Trois GROSSES questions (en vrac) sur l'histoire des sciences physiques

[Vargo]

Je cherche à comprendre l'histoire des sciences physiques et je comprends les étapes mais parfois j'ai des trous:

1 - De quoi Planck a-t-il déduit que l'énergie n'existait que par quanta?

2- Comment Einstein a-t-il compris que la lumière a une vitesse invariante d'une part et indépassable d'autre part ? Je sais que l'expérience de Michelson avait mis en évidence le peu de crédit de la théorie de l'éther. Einstein pose-t-il donc ces deux idées de manière purement spéculative, ou déduit-il l'une de l'autre, ou bien a-t-il fait une expérience pour justifier ses idées?

3- Comment Einstein a-t-il fait le lien d'équivalence entre énergie et masse?

Voilà, ça fait comme des zones noires dans ma compréhension d'une histoire que je voudrais la plus lisse possible pour la retenir du mieux que je peux.
Vargo
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[obi76]

Bonjour,

2- Comment Einstein a-t-il compris que la lumière a une vitesse invariante d'une part et indépassable d'autre part ?

tout d'abord il faut arrêter avec ça : ça n'est pas d'Einstein cette idée.

[Vargo]

Inutile de râler...
Les scientifiques sont toujours perchés sur les épaules de leurs prédécesseurs.
La théorie de la relativité doit aussi à Minkowski, Poincaré, Lorentz, Hilbert, Grossmann...

Ma question était : comment, d'où ça sort, comment l'idée a germé (une expérience? une théorie? la communauté scientifique s'était heurté à un problème?). Si elle date d'avant Einstein, ce qui est évident, ça m'intéresse
mais je ne parlais pas des petites injustices historiques, là je parlais de l'histoire des sciences (pas des scientifiques)

[Deedee81]

Salut,

1 - De quoi Planck a-t-il déduit que l'énergie n'existait que par quanta?

De l'étude du rayonnement du corps noir. https://fr.wikipedia.org/wiki/Corps_noir

Les calculs théoriques utilisant la physique classique (électromagnétisme, physique statistique) ne marchaient pas : https://fr.wikipedia.org/wiki/Catastrophe_ultraviolette
Planckl a alors eut l'idée singulière que le rayonnement électromagnétique ne pouvait être émis que par paquets d'énergie n.nu (nu = fréquence, h = constante de Planck).
Et ça marchait de manière incroyablement précise.

Notons qu'il ne pensait pas à des quanta. C'est le mécanisme d'émission qu'il mettait en cause (les atomes étaient TRES mal connus à l'époque).
C'est Einstein qui a trouvé la même constante dans l'effet photo-électrique qui a montré que la lumière elle-même devait être constitué de "paquets" d'énergie h.nu.
Et la théorie quantique qui a suivi a confirmé ces résultats.

2- Comment Einstein a-t-il compris que la lumière a une vitesse invariante d'une part et indépassable d'autre part ? Je sais que l'expérience de Michelson avait mis en évidence le peu de crédit de la théorie de l'éther. Einstein pose-t-il donc ces deux idées de manière purement spéculative, ou déduit-il l'une de l'autre, ou bien a-t-il fait une expérience pour justifier ses idées?

Les expériences du dix-neuvième siècle, toutes (Michelson et Morley c'est juste la dernière, faut ajouter au minimum l'aberration stellaire et la mesure de la vitesse de la lumière y compris dans les liquides en mouvement), ont montré que l'éther luminifère (siège hypothétique des vibrations lumineuses) n'existait pas (les expériences lui donnaient des propriétés contradictoires).
D'autre part la théorie de Maxwell de l'électromagnétisme prédisait une vitesse constante pour la vitesse de la lumière indépendante de la vitesse des sources et récepteurs.
Einstein refusait d'admettre qu'il y ait deux ensembles incompatibles de lois (les lois de la mécanique classique et l'électromagnétisme), il a pris cette vitesse 'c' constante pour tout observateur comme règle et en a déduit la relativité restreinte (puis la générale).

