As 1905 dawned, the soon-to-be 26-year-old Albert Einstein faced life as a failed academic. Most physicists of the time would have scoffed at the idea that this minor civil servant could have much to contribute to science. Yet within the following year, Einstein would publish not one, not two, not three, but four extraordinary papers, each on a different topic, that were destined to radically transform our understanding of the universe.
Au début de l'année 1905, le jeune Albert Einstein de presque 26 ans menait une vie d'universitaire raté. La plupart des physiciens de son temps auraient ri à l'idée que le petit fonctionnaire avait beaucoup à apporter à la science. Et pourtant, l'année suivante, Einstein publia pas un, pas deux, pas trois, mais quatre articles extraordinaires, chacun sur un sujet différent, destinés à transformer radicalement notre compréhension de l'univers.
The myth that Einstein had failed math is just that. He had mastered calculus on his own by the age of 15 and done well at both his Munich secondary school and at the Swiss Polytechnic, where he studied for a math and physics teaching diploma. But skipping classes to spend more time in the lab and neglecting to show proper deference to his professors had derailed his intended career path. Passed over even for a lab assistant position, he had to settle for a job at the Swiss patent office, obtained with the help of a friend's father.
Le fait qu'Einstein avait été recalé en mathématique n'est qu'un mythe. Il avait maîtrisé le calcul, tout seul, dès l'âge de 15 ans, avait eu de bons résultats à son lycée de Munich comme à l'École Polytechnique Fédérale de Zurich où il étudiait pour passer le diplôme d'enseignant en maths et physiques. Mais, en manquant les cours pour passer plus de temps au labo et à cause de son manque de considération pour ses professeurs, il divergea de son parcours professionnel initial. Recalé même pour un poste d'assistant de laboratoire, il dut se contenter d'un poste au bureau suisse des brevets, obtenu à l'aide du père d'un ami.
Working six days a week as a patent clerk, Einstein still managed to make some time for physics, discussing the latest work with a few close friends, and publishing a couple of minor papers. It came as a major surprise when in March 1905 he submitted a paper with a shocking hypothesis. Despite decades of evidence that light was a wave, Einstein proposed that it could, in fact, be a particle, showing that mysterious phenomena, such as the photoelectric effect, could be explained by his hypothesis. The idea was derided for years to come, but Einstein was simply twenty years ahead of his time. Wave-particle duality was slated to become a cornerstone of the quantum revolution.
Travaillant six jours par semaine, Einstein arrivait tout de même à trouver du temps pour la physique, afin de discuter de ses derniers travaux avec quelques amis proches, et publier quelques articles mineurs. Ce fut une surprise majeure, quand en Mars 1905, il soumit un article proposant une hypothèse bouleversante. Malgré les nombreuses preuves que la lumière était une onde, Einstein proposa qu'elle pourrait être, en réalité, une particule, montrant que de mystérieux phénomènes, comme l'effet photoélectrique, pourraient être expliqués par cette hypothèse. Cette idée fut raillée pendant des années, mais Einstein avait simplement 20 ans d'avance sur son temps. La dualité onde-particule allait devenir la base de la révolution quantique.
Two months later in May, Einstein submitted a second paper, this time tackling the centuries old question of whether atoms actually exist. Though certain theories were built on the idea of invisible atoms, some prominent scientists still believed them to be a useful fiction, rather than actual physical objects. But Einstein used an ingenious argument, showing that the behavior of small particles randomly moving around in a liquid, known as Brownian motion, could be precisely predicted by the collisions of millions of invisible atoms. Experiments soon confirmed Einstein's model, and atomic skeptics threw in the towel.
Deux mois plus tard, en mai, Einstein soumit un deuxième article, s'attaquant cette fois à la question de l'existence de l'atome. Bien que certaines théories soient basées sur l'idée d'atomes invisibles, d'importants scientifiques pensaient encore qu'ils étaient une fiction utile, plutôt que de véritables objets physiques. Mais en utilisant un argument ingénieux, Einstein montra que le comportement des petites particules se déplaçant au hasard dans un liquide, connu comme le mouvement brownien, pouvait être prédit précisément par les collisions de millions d'atomes invisibles. Des expériences confirmèrent rapidement le modèle d'Einstein, et les sceptiques de l'atome jetèrent l'éponge.
The third paper came in June. For a long time, Einstein had been troubled by an inconsistency between two fundamental principles of physics. The well established principle of relativity, going all the way back to Galileo, stated that absolute motion could not be defined. Yet electromagnetic theory, also well established, asserted that absolute motion did exist. The discrepancy, and his inability to resolve it, left Einstein in what he described as a state of psychic tension. But one day in May, after he had mulled over the puzzle with his friend Michele Besso, the clouds parted. Einstein realized that the contradiction could be resolved if it was the speed of light that remained constant, regardless of reference frame, while both time and space were relative to the observer. It took Einstein only a few weeks to work out the details and formulate what came to be known as special relativity. The theory not only shattered our previous understanding of reality but would also pave the way for technologies, ranging from particle accelerators, to the global positioning system.
Le troisième article sortit en juin. Pendant longtemps, Einstein avait été troublé par l'incohérence entre deux principes fondamentaux de la physique. Le principe bien établi de la relativité, remontant à Galilée, déclarait que le mouvement absolu ne pouvait pas être défini. Et pourtant la théorie électromagnétique, elle aussi bien établie, assurait que le mouvement absolu existait. Son incapacité à résoudre cette contradiction avait mis Einstein dans un état qu'il disait de tension psychique. Mais en jour, en mai, après avoir réfléchi à ce puzzle avec son ami Michele Besso, le brouillard disparut. Einstein réalisa que la contradiction pouvait être résolue si c'était la vitesse de la lumière qui restait constante, quel que soit le cadre de référence, alors que le temps et l'espace étaient relatifs à l'observateur. Einstein mit au point les détails en quelques semaines, et formula ce qui allait être connu comme la relativité restreinte. Non seulement la théorie bouleversa notre compréhension de la réalité mais elle ouvrit la voie aux technologies, allant des accélérateurs de particules, aux GPS.
One might think that this was enough, but in September, a fourth paper arrived as a "by the way" follow-up to the special relativity paper. Einstein had thought a little bit more about his theory, and realized it also implied that mass and energy, one apparently solid and the other supposedly ethereal, were actually equivalent. And their relationship could be expressed in what was to become the most famous and consequential equation in history: E=mc^2.
On pourrait penser que c'était assez, mais en septembre, un quatrième article suivit le précédent, comme un « à propos ». Einstein avait pensé un peu plus à sa théorie, et réalisé que ça impliquait aussi que la masse et l'énergie, l'un apparemment solide, et l'autre soi-disant immatériel, fussent en réalité équivalents. Et leur relation pouvait être exprimée selon ce qui allait devenir la plus connue et la plus importante équation de l'histoire : E=mc².
Einstein would not become a world famous icon for nearly another fifteen years. It was only after his later general theory of relativity was confirmed in 1919 by measuring the bending of starlight during a solar eclipse that the press would turn him into a celebrity. But even if he had disappeared back into the patent office and accomplished nothing else after 1905, those four papers of his miracle year would have remained the gold standard of startling unexpected genius.
Einstein n'est devenu l'icône mondialement connue que quinze ans plus tard. Ce n'est qu'après que sa théorie générale de la relativité a été confirmée en 1919 en mesurant le fléchissement de la lumière d'une étoile, lors d'une éclipse solaire. que la presse en fit une célébrité. Mais même s'il avait à nouveau disparu dans son bureau des brevets et n'avait rien accompli d'autre après 1905, ces quatre articles de son année miracle