Pourquoi et comment les théories d'Einstein ont-elles révolutionné nos conceptions de l'espace, du temps et de la matière ?
Installez-vous confortablement dans un transat, puis laissez Marc Lachièze-Rey vous guider sur le chemin menant de la relativité aux modèles de Big Bang et aux trous noirs. Découvrez les mystères de la courbure de l'espace-temps. Voyez quels succès impressionnants la physique et la cosmologie relativistes ont déjà remportés et quels problèmes elles posent encore aux chercheurs. Au moment de quitter votre transat, la relativité vous sera devenue étonnamment familière...
Quoi de plus familier que la chute des corps ? Et quoi de plus éloigné de notre intuition que les trous noirs ou les ondes gravitationnelles ? Tous relèvent pourtant du même phénomène : la gravitation.
Si l'on doit à Newton la « gravitation universelle », qui ira de succès en succès au fil des siècles, la théorie actuelle est l'oeuvre d'Einstein, qui adopta un point de vue radicalement différent : la relativité générale identifie la gravitation à la forme d'une nouvelle entité, l'espace-temps.
Dans cette brillante synthèse, l'auteur nous conte comment notre compréhension de la gravitation s'est forgée, en s'arrêtant sur la conception du monde proposée par Einstein, si révolutionnaire qu'elle bouleversa tout notre cadre de pensée. Il montre de plus que la relativité générale n'est sans doute pas la « théorie ultime » de la gravitation, comme l'illustrent ses insuffisances face aux cas extrêmes révélés par la cosmologie, sans oublier son incompatibilité avec la physique quantique. Quelles sont les pistes de recherche aujourd'hui ? Comment les tester ? La science fait face à un immense défi.
Une des questions les plus vertigineuses de l'astrophysique ! Quel est l'âge de l'Univers ? Nous croyons tous connaître la réponse : 13,7 milliards d'années. Mais s'arrêter là serait se priver de l'essentiel. Ce chiffre est le fruit d'une quête passionnante où l'on retrouve Einstein, Hubble, Lemaître..., les subtilités de la physique relativiste et de la cosmologie moderne. Définir une notion d'âge pour un système aussi complexe n'a rien d'évident. Prenez le corps humain, son âge biologique n'est pas celui des atomes qui le constituent, dont la plupart ont été fabriqués par des réactions nucléaires au coeur d'étoiles anciennes il y a des milliards d'années ! Pour l'Univers, c'est encore pire. Physiciens et cosmologues ont contourné le problème en fabriquant la notion de temps cosmique. Mais ce n'est pas une grandeur que peuvent indiquer des horloges et reconstituer sa valeur repose sur des hypothèses théoriques. C'est pourquoi la question est encore aujourd'hui débattue. Enfin vous découvrirez comment on peut aborder l'âge de l'Univers en se passant de la notion de temps, devenue périmée avec la physique moderne. Alors attachez votre ceinture cosmique...
Depuis l'Antiquité, cette entité mystérieuse a suscité interrogations et controverses, sans jamais jouir d'un consensus. Assimilé à l'espace, il a servi de référence pour repérer positions et mouvements. Baptisé éther, il a ensuite joué le rôle de transmetteur de la lumière, de la gravitation ou de l'électromagnétisme...
Aujourd'hui, la physique quantique le considère comme un nouvel état de la matière, permettant de rendre compte de l'accélération de l'expansion de l'Univers.
La dialectique du vide est féconde : c'est bien souvent l'analyse des paradoxes qu'il suscite qui contribue aux progrès de la physique. Cela reste-t-il vrai pour la physique contemporaine ?
L'auteur réussit à rendre accessible l'ensemble des grands mystères du cosmos, ceux de l'infiniment petit comme ceux de l'infiniment grand, et à nous présenter les théories les plus
récentes.