3- Comment Einstein a-t-il fait le lien d'équivalence entre énergie et masse?

En adaptant les lois de la mécanique classique en tenant compte de la relativité restreinte, on aboutit à cette équivalence.

Ma question était : comment, d'où ça sort, comment l'idée a germé (une expérience? une théorie? la communauté scientifique s'était heurté à un problème?).

Toute idée est le résultat d'expériences, d'anomalies, d'explications (ou tentatives de), de discussions entre physiciens.... jusqu'à ce qu'une avancée majeure se produise qui peut alors conduire à une nouvelle théorie.
Il y a eut la même chose avec la mécanique quantique :
Corps noir, effet photoélectrique mais aussi les résultats de Rutherford sur les atomes, puis les tentatives théories de Bohr, Sommerfeld et enfin presque simultanément la formulation matricielle de Heisenberg de la MQ et la formulation ondulatoire de Schrödinger (Dirac a peu après montré qu'elles étaient équivalentes).

[A voir en vidéo sur Futura]

[jacknicklaus]

Sur toute l'histoire de la MQ, on peut lire "Mécanique Quantique" tome 1, d'Aslangul.
Les 200 premières pages sont une mine d'informations sur l'histoire, les expérimentateurs, leurs expériences, les théoriciens, etc..

Vraiment passionnant et hyper complet.

[Vargo]

Super merci je cherchais justement un bouquin pour avoir tout ça!

Et merci pour vos réponses!

[Matmat]

... la théorie de Maxwell de l'électromagnétisme prédisait une vitesse constante pour la vitesse de la lumière indépendante de la vitesse des sources et récepteurs.
Einstein refusait d'admettre qu'il y ait deux ensembles incompatibles de lois (les lois de la mécanique classique et l'électromagnétisme), il a pris cette vitesse 'c' constante pour tout observateur comme règle et en a déduit la relativité restreinte (puis la générale).

Einstein n'a pas besoin de "refuser d'admettre", puisque c'est inadmissible.
la théorie de Maxwell de l'électromagnétisme prédisait en contradiction avec le principe de relativité galiléen une vitesse constante pour la vitesse de la lumière indépendante de la vitesse des sources et récepteurs, celà étant de plus en plus confirmé par l'expérience Einstein en déduisit que c'était le principe de relativité qui devait être modifié afin que les hypothèses de la mécanique classique (relativité) et de l'électromagnétisme (vitesse c absolue) ne soient plus contradictoires.

[Nicophil]

Bonjour,

D'autre part la théorie de Maxwell de l'électromagnétisme prédisait une vitesse constante pour la vitesse de la lumière indépendante de la vitesse des sources et récepteurs.

la théorie de Maxwell de l'électromagnétisme prédisait en contradiction avec le principe de relativité galiléen une vitesse constante pour la vitesse de la lumière indépendante de la vitesse des sources et récepteurs,

Indépendante de la vitesse dans l'éther de la source mais pas du récepteur/observateur : le résultat de Michelson & Morley a surpris tout le monde.

[Deedee81]

Salut,

Einstein n'a pas besoin de "refuser d'admettre", puisque c'est inadmissible.

Evitons les anachronismes. Ils avaient peut-être une façon différente de penser à l'époque On en a tellement appris depuis que le raisonnement d'Einstein peut nous sembler profondément normal et naturel alors qu'à l'époque cela pouvait être réellement un pas conceptuel à franchir.

Indépendante de la vitesse dans l'éther de la source mais pas du récepteur/observateur : le résultat de Michelson & Morley a surpris tout le monde.

Oui, parce que c'était la dernière porte ouverte. Tous les résultats qui précédaient ne laissaient plus qu'une possibilité : le vent d'éther. Plusieurs expériences furent d'ailleurs imaginées avant M&M, notamment par Maxwell lui-même, pour le mesurer (mais pas assez précises).

Et évidemment, cette porte ouverte, on ne s"attendait pas à ce qu'elle nous claque au nez
La nature est impitoyable et quant elle dit "Vous ne passerez pas", hé bien, on retourne à sa copie