Mais quelle épopée ! Qui verra se succéder les découvertes dans cet ordre de véritables génies : du Chastellet, Lavoisier, Faraday et Einstein, entre le milieu du 18ème siècle et le début du 20ème pour aboutir à – E=MC2
E - est « énergie » - démontrée au début du 19ème siècle en Angleterre par Michael Faraday.
= - le signe « égal » : est attesté en 1557 dans livre The Whetstone of Witte du mathématicien gallois Robert Recorde[].
M - est « masse » - démontrée à l’époque de la révolution française par Antoine Laurent de Lavoisier.
C – est « céléritas », ou, vitesse de la lumière, démontrée au milieu du 19ème siècle en Angleterre par Michael Faraday et ensuite James Clerk Maxwell.
« 2 » – est « puissance au carré », démontré au milieu du 18ème siècle en France par Emilie du Chastellet.
Au final c’est le jeune Albert Einstein qui en 1905 mettra sur pied l’équation de la relativité restreinte, et qui définira la Théorie de la relativité générale = tout ce qui touche à l’immensément grand.
A la même période sera introduit la constante de Planck (Max Planck) et La mécanique quantique = tout ce qui touche à l’infiniment petit.
Imaginons un train chargé de tronc d’arbres, se déplaçant à la vitesse de la lumière, on y ajoute encore des troncs d’arbre pour espérer qu’il aille plus vite, mais comme il est impossible à un objet d’aller plus vite que la vitesse de la lumière, l’énergie ajoutée rend le train de plus en plus lourd et se transforme en masse. L’énergie peut se convertir en masse, et la masse peut se convertir en énergie, elles ne sont pas distincte. Energie et masse sont connectées par la vitesse de la lumière au carré. Einstein peut donc dire que l’énergie transformée en masse sera multipliée au carré de la vitesse de la lumière. Ce qui donnera une puissance énergie absolument incroyable !
Suite à l’article d’Einstein en 1905, la communauté scientifique ne parlera plus jamais de masse ou d’énergie, car, elles se cofonderont dorénavant.
En suivant le résonnement d’Einstein : n’importe quel objet de l’univers est une pièce chargée d’une immense énergie compressée et qui pourrait dégager une force incroyable si on réussissait à aller chercher l’énergie accumulé à l’intérieur des atomes… IL pensait qu’il faudrait au moins 100 ans pour y parvenir. Deux éléments vont lui donner tord : le premier ; est une physicienne Autrichienne du nom de Lise Meitner, qui en 1938 joua un rôle déterminant avec son neveu Otto Frisch dans l’explication théorique de la fission nucléaire. Le second : la seconde guerre mondiale, la communauté scientifique prit conscience de la possibilité de produire une réaction en chaîne pouvant libérer une quantité d'énergie colossale. L'éventualité d'une application militaire apparut alors, et la construction d’une bombe.
L’idée d’atome est née sur les bords de la mer Egée, il y a presque 2 500 ans. Le philosophe grec Leucippe et son disciple Démocrite ont, les premiers, suggéré que toute matière était composée de particules infimes et invisibles à l'œil nu. Cette idée est venue en regardant les plages qu'ils avaient constamment sous les yeux : en regardant une plage vue du haut d'une falaise, il est impossible de savoir qu'elle est composée de petits grains de sable; pour s'en apercevoir il faut s'en approcher très près ; la matière c'est pareil, elle est constituée de petits grains mais à notre échelle il est impossible de s'en apercevoir.
Des réflexions encore plus philosophiques sont venues renforcer leurs idées: en admettant que l'on puisse briser un objet en fragments de plus en plus petits, raisonnaient-ils, il y a forcément un moment où l'on atteint le plus petit morceau de matière qu'il soit possible de casser. Si tel n'était pas le cas, il faudrait supposer que n'importe quel corps peut être divisé à l'infini. On ne pourrait faire alors aucune différence entre le vaste Univers et un simple grain de sable, tous deux contenant une infinité de mondes.
Plus tard, Aristote proposa que toute la matière fût composée de 4 éléments : l'eau, l'air, la terre et le feu. Cette conception perdurera jusqu'au 18ème siècle.
