Paul Langevin, né le 23 janvier 1872 à Paris 18e et mort le 19 décembre 1946 à Paris 5e, est un physicien, philosophe des sciences, pédagogue et homme politique français.
Il étudie à l'École supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris (ESPCI) puis à l'École normale supérieure et obtient sa thèse de doctorat en 1902. Il est ensuite professeur titulaire au Collège de France et directeur de l'ESPCI.
En sciences, il est notamment connu pour sa théorie du magnétisme, sa théorie du mouvement brownien, l'invention du sonar, l'introduction de la théorie de la relativité d'Albert Einstein en France, ainsi que pour la direction des Congrès Solvay.
En dehors de sa carrière scientifique, il est également un militant politique actif. Soutenant le mouvement ouvrier, il est impliqué dans plusieurs causes sociales et politiques. Membre du Parti communiste français à partir de 1944, il est conseiller municipal du 5e arrondissement de Paris de 1945 à 1946. Dans le domaine politique, il est connu pour le plan Langevin-Wallon de réforme de l'enseignement et pour la fondation de l'Union rationaliste.
Paul Langevin naît le 23 janvier 1872 dans le 18e arrondissement de Paris, juste après la Commune de Paris dans une famille républicaine. Il est le fils de Victor-Charles Langevin, ouvrier métreur-vérificateur dans le bâtiment, et de Marie-Adèle Pinel (1836-1902), institutrice, elle-même petite-nièce de Philippe Pinel.
Bachelier de l'enseignement secondaire spécial en 1888 (préparé dans une école primaire supérieure et non un lycée), Paul Langevin suit des études scientifiques tout d'abord à l'École municipale de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris de 1888 à 1891 (à l'époque cette école recrutait des élèves de la filière spéciale et non de la filière générale des lycées). C'est sur les conseils de Pierre Curie, alors chef de travaux dans cette école, qu'il s'oriente vers la recherche et l’enseignement plutôt que vers une carrière d'ingénieur. Admis 1er à l’École normale supérieure en 1893, il y étudie de 1894 à 1897, où il suit les conférences de physique de Jules Violle et Marcel Brillouin, et à la faculté des sciences de Paris, où il suit les cours d'Edmond Bouty et Gabriel Lippmann et obtient les licences ès sciences physiques et ès sciences mathématiques. Lauréat du concours d'agrégation des sciences physiques en 1897, il obtient une bourse de la Ville de Paris qui lui permet d'aller travailler un an au laboratoire Cavendish de l'université de Cambridge, prestigieux laboratoire foyer de la physique moderne, dirigé par Joseph John Thomson, où il fait la connaissance d'éminents physiciens, parmi lesquels Ernest Rutherford.
Paul Langevin rentre en France en 1898 et rejoint le laboratoire d'enseignement de la physique de la Faculté des sciences de Paris, dirigé par Edmond Bouty, et dont Raphaël Dongier est le sous-directeur, d'abord comme boursier de l'École normale supérieure, puis comme préparateur (à la suite du départ de Georges Sagnac). Il se lie d'amitié avec un autre préparateur du laboratoire de Gabriel Lippmann, Victor Crémieu.
Langevin obtient le doctorat ès sciences physiques en 1902, en soutenant sa thèse Recherches sur les gaz ionisés. Il devient alors professeur remplaçant, puis suppléant, au Collège de France sur la chaire de physique générale et expérimentale d'Éleuthère Mascart. En 1904, il participe, avec Henri Poincaré, au congrès international de Saint-Louis, où il fait un rapport sur la physique des électrons. Il succède à Pierre Curie en 1905 au poste de professeur d'électricité générale de l'École municipale de physique et chimie industrielle de la ville de Paris (EMPCI) (ultérieurement École supérieure de physique et de chimie industrielles) (ESPCI). Il en devient directeur des études en 1920. En 1909, à la suite du décès d'Éleuthère Mascart, Paul Langevin devient professeur titulaire au Collège de France sur une chaire de Physique Générale et Expérimentale. Il est nommé directeur de l'EMPCI en 1925, poste qu’il conserve jusqu'à sa mort.
Il devient l'ami des Curie, de Jean Perrin, et d'Émile Borel.
À partir de 1920, il dirige le Journal de physique et du radium. Il participe en 1931 au quatrième des cours universitaires de Davos, avec de nombreux autres intellectuels français et allemands, comme Jean Guéhenno, André Honnorat ou Ignace Meyerson.
