Albert Einstein n’a jamais obtenu de prix Nobel pour la théorie de la relativité – en fait, ce n’est que grâce à de longues jactances politiques au sein du comité Nobel qu’il a obtenu le prix tout court. Au lieu de cela, lorsqu’il a reçu le prix Nobel de physique en 1921 (en 1922, après une longue période de récriminations internes au comité Nobel), il l’a reçu principalement pour son explication de l’effet photoélectrique. De façon assez extraordinaire, il a inventé à la fois sa théorie de la relativité, et l’effet photoélectrique la même année : 1905.
Au début du siècle, les physiciens savaient déjà que, dans certaines circonstances, l’exposition de certains matériaux à la lumière pouvait créer un courant électrique. Un Américain nommé Charles Fritts avait même créé une cellule solaire fonctionnelle à partir de sélénium plus de deux décennies auparavant, au début des années 1880.
Mais observer que la lumière peut créer de l’électricité n’est pas la même chose que de comprendre pourquoi la lumière peut créer de l’électricité. C’était déconcertant.
On comprenait, à ce moment-là, que la lumière fonctionnait comme une onde. Mais si c’était vrai, cela n’avait aucun sens que la lumière puisse créer un courant électrique : Une onde de lumière n’aurait tout simplement pas assez d’énergie pour que des matériaux comme le sélénium expulsent des électrons aussi rapidement qu’ils le faisaient lorsqu’ils étaient exposés à la lumière.
En 1905, Einstein avait 26 ans et produisait des articles de physique qui allaient changer notre façon de penser le monde pour les décennies à venir. Il n’était pas encore tout à fait la célébrité aux cheveux sauvages :
Mais dans un article publié en mars 1905, Einstein a suggéré que, peut-être, la lumière n’était pas une onde. Des phénomènes comme l’effet photoélectrique, écrit-il,
sont plus facilement compréhensibles si l’on suppose que l’énergie de la lumière est distribuée de façon discontinue dans l’espace. Conformément à l’hypothèse à considérer ici, l’énergie d’un rayon lumineux se propageant à partir d’une source ponctuelle n’est pas distribuée de façon continue sur un espace croissant, mais consiste en un nombre fini de quanta d’énergie qui sont localisés en des points de l’espace, qui se déplacent sans se diviser, et qui ne peuvent être produits et absorbés que sous forme d’unités complètes.
En d’autres termes, la lumière pourrait créer de l’électricité si elle se comportait, parfois, comme une particule plutôt que comme une onde. (Cela devrait sembler familier à quiconque se souvient de ses cours de physique.)
Seule une section du document couvrait l’effet photoélectrique, mais elle décrivait comment une particule de lumière pouvait fournir suffisamment d’énergie, d’un seul coup, pour faire tomber un électron d’un atome et créer un courant électrique. Il s’avéra que cette idée était plus facile à démontrer expérimentalement que certaines des autres idées qu’Einstein avait exposées. En l’espace d’une décennie, Robert Millikan a vérifié, de manière expérimentale, l’équation qu’Einstein avait utilisée pour décrire l’effet photoélectrique.
L’idée qu’Einstein a décrite en 1905 – qui a remporté le prix Nobel une décennie et demie plus tard – est ce qui permet aux panneaux solaires d’aujourd’hui de fonctionner tout court. Mais ce n’est qu’en 1954 – près de 50 ans plus tard – que quelqu’un a pu fabriquer une cellule solaire créant suffisamment de courant pour faire réellement fonctionner des équipements électriques. Tout comme il y a un fossé entre observer quelque chose et savoir comment il fonctionne, il y a un fossé entre savoir comment quelque chose fonctionne et être capable d’en faire quelque chose d’utile.