En ce temps là on parlait de « forces », la force du vent, la force d’une fenêtre qui se ferme, bref, les choses, les objets étaient inertes. Puis, à l’époque du roi Louise 15 un Monsieur de Lavoisier démontra que tout ce qui paraissait inerte jusqu’à ce jour était en fait une « masse » composée d’éléments. Pour faire très simple, un objet était composé d’éléments invisibles collés les uns aux autres.
- M -
La révolution chimique – 18ème siècle
- La notion d'élément. Lavoisier remet en cause les quatre éléments d'Aristote - la terre, l'eau, l'air, le feu - et redéfinit la notion d'élément; il montre que l'air atmosphérique est un mélange d'oxygène et d'azote et que l'eau est un corps composé, formé d'oxygène et d'hydrogène. Il met en évidence le rôle de l'oxygène dans les combustions, les calcinations, les oxydations, la formation des acides.
La plupart des gens de l'époque de Lavoisier étaient convaincus que la matière était composée des quatre éléments fondamentaux (la terre, l'air, l'eau et le feu). La théorie du phlogistique était aussi très vraisemblable à cette époque.
Aidé de ses multiples qualités de scientifique, de ses instruments et de sa méthode de travail précise, Lavoisier détruira les croyances des gens et réinventera la chimie sur une toute nouvelle base; d'où la chimie moderne. Pour faire simple, Lavoisier démontra que la masse, une table par exemple n’était pas quelque chose d’inerte, mais constitué de « grains » qui étaient reliés ou plutôt collés les uns aux autres par des composants énergétiques.
… En aparté :
De nos quatre génies, assez curieusement 3 d’entre eux eurent la chance d’être accompagnés dans leur vie intime par des épouses et des compagnons, complices, collaborateurs, esprits éclairés de même niveau.
Pour Lavoisier ce fut sa femme, Marie-Anne Pierrette Paulze (1758 - 1836) qui collabora à son œuvre scientifique en lui traduisant de l’anglais en français diverses publications et en dessinant toutes les planches illustrant son traité de chimie. Après l'exécution de son mari le 8 mai 1794, elle fit publier ses mémoires inachevés.
Pour Emilie du Chastellet, ce fut 15 ans de complicité et de vie commune avec Voltaire (1694 – 1778). A la mort d’Emilie à l’âge de 43 ans, Voltaire fit paraitre sa traduction française du Principia Mathematica de Newton - Qui fait toujours autorité au 21ème siècle.
Pour Albert Einstein ce fut sa première épouse la mathématicienne Mileva Marić (1875 – 1948) Le débat sur sa contribution dans les travaux de son mari a été relancé dans les années 1980 lors de la publication des lettres échangées entre Albert Einstein et elle. Le contenu de ces lettres n'était pas uniquement personnel et sentimental, mais portait également sur la physique et sur leurs travaux scientifiques respectifs. Il est certain qu’Albert durant les années prolifiques de sa jeunesse a eu la chance d’avoir pour compagne et complice une doctorante en mathématiques.
« 2 » - puissance au carré
L’énergie cinétique – 18ème siècle
Emilie du Chastellet fut engagée dans la polémique sur la forme de l’énergie cinétique «forces vives» et a menée des expériences pour prouver que les forces vives étaient proportionnelles au carré de la vitesse, et non à la vitesse comme lepensaient certains scientifiques à la suite de Descartes.
En algèbre, la puissance d'un nombre est le résultat de la multiplication répétée de ce nombre avec lui-même ; c’est en 1572 que Raphael Bombelli mathématicien italien l’utilisera sous la forme que nous connaissons aujourd’hui.
L’expérience concluante d’Emilie du Chastellet: deux billes de fer tombant de la même hauteur dans un bac de plâtre mais ne pesant pas le même poids, verra que le trou creusé par la plus lourde est 4 fois plus profond que le trou creusé par la bille la plus légère. Mesuré en cm, cela donne invariablement une mesure de puissance au carré. Ce qui veut dire que la bille la plus lourde à dégagée 4 fois plus d’énergie en tombant, et cela est invariable. Mis à l’échelle d’une fission, cela dégagera une énergie colossale.