Outre le Collège de France et l'École supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris (ESPCI), Langevin enseigne également à la section des électriciens de l’Association philotechnique (sorte de cours du soir), à l’École normale supérieure de jeunes filles de Sèvres et à l’Université ouvrière avec Romain Rolland et Henri Barbusse.
Paul Langevin a également été radioamateur sous l'indicatif : F3ST de 1938 à septembre 1939.
Au moment où Paul Langevin entame sa carrière scientifique, en 1895, la physique est en plein bouleversement, à la suite de la découverte des électrons et de divers rayons (X et radioactivité). Après sa thèse, sur l'ionisation des gaz, les premiers travaux de Paul Langevin portent sur la nature microscopique du magnétisme. Il utilise la physique statistique de Ludwig Boltzmann pour proposer en 1905 une théorie du paramagnétisme permettant notamment d'interpréter le fait, observé par Pierre Curie, que la susceptibilité des matériaux paramagnétiques varie avec la température. Les matériaux magnétiques seraient formés d'une multitude d'aimants microscopiques créés par des électrons en mouvement sur une orbite fermée. Les propriétés magnétiques macroscopiques sont alors interprétées comme le compromis, modulé selon la fonction de Langevin, entre la tendance des petits aimants à s'aligner et l'agitation thermique qui tend à leur donner une direction aléatoire.
En 1906, Paul Langevin prépare un cours sur la théorie électromagnétique pour le Collège de France et aboutit au résultat selon lequel l'inertie de l'électron serait une propriété de l’énergie. Quelques mois plus tard, il a l'occasion de lire les publications d'Einstein sur la relativité restreinte et saisit le lien entre ses recherches et cette nouvelle théorie révolutionnaire. Dès lors, il consacre une partie de son temps et de ses cours au Collège de France à approfondir et répandre la théorie d’Einstein. Il devient ainsi le promoteur de cette théorie en France.
Il enseigne la théorie de la relativité dans ses cours au Collège de France en 1910-1911. C'est alors qu'il imagine le paradoxe des jumeaux (ou boulet de Langevin) et le présente au congrès de Bologne et à la Société française de philosophie en 1911, suscitant ainsi l'intérêt de Henri Bergson qui publiera Durée et Simultanéité en 1922. En dépit de l'opposition des nationalistes anti-allemands, en 1922 il invite Einstein au Collège de France pour donner des conférences sur la relativité. Cette visite est l’occasion d’un fameux débat le 6 avril à la Société française de philosophie avec Henri Bergson, Léon Brunschvicg et Émile Meyerson qui publie La Déduction relativiste en 1925.
{\displaystyle \underbrace {m{\frac {d^{2}x(t)}{d^{2}t}}} _{\text{force inertielle}}=\underbrace {-6\pi \eta R{\frac {dx(t)}{dt}}} _{\text{force de Stokes}}+\underbrace {-{\frac {F}{L}}x(t)} _{\text{force extérieure}}+\underbrace {f_{a}(t)} _{\text{force aléatoire}}}
En 1908, Paul Langevin propose une équation pour décrire la marche aléatoire des particules en suspension dans un liquide, que l'on appelle généralement mouvement brownien. Cette équation, qui est la première équation différentielle stochastique, correspond à l'écriture du principe fondamental de la dynamique d'un objet dans un liquide soumis à des forces visqueuses (force de Stokes) et à une force aléatoire correspondant au bombardement incessant du système par les atomes du milieu ambiant (voir aussi: dynamique de Langevin).
Pendant la Première Guerre mondiale, Paul Langevin mobilisé au service de la guerre met au point, avec l'ingénieur Constantin Chilowski, l'ASDIC (acronyme de Anti-Submarine Detection Investigation Committee). Cet appareil, ancêtre du sonar, est destiné à détecter les sous-marins en utilisant la réflexion des ondes ultrasonores sur ces objets. Après un premier brevet déposé en 1916, au nom de Chilowski-Langevin, Langevin recourt à la piézoélectricité du quartz (découverte en 1880 par Jacques et Pierre Curie), pour construire des émetteurs-récepteurs d’ondes ultrasonores. L’invention n’a pas été opérationnelle avant la fin de la guerre mais elle a été partagée avec les alliés, ce qui a embarqué Langevin dans des batailles de brevet dans les années 1920.