Albert Einstein
Effet photoélectrique

par Karine Lavertu

Albert Einstein est né le 14 mars 1879 à Ulm, une vieille ville de Souabe dans l'Allemagne du sud-ouest. Aussi loin que remonte la mémoire d'Einstein, ses ancêtres paternels et maternels y ont vécu. Ses parents lui transmettent leur amour de la musique et de la nature, leur ouverture d'esprit et la tolérance typique des Souabes. De là remonte l'aversion d'Einstein pour le militarisme prussien et pour l'apprentissage mécanisé.

Einstein passe son enfance à Munich. Dès son plus jeune âge, il préfère se plonger dans ses rêveries plutôt que de jouer comme les autres enfants. De 1913 à 1933, il est responsable de la recherche scientifique à l'Académie de Berlin Einstein doit poursuivre ses études. Après une année passée à l'école cantonale de la ville d'Aarau, en Suisse, il obtient le diplôme lui permettant d'entrer à l'École Polytechnique de Zurich, école qui occupe une grande place dans son cheminement intellectuel. C'est là que naît son intérêt pour la physique.

Il devient citoyen suisse en 1901. Peu après, il décroche un emploi au Bureau des Brevets à Berne, où il développe cette exceptionnelle faculté de saisir immédiatement la conséquence maîtresse de chaque nouvelle hypothèse. En 1905, alors qu'il occupe encore cet emploi, il publie le premier mémoire d'une longue série où il formule sa théorie de la relativité. Il révolutionne la pensée physique et éloigne, du même coup, la physique newtonienne.

En 1909, à l'Université de Zurich, il commençe la carrière pour laquelle il a étudié: il est nommé professeur. En 1910, il enseigne à l'Université de Prague en Autriche, et en 1912, à l'École polytechnique de Zurich. De 1913 à 1933, il est responsable de la recherche scientifique à l'Académie de Berlin et à l'Institut Kaiser Wilhem, à Berlin.

En plus de ses activités scientifiques, Einstein s'implique socialement dans plusieurs causes. Après la première guerre mondiale, l'Allemagne hitlérienne cherche des boucs émissaires et les trouve surtout chez les Juifs. Einstein s'allie à la cause des Juifs, en partie pour établir une université israélite à Jérusalem, et parce qu'il est lui-même juif. Toute sa vie, il est demeuré un pacifiste et il regretta amèrement que ses équations aient permis la création d'armes nucléaires.

Suite aux agitations politiques en Allemagne, Einstein vient s'établir aux États-Unis avec sa seconde femme, où il occupe un poste à l'Institut d'Études supérieures de Princeton. Il obtient sa citoyenneté américaine en 1940. Toute sa vie, il défend ses convictions et avec son humour familier et sa simplicité, il s'éleve au-dessus de tous problèmes. Albert Einstein meurt le 18 avril 1955, suite à une perforation de l'aorte. Il quitte doucement et paisiblement ce monde étrange qu'il a largement contribué à comprendre et à changer.

Effet photoélectrique et théorie du photon

Certains métaux ont la propriété d'émettre des électrons sous l'effet de radiations lumineuses dont la fréquence est supérieure à un seuil caractéristique du métal; c'est ce que l'on nomme l'effet photoélectrique. Le mouvement produit par l'arrachement d'électrons peut également engendrer un courant électrique. Albert Einstein a découvert cet effet qui l'a pourtant conduit à des problèmes d'interprétations théoriques. À cette époque, plusieurs des mystères du comportement de la lumière n'avaient pu être expliqués avec succès.

En 1900, Max Planck énonce la théorie des quanta: l'énergie des ondes électromagnétiques est émise et absorbée en portions discontinues et indivisibles, appelées quanta. En 1905, Einstein, considérant la théorie de Planck, pousse ses réflexions plus loin et va jusqu'à dire que la lumière n'est pas simplement émise et absorbée de manière discontinue sous formes de portions indivisibles, mais qu'elle est également constituée ainsi.

Il donne le nom de "quanta de lumière" à ces portions indivisibles et discontinues de la lumière, que l'on nomme photons en 1920. L'énergie de ces quanta de lumière est proportionnelle à la fréquence de l'onde électromagnétique et elle possède une valeur spécifique pour une lumière monochromatique. Cette théorie explique parfaitement l'effet photoélectrique.

Les expériences d'Einstein prouvent que dans chaque cas, l'arrachement d'un électron requiert la même quantité d'énergie, mais plus la distance entre la source de lumière et la plaque métallique est grande, moins le nombre d'électrons enlevés est élevé.

Einstein en conclut que plus la source est éloignée, plus le nombre moyen de particules dans une unité de volume de l'espace est petit, et plus la probabilité de rencontrer un quantum de lumière en un point donné est faible. Cependant, l'énergie de chaque particule est la même, quelle que soit la distance qui la sépare de la source, et cette énergie ne dépend que de la fréquence de l'oscillation. Einstein venait de prouver les propriétés à la fois corpusculaires et ondulatoires de la lumière.

Impact sur la société

Einstein a révolutionné le monde de la physique par plusieurs de ses théories. La théorie du photon est l'une de celles-là. Avant Einstein, la physique classique considérait que la lumière était une ondulation électromagnétique qui remplit l'espace continu. D'ailleurs, les deux notions classiques fondamentales disant que les particules sont des particules et qu'elles ne peuvent posséder des propriétés ondulatoires, que les ondes sont des ondes et qu'elles ne peuvent posséder des propriétés corpusculaires, n'avaient jamais été contredites jusqu'alors .

Einstein venait pourtant de prouver la combinaison paradoxale des propriétés ondulatoires et corpusculaires de la lumière. Paradoxe qui fut expliqué plusieurs années plus tard. Quoique sa théorie du photon n'a pas été considérée sérieusement par plusieurs scientifiques de cette époque, elle venait de changer radicalement notre vision de la lumière. En 1922, Einstein reçoit le Prix Nobel de Physique pour la loi photoélectrique et pour son oeuvre dans le domaine de la physique théorique.

Plus tard, l'effet photoélectrique permit également des découvertes techniques comme les piles photovoltaïques et solaires. Depuis 1958, les circuits électriques de tous les engins spatiaux fonctionnent grâce à ces piles, constituées de deux feuilles de silicium. En frappant la première feuille, la lumière fait migrer des électrons vers la seconde, créant ainsi une différence de potentiel électrique entre les deux surfaces.

Sans le savoir, Einstein a permis l'invention d'objets allant des calculatrices solaires jusqu'aux voitures solaires et aux engins spatiaux, avec tout ce que cela implique

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Albert Einstein (14 mars 1879 à Ulm, Württemberg, Allemagne - 18 avril 1955 à Princeton, New Jersey, États-Unis) physicien allemand, puis apatride (1896), suisse (1899), et enfin suisse-américain (1940).

Il a publié la théorie de la relativité restreinte en 1905 et une théorie de la gravité dite relativité générale en 1915. Il a largement contribué au développement de la mécanique quantique et de la cosmologie. Il a reçu le prix Nobel de physique en 1921 pour son explication de l'effet photoélectrique. Son travail est notamment connu pour l'équation E=mc² qui quantifie l'énergie disponible dans la matière.