Albert Einstein, l’un des plus grands esprits du XXe siècle, a changé à jamais le paysage de la science en introduisant des concepts révolutionnaires qui ont bouleversé notre compréhension du monde physique.
L’une des qualités les plus marquantes d’Einstein était sa remarquable capacité à conceptualiser des idées scientifiques complexes en imaginant des scénarios de la vie réelle. Il appelait ces scénarios “Gedankenexperiments “, ce qui signifie “expériences de pensée” en allemand.
Voici quelques expériences de pensée qui illustrent certaines des découvertes les plus révolutionnaires d’Einstein.
Imaginez que vous poursuivez un faisceau lumineux.
Einstein a commencé à réfléchir à cette question alors qu’il n’avait que 16 ans. Que se passerait-il si vous poursuiviez un faisceau lumineux qui se déplace dans l’espace ?
Si vous parveniez à rattraper la lumière, pensait Einstein, vous seriez en mesure d’observer la lumière figée dans l’espace. Mais la lumière ne peut pas être figée dans l’espace, sinon elle cesserait d’être de la lumière.
Einstein finit par se rendre compte que la lumière ne peut pas être ralentie et qu’elle doit toujours s’éloigner de lui à la vitesse de la lumière. Il fallait donc que quelque chose d’autre change. Einstein s’est finalement rendu compte que le temps lui-même devait changer, ce qui a jeté les bases de sa théorie spéciale de la relativité.
Imaginez que vous êtes debout dans un train.
Imaginez que vous vous trouvez dans un train et que votre ami se trouve à l’extérieur du train et le regarde passer. Si la foudre tombait aux deux extrémités du train, votre ami verrait les deux éclairs tomber en même temps.
Mais dans le train, tu es plus proche de l’éclair vers lequel le train se dirige. Tu vois donc cet éclair en premier car la lumière a une distance plus courte à parcourir.
Cette expérience de pensée a montré que le temps s’écoule différemment pour une personne qui se déplace et pour une personne immobile, cimentant ainsi la conviction d’Einstein que le temps et l’espace sont relatifs et que la simultanéité n’existe pas. C’est la pierre angulaire de la théorie de la relativité restreinte d’Einstein.
Imaginez que vous ayez un jumeau dans une fusée.
Cette expérience de pensée est une variante bien connue de l’expérience de pensée de l’horloge lumineuse d’Einstein, qui concerne l’écoulement du temps.
Imaginons que vous ayez un jumeau, né presque en même temps que vous, mais qu’au moment de sa naissance, il soit placé dans un vaisseau spatial et lancé dans l’espace pour voyager dans l’univers à une vitesse proche de celle de la lumière.
Selon la théorie spéciale de la relativité d’Einstein, vous et votre jumeau vieillirez différemment. Comme le temps se déplace plus lentement à mesure que l’on se rapproche de la vitesse de la lumière, votre jumeau vieillira plus lentement.
Lorsque le vaisseau spatial atterrira sur Terre, vous serez peut-être en train d’essayer de faire le point sur votre retraite, tandis que votre jumeau sera en train de faire sa puberté.
Imaginez que vous êtes debout dans une boîte.
Imaginez que vous flottez dans une boîte, incapable de voir ce qui se passe à l’extérieur de la boîte. Soudain, vous tombez par terre. Que s’est-il passé ? La boîte est-elle attirée vers le bas par la gravité ? Ou bien la boîte est-elle accélérée par une corde qui la tire vers le haut ?
Le fait que ces deux effets produisent les mêmes résultats a conduit Einstein à la conclusion qu’il n’y a pas de différence entre la gravité et l’accélération – c’est la même chose.
Considérons maintenant l’affirmation précédente d’Einstein selon laquelle le temps et l’espace ne sont pas absolus. Si le mouvement peut affecter le temps et l’espace, et que la gravité et l’accélération sont la même chose, cela signifie que la gravité peut effectivement affecter le temps et l’espace.
La capacité de la gravité à déformer l’espace-temps est un élément essentiel de la théorie générale de la relativité d’Einstein.
Imaginez que vous lancez une pièce de monnaie à deux faces.
Einstein n’était pas le plus grand défenseur de la théorie quantique. En fait, il n’arrêtait pas de proposer des expériences de pensée pour tenter de la réfuter. Mais ce sont ces expériences de pensée qui ont poussé les pionniers de la théorie quantique à la perfectionner dans ses moindres détails.
L’une des expériences de pensée d’Einstein concernait l’intrication quantique, qu’Einstein aimait appeler “action sinistre à distance”.
Imaginez que vous ayez une pièce de monnaie à deux faces qui peut facilement être divisée en deux. Vous la tirez à pile ou face et, sans regarder, vous remettez une face à votre ami et gardez l’autre pour vous. Puis votre ami monte dans une fusée et voyage à travers l’univers.
Tu regardes alors ta pièce. Vous voyez que vous tenez dans votre main le côté pile de la pièce et vous savez instantanément que votre ami, qui se trouve à des milliards d’années-lumière de vous à ce moment-là, tient le côté face.
Si vous considérez que les faces de ces pièces sont indéterminées et qu’elles changent de côté jusqu’au moment où vous en regardez une, alors les pièces peuvent contourner la vitesse de la lumière et s’influencer instantanément, quel que soit le nombre d’années-lumière qui les séparent.