Les expériences passionnantes qui ont bouleversé le monde de la physique au xxe siècle ont suscité des recherches fébriles dans le domaine théorique, afin de reconstruire les concepts qui avaient été sérieusement remis en question. Parfois, les théoriciens étaient à la traîne des expérimentateurs et certains résultats expérimentaux ont attendu plusieurs années avant d’être expliqués. Parfois, l’expérience était à la traîne de la théorie et s’il y avait un nouveau modèle théorique il fallait des années avant qu’il ne soit vérifié expérimentalement. Deux grandes théories ont marqué la physique de ce siècle : la théorie de la relativité et la mécanique quantique. Dans ce chapitre, nous allons brièvement revoir les grandes lignes de ces théories, essentielles pour la compréhension du monde atomique.
La théorie de la relativité a été formulée par le grand physicien Albert Einstein. La première partie (celle qui nous importe ici), la théorie de la relativité restreinte, a été publiée en 1905 et est née de la nécessité de répondre à une question difficile qui préoccupait les physiciens du xixe siècle : pourquoi est-il impossible de modifier la vitesse de la lumière qui demeure constante (299 792,5 kilomètres par seconde), y compris lorsque le détecteur se déplace par rapport à la source lumineuse ? À l’opposé de certains physiciens, Einstein n’a pas cherché à expliquer le phénomène. Il l’a accepté comme un fait établi et en a tiré des conclusions décisives qui semblaient aller à l’encontre du sens commun…