Toute la physique (ou presque...) : en 15 équations

Toute la physique (ou presque...) : en 15 équations

Quatrième de couverture

La mécanique quantique, la cosmologie et la physique des particules fascinent, mais comment ne pas se sentir écrasé sous les montagnes de signes cabalistiques qu'elles manipulent ?
Tout simplement en y regardant d'un peu plus près ! répond l'auteur, l'un des artisans du LHC, le gigantesque accélérateur du Cern : les équations de la physique sont autant de portes d'entrée pour percer les secrets de l'Univers... Mieux : leur langage universel révèle l'incomparable beauté du monde qui nous entoure.

E = MC²
OU COMMENT RÉCONCILIER
MATIÈRE ET ÉNERGIE

LE MODÈLE STANDARD
EN DIT LONG SUR L'UNIVERS

LA LOI DES GAZ PARFAITS
OU LA PREUVE
QUE LES ATOMES EXISTENT !

ET L'ANTIMATIÈRE FUT :
L'ÉQUATION DE DIRAC

Bruno Mansoulié est physicien au CEA, où il a dirigé le service de physique des particules. Il travaille au Cern sur l'expérience ATLAS et a largement contribué à la traque, puis à la découverte du boson de Higgs.

Illustrations de Lison Bernet, l'auteur de la BD du LHC

Les coups de coeur de la presse

Ce livre est recommandé par :
Nicolas Mathey - L'Humanité du 23 février 2017

Extrait de Toute la physique (ou presque...) : en 15 équations

Extrait de l'avant-propos

Je suis chercheur dans le domaine de la physique des particules - qu'on devrait plutôt appeler la «physique de l'élémentaire». Mon but est de comprendre quels sont les constituants fondamentaux de la nature et leurs interactions, des plus petites particules jusqu'aux structures les plus étendues de l'Univers.
Avec cet ouvrage, j'aimerais, dans la mesure du possible, réconcilier tous les lecteurs avec les équations. Je pense à ceux qui ne les ont jamais fréquentées, ou ceux pour qui les premières rencontres ont été décevantes, voire traumatisantes.
Nous autres physiciens vivons avec deux visions : celle de tout le monde bien sûr, mais aussi celle que procurent les lois physiques, les équations. Le public admet très bien cette dualité pour un musicien : ce dernier est un artiste, mais il possède aussi une large connaissance théorique et une solide technique. Tout le monde comprend qu'avec beaucoup de pratique, le musicien s'approprie l'aspect technique tout en restant libre d'accéder à une vision artistique. On l'admet moins pour un physicien, que l'image d'Épinal représente perdu dans ses équations et déconnecté de la réalité.
Il est vrai qu'une grande partie du savoir scientifique se présente sous forme de lois, d'équations. Mais, même si cela peut surprendre, les équations peuvent devenir si familières, que la vision du monde «par les équations» et la vision courante finissent par se confondre.
Un exemple ? Lorsque je regarde un arc-en-ciel, je n'ai pas directement à l'esprit les lois de la réfraction de la lumière. Je suis, comme tout le monde, admiratif de la beauté du paysage, soulignée par l'arc. Mais «derrière», il y a un tout un pan de savoir et de pratique sur la lumière, sa propagation, sa nature physique, qui s'intègre silencieusement à ma vision de l'arc-en-ciel. Exactement comme un musicien jouit du morceau qu'il écoute sans prendre vraiment conscience de sa tonalité, du type d'accord et de la structure rythmique utilisés. Certes, si vous l'interrogez à brûle-pourpoint, il vous répondra certainement et saura préciser chacun de ces points techniques... sans que cela ne dégrade en rien sa sensibilité pour le morceau.
De la même façon, connaître les équations de la physique ne réduit en rien ma vision d'un arc-en-ciel. Au contraire, cela en accroîtrait plutôt la beauté : quelle chance de vivre dans cet univers-là, où les lois de la physique sont telles qu'elles engendrent des phénomènes aussi variés, et dont certains, comme un arc-en-ciel, n'ont d'autre utilité que de nous émouvoir !

Vers l'équation du tout

Le choix des équations traitées dans ce livre pourra paraître arbitraire au physicien professionnel ou amateur. Voici ce qui a guidé ma sélection : chaque équation témoigne d'une évolution ou parfois d'une véritable révolution scientifique.
Chacune trahit en effet une certaine conception du monde ou d'un phénomène : lumière, matière, chaleur, etc. Les premières lois, formulées alors que les mathématiques investissent la physique, restent timides, restreintes à un domaine d'application, comme les lois de la réflexion et de la réfraction de la lumière.
Puis l'ambition s'accroît : il s'agit de s'inscrire dans un cadre toujours plus grand avec une visée universelle. C'est ainsi que Isaac Newton comprend que l'attraction entre Terre et Lune est identique à la force qui fait tomber une pomme d'un arbre ; de même, Maxwell unifie électricité et magnétisme, tandis que la physique et la chimie moderne expliquent que tous les éléments chimiques sont construits à partir de protons, neutrons et électrons. Au début du XXe siècle, la relativité et la mécanique quantique remettent en cause les notions mêmes d'espace, de temps et de matière, avant que la cosmologie ne finisse par prendre l'Univers entier comme sujet d'étude.
Aujourd'hui, l'obsession des physiciens de l'élémentaire est de tout englober dans une seule théorie «minimale». Or, comme nous le verrons à la fin de ce livre, la formulation moderne d'une théorie physique est, dans l'idéal, entièrement contenue dans une seule équation. C'est pourquoi on entend souvent dire que les physiciens cherchent «l'équation du monde», ou «l'équation du tout». Évidemment, cette idée est caricaturale. À quoi pourra ressembler l'équation ultime ? Je n'ai pas la réponse, mais à travers les exemples qui suivent, j'essaierai de vous donner le goût pour cette quête d'une formule élégante et puissante, susceptible de nous aider à comprendre le monde.