Einstein avait été obligé d'abandonner la causalité stricte de la physique classique et d'introduire la notion de probabilité dans le domaine atomique.

 

[Einstein] il identifia trois façons dont un électron pourrait sauter d'un niveau à l'autre. Lorsqu'un électron saute d'un niveau d'énergie supérieur à un niveau inférieur et émet un quantum de lumière, c'est ce qu'Einstein appela une « émission spontanée». Elle ne se produit que lorsque l'atome est excité. Le deuxième type de saut quantique se produit lorsqu'un atome entre en état d'excitation quand un électron absorbe un quantum de lumière et saute d'un niveau d'énergie inférieur à un niveau supérieur. Bohr avait invoqué ces deux types de sauts quantiques pour expliquer l'origine des spectres d'émission et d'absorption atomiques, mais Einstein en révélait maintenant un troisième : l'« émission stimulée ». Elle se produit lorsqu'un quantum de lumière percute un électron dans un atome déjà excité. Au lieu d'absorber ce quantum de lumière, l'électron est« stimulé » poussé à sauter vers un niveau d'énergie inférieur et à émettre un quantum de lumière. Quarante ans plus tard, l'émission stimulée serait à l'origine du laser, acronyme pour « amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement » (Light Amplification byStimulated Emission of Radiation).

 

Einstein découvrit également que le quantum possédait une quantité de mouvement, qui, à la différence de l'énergie, est une grandeur vectorielle ; elle possède à la fois une direction et une valeur. Toutefois, ses équations montraient clairement que l'instant exact de la transition spontanée d'un niveau d'énergie à un autre et la direction dans laquelle un atome émet un quantum de lumière étaient entièrement aléatoires. L'émission spontanée était comme la période d'un échantillon radioactif, dans laquelle la moitié des atomes se désintègrent en un certain temps- la demi-vie- sans qu'on puisse déterminer quand un atome donné se désintégrera. De même, il serait possible de calculer la probabilité qu'une transition spontanée se produise, mais les détails exacts en seraient entièrement régis par le hasard, sans lien entre la cause et l'effet. Ce concept d'une probabilité de transition qui abandonnait l'instant et la direction de l'émission d'un quantum de lumière au seul « hasard » était, pour Einstein, une « faiblesse » de sa théorie - une faiblesse qu'il était disposé à tolérer momentanément dans l'espoir qu'elle disparaîtrait avec le développement ultérieur de la physique quantique…

Einstein était embarrassé par la révélation que le hasard et les probabilités étaient à l'œuvre au cœur de l'atome quantique. La causalité semblait menacée, même s'il ne doutait plus de la réalité des quanta• «En plus, cette histoire de causalité me cause des tas d'ennuis, écrivit-il à Max Born en janvier 1920. Pourra-t-on jamais appréhender l'absorption et l'émission quantiques de lumière en exigeant une causalité totale, ou alors devrait-il subsister un résidu statistique ? Je dois avouer qu'en la matière je n'ai pas le courage de mes convictions. Mais je serais très malheureux si je devais renoncer à la causalité totale…

 

En 1924, Einstein répugnait encore à accepter ce qu'il avait découvert : « Je trouve très intolérable l'idée qu'un électron exposé à un rayonnement choisisse de sa propre initiative non seulement le moment où il sautera, mais aussi sa direction. »

 

Toutefois, dans les jours et les semaines qui suivirent les premières dépêches confirmant la déviation de la lumière, il s'éleva beaucoup de [164] voix pour déverser du mépris sur « la soudaine célébrité du Dr Einstein » et sa théorie. Un critique se distingua en décrivant la relativité comme « des absurdités vaudou » et « la progéniture tarée d'une colique mentale ».Soutenu par des grands noms comme Planck et Lorentz, Einstein adopta la seule conduite raisonnable : il ignora ses détracteurs.