la gravitation non plus comme une force mais comme une déformation de l’espace-temps. On y découvre également Einstein réfléchissant sur la portée et les enjeux de sa découverte, aussi bien scientifiquement que philosophiquement.
LA RELATIVITÉ RESTREINTE
L’ouvrage suit la temporalité des travaux d’Einstein. On commence par la relativité restreinte, on poursuit par la relativité générale et l’on finit par des considérations générales sur l’Univers considéré comme un tout ou la recherche d’une généralisation de la relativité. Einstein, en 1905, publie un article visant à réconcilier l’électromagnétisme et la cinématique dans lequel il énonce deux postulats, fondements de la relativité restreinte, qui vont bouleverser la vision du monde. D’un côté il pose l’idée que tous les référentiels inertiels sont équivalents, et de l’autre, il affirme que la vitesse de la lumière dans le vide possède la même valeur dans toutes les directions et dans tous les référentiels inertiels. Les nombreuses conséquences, comme la dilatation du temps, la contraction des longueurs ou encore l’équivalence entre la masse et l’énergie, nécessiteront de nombreuses confirmations expérimentales avant d’être unanimement acceptées, dont Einstein se fait l’écho ici.
LA RELATIVITÉ GÉNÉRALE
La seconde partie de l’ouvrage est consacrée à la théorie de la relativité générale. Einstein souhaite étendre sa théorie de la relativité à tous types de référentiels, et plus seulement inertiels. Pour cela, il va construire de toutes pièces une nouvelle théorie de la gravitation, la relativité générale. Il pose le principe d’équivalence, véritable fondement de la relativité générale, en 1907, puis mettra presque dix ans à formaliser complètement sa théorie. L’idée très novatrice d’Einstein est de ne plus considérer la gravitation comme une force, mais comme une déformation de l’espace-temps. Il aura recours, pour écrire les équations de la relativité générale, à des mathématiques très sophistiquées, dans lesquelles la notion de droite est remplacée par celle de géodésique. Incroyablement prédictive, la relativité générale mit de nombreuses années à être acceptée mais est aujourd’hui l’une des deux grandes théories physiques qui gouvernent notre Univers, avec la mécanique quantique.
LA QUESTION DE LA GÉNÉRALISATION
La question de la généralisation de la relativité générale est déjà présente dans les écrits d’Einstein que l’on peut découvrir dans les deux dernières parties de cet ouvrage. On y lit une pensée en mouvement, et non plus l’exposé d’une théorie déjà finalisée, autour de la structure de l’espace, de la possibilité d’un monde fini et cependant non limité ou encore la question de l’unification de la physique, réflexions que mène Einstein en utilisant la notion de champ. Et l’on peut lire dans les lignes d’Einstein son rapport conflictuel avec l’autre grande théorie née au début du xxe siècle, la mécanique quantique. Einstein ne croit pas à la nécessité d’avoir recours à cette nouvelle théorie pour expliquer l’Univers, mais affirme qu’il faut s’accrocher à une théorie relativiste des champs afin de proposer une généralisation de la relativité générale. Ce n’est qu’à la fin de sa vie qu’Einstein admettra que l’unification de la physique devra se faire avec la mécanique quantique.
UNE PENSÉE FONDATRICE
Il n’est sans doute pas nécessaire d’insister sur la postérité des travaux d’Einstein. Aucune théorie construite par un homme seul, même s’il eut recours à d’autres scientifiques pour finaliser ces travaux, n’a connu un tel retentissement. Aujourd’hui, la relativité générale est décortiquée et les équations qui la régissent n’ont pas fini de permettre de formidables découvertes, comme celle des trous noirs ou celle des ondes gravitationnelles. Les débats contemporains autour de l’unification de la physique, à travers la théorie des cordes ou celle de la gravitation quantique à boucles, s’appuient encore sur les travaux d’Einstein. Et il n’y a rien de plus passionnant que de découvrir des théories sur lesquelles tout s’est construit sous la plume du créateur de ces théories. Einstein n’est pas un grand vulgarisateur au sens où il n’évite pas la difficulté ou le recours à des outils mathématiques complexes, mais pénétrer au cœur de sa pensée est un plaisir dont il ne faut pas se priver.