1918, Philipp Lenard (prix Nobel 1905) veut discréditer Einstein

Einstein est probablement le savant le plus connu. En 1905, alors inconnu, il écrit quatre articles qui vont révolutionner la physique. Parmi les notions nouvelles, il y celle de photon (le mot n’apparaît pas dans son article originel) qui va être la base de la théorie quantique. Il s’appuiera sur des résultats d’une expérience qu’il n’a pas faite et sera chaleureusement remercié par l’expérimentateur qui deviendra son pire ennemi… Voyons le petit grain –de lumière- qu’il y a eu dans leurs relations.

On va partir de cet article fondateur dont le nom complet est « Un point de vue heuristique concernant la production et la transformation de la lumière », publié en 1905 [1] et qu’on trouve aussi en français [2], [3]. Dans cet article historique, Einstein (1879-1955) reprend la théorie de Max Planck (1858-1947) sur la quantification de l’énergie pour l’appliquer au phénomène de la photoélectricité qui n’est pas expliqué à l’époque. Le jeune physicien germano-suisse s’appuie à plusieurs reprises sur les résultats expérimentaux de Philipp Eduard Anton von Lenard (1862-1947).  Qui était Philipp Lenard ?

Ce physicien d’origine austro-hongroise a particulièrement étudié les phénomènes de luminescence et de phosphorescence [4]. Assistant d’Heinrich Hertz (1857-1894) ce dernier a, en 1880, mené des expériences visant à confirmer la théorie électromagnétique de Maxwell qui stipulait notamment que la lumière était une onde électromagnétique et qui venait couronner la suprématie du caractère ondulatoire et non corpusculaire de la lumière. Mais au cours de ses expériences, il découvre un phénomène tout à fait nouveau et énigmatique : en envoyant de la lumière sur la surface d’un métal, on peut arracher des particules chargées négativement (l’électron ne sera découvert qu’en 1897 par J.J. Thomson). A la mort du maître Hertz, Lenard poursuit ses études sur ce rayonnement dit cathodique et il s’attend à trouver des résultats en accord avec la théorie ondulatoire. En d’autres termes, imaginez que vous envoyez une vague se fracasser contre une digue, vous êtes en droit d’attendre que la vague arrache des parties de la digue. Dans le monde classique, plus la vague est haute (on parlera d’amplitude), plus la quantité de matière arrachée est grande. Or, dans ses expériences, Lenard n’observe pas du tout le résultat escompté : en augmentant l’intensité de la lumière (donc son amplitude), on n’arrache pas plus de charges négatives à la plaque. Il constate cependant que la quantité de charges expulsées est fonction de la fréquence de l’onde (la couleur de la lumière). Piètre théoricien, il se révèle très bon expérimentateur et en 1892 donc, il montre qu’il existe une fréquence minimum pour arracher des charges négatives à un métal soumis à la lumière et que l’énergie acquise par ces charges est indépendante de l’intensité du flux lumineux. Il reçoit le prix Nobel de 1905 avec J.J. Thomson, J. Perrin et W. Wien, trois grands noms que l’Histoire a retenus [5]. Et Albert alors ?

 

La gloire d’Albert

Albert Einstein, qui cite les travaux de Planck et Lenard dans son article fondateur donne l’interprétation de l’effet photoélectrique en introduisant la quantification du champ électromagnétique, le fameux photon dont on parle tant aujourd’hui. Il réalise en quelque sorte la synthèse d’une théorie émergente, celle des quantas introduite par Planck cinq ans auparavant, et dont lui-même ne croyait même pas, et des expériences publiées en 1902 et 1903 par Lenard. Comme souvent en science, Einstein (mais bien d’autres avant lui) s’était assis sur les épaules des géants pour voir plus loin. Il recevra le Prix Nobel en 1921 pour son explication de l’effet photoélectrique.Même si les quanta de Planck étaient mystérieux, ils étaient bien acceptés par la communauté scientifique, étant donné la qualité de son résultat et de l’interprétation du spectre électromagnétique du corps noir. Au contraire, les quanta d’Einstein soulevèrent de sérieuses controverses qui persistèrent plusieurs années. Plusieurs physiciens considéraient l’idée comme absurde car en contradiction flagrante avec les équations de Maxwell qui décrivent l’énergie et l’impulsion comme des fonctions continues de l’espace et du temps. Einstein en était bien conscient, mais il pensait que les mesures optiques ne concernaient que des moyennes dans le temps, et qu’il était concevable que les équations de Maxwell fussent insuffisantes dès lors qu’on avait affaire à des processus quasi instantanés.

Lenard sort du bois

Lenard apprécie au départ qu’Einstein se soit intéressé à son travail et le remerciera même chaleureusement dans une lettre. Mais Lenard va bientôt attaquer avec véhémence le jeune physicien émergeant, l’accusant même de plagiat. Cette haine montante est en partie due aux convictions politiques de Lenard qui sera convaincu de la validité des thèses aryennes et défendra une physique allemande contre une science de plagiat perpétrée par les juifs et son ennemi est tout trouvé en la personne d’Einstein. Un livre paru récemment [6] en anglais retrace cet inimité entre les deux hommes et l’attitude sectaire de Lenard contribuera à l’émigration d’Einstein aux Etats-Unis en 1933. Lenard sera même aux commandes de l’activité scientifique sous Hitler.

