Les étranges expériences de pensée d’Albert Einstein

Les étranges expériences de pensée d’Albert Einstein

    1324

    Considéré comme l’un des plus grands savants du 20ème siècle, Albert Einstein a changé la science à jamais grâce à ses concepts révolutionnaires qui ont bouleversé notre vision du monde. Si le physicien américain d’origine allemande est principalement connu pour sa célèbre formule E=mc², l’un des plus grands achèvements d’Einstein est d’avoir été capable de conceptualiser des idées scientifiques complexes en imaginant des scénarios dans la vie réelle. Ces scénarios, appelés “Gedankenexperiments” en allemand ou « expériences de pensée » en français, sont basés sur les rêves d’Einstein qui alors âgé d’à peine 16 ans a développé une théorie après s’être imaginé poursuivre un rayon de lumière.  Cette expérience de pensée a joué un rôle clé dans le développement de la notion de relativité.

     

    Albert Einstein, considéré comme un savant fou et anti conformiste

    À l’inverse des physiciens dits expérimentaux qui observent et essaient ensuite de comprendre, Einstein s’intéressait tout d’abord à la théorie et au calcul afin d’élaborer des idées qui étaient ensuite être validées par l’observation. C’est ainsi que son nées ses fameuses expériences de pensée.

     

    L’expérience du rayon de lumière

    Les réflexions d’Einstein sur la lumière ont commencé à l’âge de 16 ans. Il s’est posé la question suivante : que se passerait-il si vous chassiez un rayon de lumière qui bouge à travers l’espace ? D’après lui, si vous réussissiez à rattraper la lumière, vous seriez capable d’observer la lumière figée dans l’espace. Mais par définition la lumière ne peut être figée. Einstein a finalement réalisé que la lumière ne pouvait être ralentie, et serait toujours en mouvement, bougeant à sa propre vitesse. C’est donc un autre paramètre qui devait changer, et ce paramètre c’est le temps. Cette expérience a mené à l’élaboration de la théorie de la relativité.

     

    « La théorie, c’est quand on sait tout et que rien ne fonctionne. La pratique, c’est quand tout fonctionne et que personne ne sait pourquoi. Ici, nous avons réuni théorie et pratique : Rien ne fonctionne… et personne ne sait pourquoi ! » Albert Einstein

     

    Le paradoxe du train

    Jusqu’en 1905, année qui signa l’avènement de la théorie de la relativité restreinte, le temps était considéré par les scientifiques comme universel. Le paradoxe  du train d’Einstein réfute la véracité de cette théorie et montre que le temps dépend du référentiel dans lequel on le mesure. Le temps écoulé entre deux évènements dépend donc du système de référence utilisé. Imaginez-vous debout dans un train, pendant que votre ami se tient sur le quai, vous regardant passer. Si une lumière frappe les deux extrémités du train, votre ami pourrait voir les deux rayons de lumière en même temps. Mais en étant à l’intérieur du train, vous êtes plus proche du rayon de lumière vers lequel le train se dirige, vous verrez donc ce rayon en premier car la lumière est à une distante plus courte. Cette expérience de pensée a montré que le temps prend une dimension différente pour ce qui bouge et ce qui se tient debout. Cette théorie d’Einstein montre que le temps et l’espace sont relatifs, et que la simultanéité n’existe pas.

     

    « L’imagination est plus importante que la connaissance. La connaissance est limitée alors que l’imagination englobe le monde entier, stimule le progrès, suscite l’évolution. » Albert Einstein au sujet de la science.

     

    L’expérience du jumeau et de la navette spatiale

    Cette expérience de pensée est une variation d’une expérience similaire d’Einstein, qui s’intéresse à l’écoulement du temps. Imaginons que vous ayez un jumeau, né exactement au même moment que vous. Mais au moment où votre jumeau est né, il est instantanément placé dans une navette spatiale et lancé dans l’espace pour voyager à travers l’univers, le tout à la vitesse de la lumière. À en croire la théorie de la relativité d’Einstein, votre jumeau et vous allez vieillir de manière différence. Le temps s’écoule plus lentement à mesure que vous approchez la vitesse de la lumière, et donc votre jumeau vieillira plus lentement que vous. Lors de son retour sur terre, vous prendrez votre retraite tandis que votre jumeau sortira à peine de la puberté.

     

    L’expérience de la boite

    Imaginez que vous flottez à l’intérieur d’une boîte, incapable de voir ce qu’il se passe à l’extérieur. Soudainement, vous vous écrasez au sol. Que s’est-il passé ? Est-ce que la boîte a été tirée vers le bas par la gravité? Ou bien peut être que la boîte a été tirée vers le haut par une corde ? En fait, ces deux actions produiraient le même effet, ce qui a mené Einstein à la conclusion qu’il n’y a pas de différence entre la gravité et l’accélération, ce sont exactement les mêmes phénomènes, et donc la gravité peut affecter le temps et l’espace. Cette expérience prend une très grande importance dans la théorie générale de la relativité d’Einstein.

     

    « Placez votre main sur un poêle une minute et ça vous semble durer une heure. Asseyez-vous auprès d’une jolie fille une heure et ça vous semble durer une minute. C’est ça, la relativité. » Albert Einstein au sujet de la relativité

     

    L’expérience de la pièce de monnaie

    Certes, Einstein n’a jamais été un grand spécialiste de la théorie quantique, et a même essayé de montrer son inexactitude grâce à ses théories de la pensée. Mais au lieu de décourager les physiciens de la théorie quantique, ces affronts leur ont permis de perfectionner leurs œuvres. L’une des théories de la pensée d’Einstein était liée à l’intrication quantique, qu’il appelait « étrange action à distance ». Imaginez être en possession d’une pièce, qui peut être divisée entre ses deux faces. Vous lancez les deux morceaux et sans regarder, donnez un morceau à votre ami tandis que vous gardez l’autre pour vous. Votre ami part ensuite dans une navette spatiale et voyage dans l’univers. Vous regardez ensuite votre moitié de la pièce, pour constater que vous détenez le côté « pile », et comprenez donc instantanément que votre ami, alors à des millions de kilomètres de là, détient le côté « face ». Mais si vous considérez les côtés de cette pièce comme indéterminés, alternant entre « pile » et « face » jusqu’au moment où vous en regardez une, alors la pièce peut détourner la vitesse de la lumière, ce qui affecte chaque côté indépendamment du nombre d’années lumières qui les sépare.

    SANS COMMENTAIRES

    Laissez une réponse