Einstein et le mouvement brownien
Crédit Photo: American Institute of Physics
Einstein et sa première femme avec leur fils premier-né.
Crédit Photo: Institut Américain de physique
L’office des brevets à Berne.
En mars 1905, un jeune greffier de brevets en Suisse nommé Albert Einstein a soumis un article révolutionnaire étendant la notion de quanta de Planck de 1900 à la double nature onde / particule de la lumière., Il a été publié dans les Annalen der Physik. En mai, la revue a reçu un autre article d’Einstein. Cette fois, son sujet était la théorie cinétique des gaz, mais le document était tout aussi révolutionnaire dans ses conclusions.
au 19ème siècle, les physiciens avaient affiné la théorie cinétique des gaz, qui décrivait la chaleur comme un effet du mouvement agité sans arrêt des atomes. Avec le physicien américain J. Willard Gibbs, Ludwig Boltzmann a utilisé la théorie cinétique pour résoudre le soi-disant « paradoxe de réversibilité » en physique., Cela découle de la deuxième loi de la thermodynamique, qui dicte que la plupart des processus naturels sont irréversibles, en contradiction apparente avec la mécanique Newtonienne des atomes.
Bolztmann a réinterprété la deuxième loi comme statistique, plutôt que comme absolue. Il a estimé qu’il y a tellement d’atomes et de molécules qui composent quelque chose d’aussi petit qu’un glaçon, par exemple, qu’il est extrêmement improbable—mais pas impossible—que les molécules d’un glaçon fondu reviennent du désordre d’un liquide à leur arrangement ordonné d’origine., L’improbabilité statistique de ces molécules, cependant, était la source de l’irréversibilité apparente observée dans la nature.
alors qu’il était étudiant à L’Institut Polytechnique de Zurich, Einstein a rencontré une jeune femme serbe, Mileva Maric, la seule femme de sa classe de physique. La famille d’Einstein s’est opposée à tout discours sur le mariage, même après que Mileva a donné naissance à une fille (qui a apparemment été abandonnée pour adoption). Le couple s’est finalement marié en 1903 après Qu’Einstein eut obtenu son emploi à l’Office des brevets. Leur premier fils est né en 1904.,
Einstein était censé ignorer le travail de Boltzmann quand il a commencé à dériver indépendamment la deuxième loi de la thermodynamique de 1902 à 1904 pour développer sa propre forme de mécanique statistique. Il a utilisé la mécanique, les atomes et les arguments statistiques pour formuler une « théorie moléculaire générale de la chaleur. »
Einstein a développé cette théorie moléculaire statistique des liquides pour sa thèse de doctorat à L’Université de Zurich. Dans un autre article, il a appliqué la théorie moléculaire de la chaleur aux liquides pour expliquer le casse-tête du « mouvement brownien ».,
en 1827, le botaniste anglais Robert Brown remarqua que les graines de pollen en suspension dans l’eau se déplaçaient de façon irrégulière. Einstein a ensuite estimé que si des particules minuscules mais visibles étaient en suspension dans un liquide, les atomes invisibles dans le liquide bombarderaient les particules en suspension et les feraient trembler. Einstein a expliqué le mouvement en détail, prédisant avec précision les mouvements irréguliers et aléatoires des particules, qui pourraient être directement observés au microscope.,
lorsque L’article D’Einstein est apparu pour la première fois en 1905, la notion d’atomes et de molécules était encore un sujet de débat scientifique passionné. Ernst Mach et le chimiste physique Wilhelm Ostwald étaient parmi ceux qui ont choisi de nier leur existence. Ils ont fait valoir que les lois de la thermodynamique n’ont pas besoin d’être basées sur la mécanique, qui dictait l’existence d’atomes invisibles en mouvement. Ostwald en particulier a défendu l’idée que la thermodynamique ne traitait que de l’énergie et de la façon dont elle se transforme dans le monde quotidien.,
Cependant, en mai 1908, Einstein avait publié un deuxième article sur le mouvement brownien fournissant encore plus de détails que son article de 1905, et suggérant un moyen de tester sa théorie expérimentalement. La même année, un physicien français nommé Jean Baptiste Perrin a mené une série d’expériences qui ont confirmé les prédictions D’Einstein. Perrin a écrit que ses résultats « ne peuvent laisser aucun doute sur l’exactitude rigoureuse de la formule proposée par Einstein », et ses travaux lui ont valu plus tard son propre Prix Nobel de physique, en 1926.,
finalement, les preuves expérimentales soutenant la théorie du mouvement brownien D’Einstein sont devenues si convaincantes que les opposants ont été forcés d’accepter l’existence d’atomes matériels. Son travail fondamental sur l’application de méthodes statistiques aux mouvements aléatoires des atomes newtoniens a également conduit à ses idées sur l’effet photo-électrique, à travers la découverte d’un lien critique entre sa théorie statistique de la chaleur et le comportement du rayonnement électromagnétique. C’était la première étape de son objectif d’unifier les deux champs., Jusqu’à présent, la théorie électromagnétique développée par James Clerk Maxwell à la fin du 19ème siècle avait résisté à toutes les tentatives de la réduire à des processus mécaniques. Einstein a entrepris de faire exactement cela.
le mois Prochain: la Relativité restreinte
Voir l’exposition spéciale sur Albert Einstein, la vie et l’œuvre par l’Institut Américain de Physique: http://www.aip.org/history/einstein/