- E -
L’électromagnétisme – 19ème siècle
En 1832, Michael Faraday fait passer un courant électrique dans une cuve remplie d'eau, et constate que du dihydrogène se dégage à
l'électrode négative, et du dioxygène à l'électrode positive.
En mesurant la quantité de gaz produits, il se rend compte qu'elle dépend directement de la quantité d'électricité qui a circulé dans la cuve; le courant électrique coupe apparemment l'eau en ses
2 éléments chimiques de base (cela s'appelle une électrolyse). Faraday ne voit qu'une explication au phénomène: l’électricité doit être, d'une manière ou d'une autre, la force qui lie les atomes
entre eux. Donc, si les atomes de la matière restent collés les uns aux autres c’est que l’énergie électromagnétique les maintient ensemble, et que
donc, tout objet inanimé est potentiellement producteur d’énergie.
C – Vitesse de la lumière – Soit : 299.792.458 mètres par seconde – 19ème siècle
Induction magnétique – Condition supplémentaire
La vitesse de la lumière a étécalculée pour la première fois vers 1676 par Ole Roemer, un astronome danois travaillant à Paris.
Nous retrouvons Michael Faraday à la fin de sa vie et son concept de champ magnétique et aussi que ce champ vari en fonction du temps -- comme celui d'un courant alternatif (AC) - pouvant produire des courants électriques, si (par exemple) des fils de cuivre sont placés de façon appropriée. C'est l'induction magnétique, phénomène à la base des transformateurs électriques. Ainsi, les champs magnétiques peuvent produire des courants électriques, et nous savons déjà que les courants électriques produisent des champs magnétiques… La masse, l’énergie, la masse etc. Et c’est là qu’intervient son jeune collègue en 1861, James Clerk Maxwell, car, cette onde électrique fut impossible dans un espace vide, parce qu’un espace vide ne contient aucun fil de cuivre qui puisse véhiculer les courants requis pour accomplir ce cycle ; Maxwell résolut l'énigme en énonçant qu'il fallait une condition supplémentaire aux équations de l'électricité : le courant électrique peutcirculer dans le vide, mais à la condition d'osciller très rapidement. Avec cette restriction : les équations de l'électricité et du magnétisme nécessitent une onde se déplaçant à la vitesse de la lumière. Pour faire simple, tous échanges – énergie – masse se fait invariablement à la vitesse de la lumière.
En 1903 : un physicien et un chimiste
britanniques, Ernest Rutherford et Frederick Soddy, comprennent que la radioactivité, comme l'a appelée Marie Curie provient de la transformation d'un atome en un autre. Les atomes peuvent donc se casser ! La découverte fait sensation et modifie définitivement la conception des scientifiques sur la matière.
Ainsi la matière n'était pas composée de petites billes homogènes, comme on l'avait cru jusqu'alors ; mais voilà qu'on décelait des particules - les électrons -1 800 fois plus légères qu'un atome d'hydrogène ! Rutherford proposa en 1910, un modèle atomique comparable au système solaire: autour d'un noyau soleil constitué de protons gravitent des électrons planètes chargés négativement.
… Albert Einstein passa par là et eut le génie de mettre ces connaissances, et ses connaissances bout à bout pour en arriver à la plus célèbre équation de l’histoire humaine : E=MC2 ; mais quelle épopée ce fut ! Ces femmes, ces hommes qui cherchèrent encore et encore et ce n’est pas fini avec la théorie des cordes qui voudrait à réunifier la physique relativitaire d’Einsteinet la physique quantique de Plank…
Georges Zeter/Avril 2012
Sites consultés : http://phys.free.fr/decatome.htm
http://bfgft.metawiki.com/th%C3%A9orie_des_cordes
http://www.e-rara.ch/zut/content/structure/556172
Principes Mathématiques de la Philosophie Naturelle / par feue Madame la Marquise Du Chastellet A Paris : Chez Desaint & Saillant Lambert, 1756 – à consulter sur Internet :
http://www.e-rara.ch/zut/content/structure/556172
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