De l’obtention du diplôme à « l’année miracle » des théories scientifiques

Après l’obtention du diplôme en 1900, Einstein a fait face à l’une des plus grandes crises de sa vie. Parce qu’il étudiait seul des matières avancées, il coupait souvent les cours; cela lui valut l’animosité de certains professeurs, en particulier Heinrich Weber. Malheureusement, Einstein a demandé à Weber une lettre de recommandation. Einstein a ensuite été refusé pour tous les postes universitaires auxquels il a postulé. Il écrivit plus tard,

J’aurais trouvé il y a longtemps si Weber n’avait pas joué un jeu malhonnête avec moi.

Pendant ce temps, la relation d’Einstein avec Maric s’est approfondie, mais ses parents s’y sont opposés avec véhémence. Sa mère s’est particulièrement opposée à ses origines serbes (la famille de Maric était chrétienne orthodoxe orientale). Einstein a cependant défié ses parents et, en janvier 1902, lui et Maric ont même eu un enfant, Lieserl, dont le sort est inconnu. (On pense généralement qu’elle est morte de la scarlatine ou a été abandonnée pour adoption.)

En 1902, Einstein atteignit peut-être le point le plus bas de sa vie. Il ne pouvait pas épouser Maric et subvenir aux besoins d’une famille sans emploi, et l’entreprise de son père a fait faillite. Désespéré et sans emploi, Einstein a pris des emplois modestes pour tutoyer les enfants, mais il a été renvoyé même de ces emplois.

Le tournant est survenu plus tard cette année-là, lorsque le père de son ami de toujours Marcel Grossmann a pu le recommander pour un poste de commis à l’office suisse des brevets à Berne. À peu près à ce moment-là, le père d’Einstein est tombé gravement malade et, juste avant de mourir, a donné sa bénédiction pour que son fils épouse Maric. Pendant des années, Einstein éprouvait une énorme tristesse en se souvenant que son père était mort en pensant qu’il était un échec.

Avec un revenu faible mais stable pour la première fois, Einstein se sentait assez confiant pour épouser Maric, ce qu’il fit le 6 janvier 1903. Leurs enfants, Hans Albert et Eduard, sont nés à Berne en 1904 et 1910, respectivement. Avec le recul, le travail d’Einstein à l’office des brevets était une bénédiction. Il terminait rapidement l’analyse des demandes de brevets, lui laissant le temps de rêver à la vision qui l’obsédait depuis l’âge de 16 ans : Que se passerait-il si vous courriez à côté d’un faisceau lumineux? Alors qu’il était à l’école polytechnique, il avait étudié les équations de Maxwell, qui décrivent la nature de la lumière, et découvert un fait inconnu de James Clerk Maxwell lui—même – à savoir que la vitesse de la lumière reste la même quelle que soit la vitesse à laquelle on se déplace. Cela viole les lois du mouvement de Newton, cependant, car il n’y a pas de vitesse absolue dans la théorie d’Isaac Newton. Cette idée a conduit Einstein à formuler le principe de la relativité: « la vitesse de la lumière est une constante dans n’importe quel cadre inertiel (cadre en mouvement constant). »

Au cours de l’année 1905, souvent appelée « l’année miracle d’Einstein « , il publia quatre articles dans les Annalen der Physik, dont chacun allait modifier le cours de la physique moderne:

• 1. « Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt » (« Sur un point de vue heuristique Concernant la Production et la Transformation de la Lumière »), dans lequel Einstein appliquait la théorie quantique à la lumière afin d’expliquer l’effet photoélectrique. Si la lumière se produit en petits paquets (appelés plus tard photons), elle devrait éliminer les électrons d’un métal de manière précise.
• 2. « Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen » (« Sur le Mouvement des Petites Particules en Suspension dans des Liquides Stationnaires Requis par la Théorie Cinétique Moléculaire de la Chaleur »), dans lequel Einstein a offert la première preuve expérimentale de l’existence d’atomes. En analysant le mouvement de minuscules particules en suspension dans l’eau plate, appelé mouvement brownien, il a pu calculer la taille des atomes qui se bousculent et le nombre d’Avogadro (voir Loi d’Avogadro).
• 3. « Zur Elektrodynamik bewegter Körper » (« Sur l’électrodynamique des corps en mouvement »), dans lequel Einstein a exposé la théorie mathématique de la relativité restreinte.
• 4.  » Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig? » ( » L’Inertie d’un Corps Dépend-Elle De Son Contenu Énergétique ? »), présentée presque après coup, qui a montré que la théorie de la relativité conduisait à l’équation E = mc2. Cela a fourni le premier mécanisme pour expliquer la source d’énergie du Soleil et d’autres étoiles.

Einstein a également soumis un article en 1905 pour son doctorat.

D’autres scientifiques, en particulier Henri Poincaré et Hendrik Lorentz, possédaient des morceaux de la théorie de la relativité restreinte, mais Einstein fut le premier à assembler l’ensemble de la théorie et à réaliser qu’il s’agissait d’une loi universelle de la nature, et non d’un curieux résultat de mouvement dans l’éther, comme l’avaient pensé Poincaré et Lorentz. (Dans une lettre privée à Mileva, Einstein a fait référence à « notre théorie », ce qui a conduit certains à spéculer qu’elle était l’une des cofondatrices de la théorie de la relativité. Cependant, Mileva avait abandonné la physique après avoir échoué deux fois à ses examens d’études supérieures, et il n’y a aucune trace de son implication dans le développement de la relativité. En fait, dans son article de 1905, Einstein attribue seulement ses conversations avec Besso au développement de la relativité.)

Au 19ème siècle, il y avait deux piliers de la physique: les lois du mouvement de Newton et la théorie de la lumière de Maxwell. Einstein était seul à réaliser qu’ils étaient en contradiction et que l’un d’eux devait tomber.