Selon la conception des astrophysiciens, l'univers est le résultat d'une longue évolution. Depuis son origine - le big-bang -, dans des conditions extrêmes de température, de densité, de pression, il est le siège d'une expansion qui entraîne les galaxies, les quasars et tous les astres du cosmos. Les cosmologistes s'interrogent sur les causes et les caractéristiques de cette expansion, mais aussi sur la manière dont sont apparues les galaxies, les étoiles, les planètes et finalement toute la matière qui nous environne. Ils ont compris que l'origine de toutes les structures, aussi bien les immenses galaxies que les atomes dont nous sommes constitués, devait être recherchée dans les premières phases de l'évolution de l'univers. Ils en sont arrivés, pour comprendre la physique surprenante de ces premiers instants, à incorporer les résultats les plus récents de la physique des particules à la cosmologie, prédisant des épisodes stupéfiants dans l'histoire de l'univers, dont la richesse conceptuelle n'est pas encore épuisée. L'ouvrage de Marc Lachièze-Rey présente le modèle de big-bang, c'est-à-dire l'évolution et les caractéristiques de l'univers, tel que les cosmologistes le conçoivent aujourd'hui, y compris les plus récentes améliorations amenées par la physique des particules.
Marc Lachièze-Rey, chargé de recherches au CNRS, travaille au Centre d'études nucléaires de Saclay. Astronome et astrophysicien, il s'intéresse à la cosmologie, et plus particulièrement à la répartition et à la formation des galaxies.
Au début du 17è siècle, Galilée est le fondateur emblématique de la science moderne. Par ses observations astronomiques, il nous fait passer du monde clos et géocentrique hérité de l'Antiquité à l'Univers pluri-centrique et infini d'aujourd'hui.C'est aussi le premier physicien véritablement expérimentateur, qui posera les bases de la mécanique moderne et de la théorie de la résistance des matériaux. Bien avant Einstein, il avancera l'idée de la relativité du mouvement. Jean-Marc Lévy Leblond, physicien et essayiste, raconte ici la vie et l'oeuvre scientifique révolutionnaire d'un homme profondément nourri par la culture artistique et littéraire de son temps, autant que marqué par ses tensions idéologiques et politiques.
Un Univers en expansion - La cosmologie est l'étude de l'Univers dans son ensemble. En expansion depuis 15 milliards d'années, son histoire est jalonnée d'événements cosmiques : fabrication de la matière, génération du rayonnement cosmologique, apparition des galaxies... La cosmologie est aujourd'hui devenue une science, relativiste depuis le début du XX° siècle.Une histoire de nos nos connaissances sur l'Univers. Marc Lachièze-Rey retrace ici les grandes lignes de l'évolution des idées et des principes qui fondent nos connaissances sur l'Univers. Cohérents et conformes à la physique, les modèles de big bang en constituent aujourd'hui le meilleur récit possible.
La disparition du temps - L'enseignement essentiel de la théorie de la Relativité est la disparition du temps tel que nous le comprenons intuitivement. De nouvelles notions - Qu'est ce qui remplace le temps ? Comment comprendre les nouvelles notions nées au début du XXe siècle ? Cet enregistrement aborde avec beaucoup de clarté et de simplicité un problème pourtant complexe et présente les fondements de notre vision actuelle de l'univers. Comprendre la relativité - Un enregistrement essentiel pour enfin comprendre la découverte majeure du XXe siècle qu'est la relativité.
Un aperçu complet, accessible et très à jour dune des deux théories scientifiques les plus radicales et fécondes du XXe siècle. La relativité restreinte. En 1905, Albert Einstein est un obscur employé de l'Institut Fédéral de la Propriété Intellectuelle de la ville de Berne. Totalement inconnu, il publie pourtant trois articles qui révolutionnent la physique dans ses fondements les plus profonds.
Le plus connu établit sa théorie de la relativité restreinte qui bouleverse la physique en vigueur depuis Newton. Les objets physiques (comme nous-mêmes) n'éprouvent plus le passage du temps, mais celui de durées propres à chacun. Le temps disparaît. La notion nouvelle d'espace-temps s'installe. Le monde nest pas conforme à notre intuition. La relativité générale. Ce n'est qu'une première étape.
Einstein l'approfondit et la généralise en 1915 : sa nouvelle théorie, la relativité générale, prend en compte la gravitation, quelle assimile à la forme de l'espace-temps courbe. La matière de l'univers engendre cette courbure, qui elle-même dicte à la matière son comportement. Étoiles à neutrons, ondes gravitationnelles et trous noirs. La théorie, brillamment confirmée, confère à Einstein une gloire universelle.