Lenard vs Einstein : l’obscurité contre la lumière

Une autre idée d’Einstein que Lenard attaquera, c’est celle de la relativité. En 1919, lors de deux éclipses, on profita de ces événements pour tester la théorie de la relativité générale qu’Einstein vient d’édifier. Elle stipule que la matière courbe l’espace-temps. Comment tester cette idée ? Le soleil, astre massif courbe l’espace et ainsi la lumière d’une étoile située derrière le soleil verra ses rayons déviés. En mesurant la position apparente de cette étoile et en la comparant à sa position réelle dans le ciel, on devait pouvoir vérifier si l’écart prédit par la théorie était en accord. Cette expérience fut concluante (comme bien d’autres ensuite). Einstein avait dès 1911 prévu l’écart entre ces deux positions mais il s’était trompé d’un facteur 2. Dès 1918 Lenard attaque Einstein [7] et l’ensemble de ses critiques sera présentée en 1921 dans un nouveau mémoire publié par Annalen der Physik [8] : « ueber die ablenkung eines lichtstrahls von seiner geradlinigen Bewegung durch die attraktion eines Weltkörpers, an welchen er nahe vorbeigeht » (à propos de la déviation d’un faisceau lumineux rectiligne passant à proximité d’un corps céleste et soumis à sa gravité). Dans ce mémoire, il fait resurgir d’outre tombe un obscur astronome allemand Johann Georg Von Soldner (1776-1833), qui, en 1801 avait calculé une telle incurvation à partir de la loi de Newton. Il avait déterminé, comme Einstein en 1911 que la déviation serait sous la forme :Avec G, constante gravitationnelle, M masse de l’astre, c vitesse de la lumière et R la plus courte distance du rayon lumineux au centre l’astre. Vous pouvez retrouver l’article de Von Soldner sur la référence [9]. Quoiqu’il en soit, Von Soldner en conclut que la déviation était infime (de l’ordre de 0’’84) et était même négligeable. Einstein en 1911 trouve une valeur similaire mais il n’est pas parti des équations de Newton comme a fait Von Soldner. Il était parti de sa propre théorie, la relativité restreinte stipulant que la lumière est pesante car elle constitue un transport d’énergie (pensez à E = mc²) [10]. La lumière doit donc se comporter vis-à-vis de la lumière comme un mobile matériel. Il obtient le résultat de 0’’83, ce qui fera dire à Lenard qu’Einstein a plagié Von Soldner. Mais en 1916, Einstein généralisant la Relativité générale arriva à la conclusion qu’il fallait revisiter la loi de Newton. Ce faisant, il établit que la déviation des rayons lumineux par les corps attirants soit exactement le double de ce qu’elle serait avec l’ancienne loi. En 1919, l’expérience annonce que la déviation est en effet près du double : 1’’7 ! [11]

Pour aller plus loin

Pour aller plus loin, je vous invite à lire la référence [12], passionnant article (en anglais) déposé sur Arxiv sur la campagne de discrédit dont a été l’objet Albert Einstein.

Pour terminer avec Lenard, il édifia dès 1900 une théorie appelée « théorie des Dynamide » pour expliquer la pénétration des électrons dans la matière. Cette théorie possède de fortes analogies avec le modèle de l’atome de Rutherford, imaginé plus tard. Ce sera pour une autre histoire…

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Sources :
[1] A. Einstein, Annalen der Physik, XVII, p. 132-148, 1905
[2] A. Einstein, Œuvres choisies I, Le seuil, Paris, 1989
[3] B. Escoubès et J. Leite Lopes, Sources et évolution de la physique quantique, Textes fondateurs, p. 28 à , 40EDP Sciences, 2005
[4] A. Rousset et J. Six, Les physiciens de A à Z, p. 396, Ellipses Poche, 2000
[5] Site du Prix Nobel 
[6] Bruce J. Hillman, Bernd C. Wagner, Birgit Ertl-Wagner The man who stalked Einstein How Nazi Scientist Philipp Lenard Changed the Course of History, Globe Pecquot, 2014
[7] P. Lenard, Über Relativitätsprinzip, Äther, Gravitation, Leipzig: S. Hirzel, 1918
[8] P. Lenard, Annalen der Physik, IV, p. 65, 1921
[9] J.G. Soldner, On the Deflection of a Light Ray from its Rectilinear Motion (1801)
by Johann Georg von Soldner, translated from German by Wikisource 
[10] J. Giné, On the origin of the deflection light, Arxiv, 2006
[11] D.Momeni et M.Borghei, Classical Soldner approach for bending of light in the presence of Cosmological Constant, Arxiv, 2009
[12] Jeroen van Dongen, Reactionaries and Einstein’s Fame: “German Scientists for the Preservation of Pure Science,” Relativity, and the Bad Nauheim Meeting, Arxiv

Images :
[A] Albert Einstein, Wikipedia (en anglais)
[B] Philipp Lenard, Wikipedia (en anglais)
[C] Heinrich Hertz, Wikipedia (en anglais)
[D] Max Planck, Wikipedia (en anglais)
[E] Johann Georg Von Soldner, Wikipedia (en anglais)