E = m x c2, une équation massive 

En 1905, Albert Einstein, le célèbre physicien, publie quatre articles dans une revue de physique. Celui de septembre, intitulé L'inertie d'un corps dépend-t-elle de l'énergie qu'il contient ? fait moins de deux pages et s'appuie notamment sur la formule E = mc2 (prononcez "E égal m fois c au carré"). Les implications de cette équation sont massives, et c'est ce que nous allons voir dans cet article.

La matière qui nous compose, à savoir l'intégralité des atomes de notre corps, n'explique qu'une infime partie de la masse que nous faisons. Comment expliquer la masse totale de notre corps ? Aussi étonnant que cela puisse paraître, c'est E = mc2 qui nous donne la réponse. Avec cette équation, comme il l'a fait pour le temps et l'espace, Albert Einstein va lier la masse et l'énergie. 

La masse au cœur de l'équation

Contrairement à l'idée communément acceptée, l'équation E = mc2 respecte plus le sens que lui donnait Einstein lorsqu'elle est écrite de la manière suivante : m = E/c2 (prononcez m égal E divisé par c au carré). En effet, Einstein voulait prouver en quoi l'inertie d'un corps dépend de l'énergie qu'il contient. Or, l'inertie d'un corps est étroitement lié à sa masse, d'où le fait d'écrire l'équation en commençant par la masse (m) plutôt que par l'énergie (E). L'inertie dépend de la masse d'un corps : plus un corps est massif, plus il est dur de modifier sa vitesse, de le mettre en mouvement. Bref, il est plus facile d'arrêter une bicyclette à 20km/h qu'un camion à 20 km/h. 

Le sens de l'équation

La masse serait donc égale à l'énergie, divisée par "c2" à savoir, la constante de la vitesse de la lumière au carré. On a bien compris qu'Einstein devait utiliser la masse pour répondre à sa question sur l'inertie d'un corps. Mais pourquoi utiliser l'énergie et la constante de lumière ? Tout part de l'exemple qu'utilise Einstein dans son article. Il considère un métal que l'on chauffe. Lorsque ce métal chauffe, il perd de la masse, et rayonne de la lumière, de l'énergie. 

Or, un métal qui émet de la lumière ne devrait pas perdre de masse : la lumière n'a pas de masse. Il y a donc une relation entre la masse du métal, par rapport à l'énergie E qu'il dégage. Einstein va ainsi en déduire que la variation de masse d'un objet est égal à la variation de l'énergie E divisé par la constante de la lumière au carré. Et là où Einstein s'illustre, c'est qu'il décide d'utiliser la lumière comme une constante universelle, même lors que l'objet n'émet pas de lumière. Dès lors que de l'énergie est impliquée, la constante de la lumière s'applique. Il faut donc bien dissocier la vitesse effective de la lumière de la constante universelle de la lumière : il y a coïncidence entre la vitesse de la lumière et une constante "c" qui permet de mieux comprendre notre Univers.

L'origine de la masse : de la matière à l'énergie

En fait, l'équation a tout simplement bouleversé le concept de masse. Alors qu'auparavant on appréhendait la masse comme étant la mesure de la matière contenue dans un corps, sans très bien comprendre ce que cela voulait dire, avec Einstein, la masse est devenue la mesure de l'énergie contenue dans un corps. 

De plus, on voit bien que la masse d'un corps contient une énergie incommensurable : l'énergie d'un corps est égale à sa masse multipliée par la constante de la lumière (300 000 km/s) au carré. Cela implique qu'un kilogramme de matière contient des milliards et des milliards de joules. Lorsqu'un atome est divisé ou fusionné, il dégage de l'énergie : cela explique la puissance de bombes nucléaires (scission) ou de la fusion nucléaire. 

Cela remet également en question l'origine de notre masse. Ce ne sont plus les noyaux d'atomes, par le biais des briques élémentaires que sont les quarks qui font l'intégralité de notre masse, mais l'interaction de ces mêmes quarks, qui en s'agitant, vont donner de la masse à notre corps.

De l'énergie à la matière

Encore plus incroyable : E = mc2 signifie qu'en donnant une vitesse suffisamment élevée à de la matière, il est possible de transformer l'énergie accumulée par la matière en matière. Par exemple : dans le collisionneur de particule située à Genève, on fait se percuter deux protons lancés à très grande vitesse. Lors de l'impact, des centaines de particules vont être émises. Or, leur masse est largement supérieure à la masse des deux particules qui se sont rencontrées : c'est donc que la vitesse, l'énergie accumulée par ces deux particules, s'est transformé en matière, donc en masse.

Léopold Picot

Pour développer le sujet, je vous encourage à aller voir la vidéo limpide de Sciences étonnantes.