L’année des miracles d’Albert Einstein: Théorie de la lumière
Extrait de « Einstein » de John Rigden 1905′:
Dans le document de mars 1905, Einstein a directement contesté l’orthodoxie de la physique: orthodoxie qui s’était développée et renforcée depuis plus d’un siècle; orthodoxie qui reposait sur l’expérience du socle rocheux et la théorie de grande envergure.
Tous les physiciens en 1905 savaient ce qu’était la lumière. Que ce soit du soleil ou d’une ampoule à incandescence, la lumière était connue pour être une onde; c’est-à-dire une succession de crêtes également espacées séparées par des auges également espacées où la distance entre les crêtes (ou les auges) détermine la couleur de la lumière. Tous les scientifiques savaient, sans aucun doute, que la lumière provenait d’une source, se répandait uniformément et continuellement dans tout l’espace qui lui était accessible et se propageait d’un endroit à l’autre sous forme de crêtes et de creux électromagnétiques. La lumière était appelée onde électromagnétique ou, plus généralement, rayonnement électromagnétique. En 1905, la nature ondulatoire de la lumière était un fait établi et incontestable.
Face à cette connaissance universellement reconnue, Einstein a proposé que la lumière n’était pas une onde continue, mais constituée de particules localisées. Comme Einstein l’a écrit dans l’introduction de son article de mars, « Selon l’hypothèse à envisager ici, lorsqu’un rayon lumineux se propage à partir d’un point, l’énergie n’est pas distribuée de manière continue sur des espaces toujours croissants, mais se compose d’un nombre fini de quanta d’énergie qui sont localisés dans des points de l’espace, se déplacent sans se diviser et ne peuvent être absorbés ou générés que dans leur ensemble. »
Cette phrase a été appelée « la phrase la plus « révolutionnaire » écrite par un physicien du 20ème siècle. »
Einstein a anticipé l’impact de son article, en mai 1905, avant la publication de l’article, il a informé son ami Conrad Habicht qu’un prochain article sur les propriétés de la lumière était « très révolutionnaire. »D’un point de vue moderne, au moins trois des articles d’Einstein de 1905 étaient tout aussi innovants, mais pour Einstein de 1905, seule « l’hypothèse considérée ici » représentait une rupture nette avec la tradition établie. C’était révolutionnaire à l’époque et c’est resté révolutionnaire. En juin 1906, le futur physicien lauréat du prix Nobel Max Laue a écrit à Einstein niant sans équivoque l’hypothèse d’Einstein:
» Lorsque, au début de votre dernier article, vous formulez votre point de vue heuristique selon lequel l’énergie rayonnante ne peut être absorbée et émise que dans des quanta finis spécifiques, je n’ai aucune objection à formuler; toutes vos applications sont également d’accord avec cette formulation. Or, ce n’est pas une caractéristique des processus électromagnétiques dans le vide, mais plutôt de la matière émettrice ou absorbante, et donc le rayonnement ne consiste pas en des quanta de lumière comme il est dit à l’article 6 de votre premier article; au contraire, ce n’est que lorsqu’elle échange de l’énergie avec de la matière qu’elle se comporte comme si elle en était composée. »
Laue était apparemment prêt à concéder que dans le processus d’émission et d’absorption des quanta de lumière étaient impliqués, mais au-delà de cela, il était catégorique: la lumière voyageait dans le vide de l’espace comme une onde, pas comme des quanta. Laue n’était pas le seul à le croire. En 1905, l’ampleur du départ d’Einstein de la croyance sanctionnée sur la lumière était si troublante que sa théorie de la lumière des particules n’a pas été acceptée pendant deux décennies.