De l'étudiant médiocre au lauréat du prix Nobel
Albert Einstein a été étudiant et professeur à l'ETH Zurich. Cette année marque le centième anniversaire de son prix Nobel de physique. Mais quelle est la part de l'ETH dans Einstein ? Et combien d'Einstein reste-t-il dans l'ETH ?
Lorsqu'en mars 1899, Albert Einstein, étudiant à l'ETH, se présente au rapport du professeur chargé du stage de physique, il ne se doute de rien. Le jeune homme de 20 ans n'est pratiquement pas venu en cours ces derniers mois. Au lieu de la monotonie du travail de laboratoire, Einstein avait préféré se consacrer à l'auto-apprentissage des ma?tres de la physique théorique. Il en re?oit rapidement la facture : par manque d'assiduité, Jean Pernet le recale avec un "A". Mais Einstein ne semble pas s'en soucier beaucoup. Lorsque le professeur lui demande pourquoi il ne préfère pas étudier la médecine, le droit ou la philologie, il répond brièvement : "Parce que je n'ai pas le talent nécessaire, Monsieur le Professeur. Pourquoi n'essaierais-je pas au moins la physique" ?
C'est notamment gr?ce à la confiance en soi du jeune Einstein que nous célébrons cette année le centenaire de son prix Nobel. Il a été récompensé pour sa contribution à la physique théorique et notamment pour la découverte de la loi de l'effet photoélectrique.
Pour l'ETH, Einstein fait aujourd'hui partie de l'inventaire fixe. Considéré comme l'ancien élève le plus célèbre de l'ETH, il fait l'objet d'un portrait sur le site web de la haute école et d'un circuit de visite spécifique. Nombre de ses écrits sont conservés dans les archives de la Bibliothèque de l'ETH, un buste orne le campus du H?nggerberg, un café de la Polyterrasse porte son nom, et les visiteurs pourront même bient?t s'entretenir avec un Einstein numérique. Mais quelle est la part d'ETH dans Einstein ? Quelle a été l'influence de ses années d'étudiant et de professeur à l'ETH sur ses succès ultérieurs ? Et dans quelle mesure ses théories sont-elles encore pertinentes aujourd'hui ?
"Vagabond et solitaire"
Albert Einstein commence ses études à l'ETH, qui s'appelle alors l'école polytechnique de Zurich, en octobre 1896. ? seulement 17 ans, il est l'un des plus jeunes. Pendant quatre ans, il suit principalement des cours de physique et de mathématiques, mais aussi de littérature et d'histoire. Ce faisant, il doit toujours constater que cela ne suffit que pour obtenir des notes médiocres. Car pour être un bon étudiant, note-t-il en 1955 dans ses souvenirs de l'ETH, "il faut avoir une facilité de compréhension, une volonté de concentrer ses forces sur tout ce qui vous est présenté, un amour de l'ordre pour noter par écrit ce qui est présenté dans les cours et le développer ensuite consciencieusement. Toutes ces qualités m'ont fait cruellement défaut, ce que j'ai constaté avec regret".
Ce que l'étudiant Einstein, qui se décrit lui-même comme un "vagabond et un solitaire", possède cependant en suffisance, c'est un enthousiasme presque insatiable pour les théories et les problèmes physiques de son époque. Comme l'ETH n'enseigne que peu de choses à ce sujet à l'époque - les théories de Maxwell sur l'électromagnétisme ou de Boltzmann sur la thermodynamique ne font par exemple pas partie de la matière -, il acquiert ces connaissances en grande partie par auto-apprentissage. "Dès son plus jeune ?ge, Einstein était animé d'un profond désir de connaissance. Il voulait aller au fond des choses jusqu'alors incomprises et a remis radicalement en question les paradigmes physiques courants", explique Hans Rudolf Ott, professeur de physique émérite à l'ETH.
Si Einstein réussit à terminer ses études à 21 ans malgré son manque d'enthousiasme pour le plan d'études, c'est notamment gr?ce à son ami, l'étudiant en mathématiques Marcel Grossmann. Ce sont surtout les notes de cours méticuleusement rédigées par Grossmann qui aident Einstein, qui sèche souvent les cours, à traverser ses études. Malgré tout, cela ne suffit pas pour obtenir une bonne note finale. Avec une moyenne de 4,91, Einstein est le deuxième plus mauvais de sa classe de terminale et le seul à qui on ne propose pas d'emploi d'assistant de recherche.