La communauté scientifique reconnaît brillamment son héros. Mais absorbée par l'autre révolution, celle de la physique quantique, elle n'accordera qu'un intérêt modéré à la théorie, jusqu'à la seconde partie du XXe siècle. Lessor de l'astronomie et de la cosmologie relativistes feront alors ressortir la pertinence de la relativité générale, la rendront opérationnelle et indispensable.
Les galaxies et leur rôle dans la structure et l'évolution de l'Univers. En termes toujours simples et accessibles, Marc Lachièze-Rey dresse ici un tableau complet des connaissances sur les galaxies. Ces 'univers-îles' sont un élément central pour notre compréhension de la structure et de la dynamique de l'Univers.
L'espace de la relativité générale n'est pas celui de la physique quantique. L'espace de Newton n'est pas celui de Leibniz. L'espace d'Euclide n'est pas celui de Riemann, ou d'Alain Connes. Physiciens, philosophes, et mathématiciens n'ont cessé de discuter et de modifier la notion d'espace, d'en critiquer le statut et la pertinence : réalité ou illusion, objet physique ou entité métaphysique... ?
Quelle signification philosophique peut-on accorder à l'espace et aux notions physiques qui lui sont liées, selon nos différentes théories physiques, contemporaines ou en gestation ? Quel présupposé philosophique y recouvre l'introduction de tel ou tel concept mathématique ? Ces questions ne sont ni purement académiques, ni surannées. Bien au contraire, leur pertinence sous-tend la recherche la plus actuelle en physique théorique. Le statut philosophique de l'espace physique reste indéterminé. Cet ouvrage (actes du colloque de Cargèse, 2001) y consacre ses réflexions, à la lumière de la physique la plus moderne.
Dès que nous pensons, surgit la notion d'infini. Mais on ne peut plus le penser au singulier : des infinis d'ordres différents apparaissent aussi bien dans les mathématiques que dans les sciences de la matière et de l'Univers.
Cet ouvrage retrace en quelques grandes étapdes des « histoires parallèles » de l'infini en cosmologue, en mathématiques et en physique fondamentale. Les notions d'horizon cosmique et d'univers multiples sont abordées.
Cette réflexion sur un thème a priori complexe s'insère dans une culture extrêmement large qui démontre comment l'approche scientifique du monde a toujours eu des résonances avec les grandes questions philosophiques et métaphysiques.
L'idée que la diversité du réel puisse être expliquée par une unité sous-jacente est sans doute aussi ancienne que la pensée elle-même : les grandes mythologies le racontent, les premiers philosophes l'affirment, et la science moderne en a repris le programme en unifiant les conceptions du monde, de la matière et du mouvement.
De ce pari métaphysique et quasiment religieux, la physique a aussi fait la vérité de sa démarche : identifier les objets les plus élémentaires possibles, violer les lois les plus fondamentales en cherchant à les raccorder jusqu'à pouvoir les unifier, fournir de l'ensemble la description la plus globale qui soit. Ce que l'on pourrait résumer par l'antique formule des néo-platoniciens : hen-ta-panta, c'est-à-dire "l'Un-toutes-les-choses".
Mais comment appréhender le statut exact de cette quête d'unité ? Remontant à ses origines, examinant ses succès comme ses échecs, analysant sa place dans la physique d'aujourd'hui, Étienne Klein et Marc Lachièze-Rey en cernent les facettes. Le physicien, auteur de Conversations avec le sphinx, et l'astrophysicien, auteur de Connaissance du cosmos, font le tour des différentes formes de cette recherche, explorent les théories physiques qui s'en réclament de nos jours. Achevant leur livre par le procès de ces théories que l'on voudrait ultimes sous prétexte qu'elles aboutiraient à une plus ou moins grande unification, ils montrent que, loin d'être un résultat, l'unité de la physique est un processus qui n'a jamais fini de se déployer. Il faut qu'il y ait de l'Un pour que la physique existe, mais cet Un demeure un horizon vers lequel on est toujours en marche.
ebook (ePub) 9.99 €