L'année miracle à Berne
Après avoir obtenu son dipl?me de l'ETH, Einstein survit d'abord gr?ce à différents petits boulots, comme professeur particulier à Berne. Ce n'est qu'en juin 1902 qu'il trouve, sur recommandation du père de Grossmann, un poste d'expert technique à l'Office des brevets à Berne. Là, loin de l'establishment académique, Einstein publie jusqu'en 1909 pas moins de 33 travaux pendant son temps libre. Parmi eux, ses plus importants sur la théorie de la relativité restreinte ainsi que sur l'hypothèse des quanta de lumière, pour lesquels il recevra plus tard le prix Nobel.
Ce sont ces publications, dont plusieurs bouleversent la vision du monde de la physique classique, qui lui ouvrent la voie vers une carrière universitaire, après de nombreuses déceptions et revers : après deux ans comme professeur à l'Université de Zurich et un an à Prague, Einstein revient à son alma mater, l'ETH Zurich, en 1912, à l'?ge de 33 ans, comme professeur de physique théorique. Sa réaction à l'appel tant attendu de Zurich est significative : "Alléluia !", écrit-il de Prague à son ami Alfred Stern, professeur d'histoire à l'ETH.
La contribution de Zurich à la théorie de la relativité
"Grossmann, tu dois m'aider, sinon je vais devenir fou" : c'est ainsi qu'Einstein aurait salué son ancienne bouée de sauvetage de ses années d'études lorsqu'ils se sont vus pour la première fois après son arrivée à Zurich. Dans ses bagages, Einstein a déjà ramené de Berne et de Prague les principales idées physiques de sa théorie de la relativité générale. Ce qui lui manque encore, c'est la forme d'expression mathématique appropriée. A ce moment critique, le manque d'intérêt d'Einstein pour les mathématiques supérieures lui est presque fatal. Mais Grossmann, devenu entre-temps professeur de mathématiques à l'ETH, vient à nouveau en aide à Einstein désespéré.
En neuf mois de tension et de concentration maximales, les deux hommes élaborent une première ébauche de la théorie de la relativité générale et de la gravitation, qui est publiée en 1913 et qui est déjà très proche de la version finale. Einstein note les équations presque correctes dans son carnet de notes zurichois, mais ne réalise leur pleine signification que trois ans plus tard, alors qu'il est déjà professeur à Berlin. Il quitte finalement l'ETH au bout d'un an et demi seulement. L'appel de la très prestigieuse Académie des sciences de Prusse est trop attrayant. Même une offre généreuse pour un double poste de professeur à l'Université de Zurich et à l'ETH Zurich ne parvient pas à le faire revenir en Suisse en 1918.
GPS, laser et cellules solaires
Albert Einstein meurt en avril 1955, à l'?ge de 76 ans, à Princeton, où il a mené ses recherches après 1933. Mais ses découvertes révolutionnaires perdurent aussi bien dans notre quotidien que dans la recherche. Par exemple, un monde sans GPS serait aujourd'hui difficilement imaginable. C'est Einstein qui, dans sa théorie de la relativité générale, a anticipé le fait que les horloges à bord des satellites fonctionnent plus lentement que les horloges sur Terre. Si l'on ne tenait pas compte de ces différences de temps, des erreurs de localisation de plusieurs kilomètres se produiraient chaque jour.
Et pour la technologie laser, aujourd'hui omniprésente, ou la production d'électricité par des cellules solaires, Einstein a également fourni des bases essentielles pour leur développement ultérieur avec son hypothèse des quanta de lumière et son travail sur la théorie de Planck du rayonnement.
La recherche d'Einstein continue de vivre
"Sans Einstein, la physique actuelle est impensable. La théorie de la relativité générale est centrale à la fois pour notre compréhension du monde et du cosmos", explique Lavinia Heisenberg, professeure à l'Institut de physique théorique de l'ETH. Ces dernières années, elle a été confirmée à plusieurs reprises : d'une part, par la mise en évidence des ondes gravitationnelles, qui ouvrent à la physique des possibilités de connaissance supplémentaires sur la formation et la modification de l'univers. D'autre part, l'année dernière, une équipe internationale de chercheurs a réussi pour la première fois à rendre visible un trou noir. Einstein avait certes prédit ces phénomènes de manière mathématique, mais il ne croyait pas lui-même à leur existence.
En outre, des cosmologistes comme Lavinia Heisenberg travaillent encore aujourd'hui sur des questions qui remontent à Einstein : Ainsi, on ne sait toujours pas si la théorie de la relativité s'applique également aux très petites unités de la physique quantique. Et même dans l'étude de l'univers primitif et des trous noirs, la théorie d'Einstein conduit à des singularités qui ne sont pas encore résolues. "Ces problèmes nous occuperont encore pendant de nombreuses années, et c'est pourquoi Einstein, tout comme Newton avant lui, ne dispara?tra pas de la scène", souligne Heisenberg. En fin de compte, cela a valu la peine que cet étudiant médiocre s'essaie tout de même à la physique en 1899. Et pas seulement pour l'ETH.