Par delà le visible : La réalité du monde physique et la gravité quantique

Peu d'ouvrages de vulgarisation parlent de la gravitation quantique à boucles, il faut donc reconnaître à Carlo Rovelli le mérite de combler ce manque criant de publications sur le sujet. On peut en revanche trouver un grand nombre de livres sur la théorie des cordes, théorie directement concurrente de celle de la gravité quantique, et c'est dans ces derniers que l'on trouvait jusqu'à présent la description en creux de la gravitation quantique à boucles, citée comme une alternative possible à la toute puissante théorie des cordes (surtout lorsque le livre en question a pour but affiché de dénoncer les dérives de cette dernière, je pense bien sûr à l'excellent Rien ne va plus en physique ! L'échec de la théorie des cordes de Lee Smolin). Dénigrer les « cordistes » est une occasion aux « bouclistes » de pouvoir s'exprimer, parfois avec peu d'aménité, la compétition pour obtenir des budgets en recherche fondamentale étant rude !

L'objectif de ces deux théories est commun, il s'agit de parvenir à réconcilier les deux piliers de la physique théorique ayant vu le jour il y a maintenant plus d'un siècle : la relativité générale et la mécanique quantique. Dans le présent ouvrage, la théorie des cordes n'est que vaguement évoquée dans une note de bas de page (page 146) et revient sur le tapis avec le constat (page 196) de l'absence de découverte de particules super-symétriques dans le LHC, comme pour mieux souligner les espoirs déçus de la théorie concurrente. Rovelli toutefois ne souhaite pas trancher définitivement la question. Les bouclistes n'ont donc pas encore tout à fait bouclé leur boucle et les cordistes n'ont donc pas encore trouvé la bonne corde pour aller se pendre.

Pour nous faire comprendre la gravité quantique, Carlo Rovelli décrit l'évolution de la pensée scientifique et articule son essai en quatre parties. La première partie aborde la théorie atomiste qui comme chacun sait date de la Grèce antique (Leucippe, Démocrite) et pose les premiers concepts fondamentaux : espace, temps, particules, champs… imaginés et théorisés par les plus grands physiciens de leur époque (Newton, Maxwell, Faraday). La seconde partie décrit la révolution issue des deux piliers cités plus haut : relativité et quanta, et répartit la paternité des découvertes aux inventeurs respectifs (Einstein, Planck, Bohr, Heisenberg, Dirac). On notera que la relativité restreinte est décrite très curieusement sans faire appel aux transformations de Lorentz, et l'auteur met en avant l'idée de présent étendu, zone intermédiaire entre passé et futur. La troisième partie présente dans le détail la construction de la théorie de la gravité quantique. La quatrième partie, plus spéculative, énonce les implications de la gravité quantique sur la cosmologie, le big-bang, la thermodynamique des trous noirs, et débouche sur une théorie de l'information et la possibilité de définir un temps « thermique » (idée déjà rencontrée dans l'excellent ouvrage de Marc Lachièze-Rey : Voyager dans le temps).

Tout commence avec les travaux de Matveï Bronstein (URSS), de John Wheeler et de Bryce DeWitt (USA). L'idée repose sur une quantification de l'espace lui-même, qui n'est plus continu et infiniment divisible mais discret. La plus petite longueur permise est bien entendu la longueur de Planck Lp = √(ħG/c3) qui est au-delà de ce que vous pouvez imaginer comme étant très très petit… On peut même calculer l'aire des surfaces séparant les « grains d'espace » : A = 8πLp2 √(j(j+1)) où j correspond à des valeurs demi-entières de spin. Les quanta du champ gravitationnel s'articulent en réseaux de spins, ils ne sont pas dans l'espace, ils « sont » l'espace. Deuxième postulat, le temps n'existe pas, il résulte des interactions entre les quanta. Les champs quantiques deviennent covariants, ils engendrent tout ce qui existe : espace, temps, énergie... Et ce n'est que le début…

Dans cet essai, de nombreux concepts innovants sont présentés au lecteur béotien. Carlo Rovelli expose ses thèses dans un langage toujours clair et précis, à ce titre, c'est un excellent vulgarisateur, « il fait le job ». J'aurais pourtant aimé trouver ici un comparatif plus poussé entre la gravité quantique à boucles et la théorie des cordes. le concept des cordes et celui des boucles se ressemblent. Une grande différence existe cependant : les cordes ont besoin d'un substrat pour vibrer, alors que les boucles sont les constituants de l'espace lui-même. Ceci donne pour moi un avantage à la gravité quantique, quant à la profondeur des idées, mais l'auteur n'a sans doute pas voulu aller sur ce terrain là.

Autre avantage, un espoir existe de pouvoir peut-être un jour vérifier cette théorie par l'expérience (ce n'est pas le cas des cordes, qui présentent une infinité de paramètres possibles et perdent ainsi leur caractère prédictif). Deux pistes existent, l'une avec l'exploration de l'infiniment petit, l'autre grâce à l'observation de l'infiniment grand. Carlo Rovelli se réfère bien sûr au LHC du CERN et à l'étude des fluctuations du fond diffus cosmologique cartographiées grâce au satellite Planck. Par-delà le visible, la recherche continue d'avancer, il faut seulement être patient.

Il y avait longtemps qu'un bouquin de science n'avait pas fait émergé cet agréable frisson qui naît à la base de la nuque et descend jusqu'au coccyx, et qui traduit physiquement cette impression de mieux comprendre le monde.

Cela commence par une plongée dans l'antiquité grecque d'où Carlo Rovelli tire les racines de l'atomisme ; cette vision du monde constitué d'insécables petits éléments prônée par Leucippe et Démocrite qui sera noyée par les philosophies de Platon et d'Aristote et ne perdurera qu'à travers certains textes comme la poésie de Lucrèce. L'auteur enchaine avec la création du concept de force (Newton) puis de champs (Faraday, Maxwell), affinant petit à petit la liste des briques du réel et leurs indispensables relations. Puis l'espace se lie au temps et se courbe, la matière se confond avec l'énergie ; elle se discrétise et s'indétermine. le nom des Grands Démons du XXème siècle sont invoqués : Einstein, Bohr, Heisenberg, Dirac. Tout au long, l'admiration du génie de ces hommes est palpable. Rovelli sait ce que l'humanité doit à ces géants sur les épaules desquels il s'est lui-même dressé. Il mêle ces descriptions d'analogies éclairantes (l'explication de l'univers fini mais sans bord par exemple) et de poésie. Il y a du Carl Sagan dans le style de cet homme amoureux de la beauté.

On attaque ensuite le coeur du sujet : la présentation de la gravité quantique à boucles. Non, il ne s'agit pas d'une nouvelle mode capillaire mais bien de l'une des deux théories physiques concurrentes qui cherchent à unifier les puissantes mais décidément fâchées Relativité Générale et Mécanique Quantique. Si je n'ai pas eu trop de difficultés avec certains concepts – la quantification de l'espace par exemple ; merci aux maillages de mes simulations numériques – d'autres m'ont donné plus de mal et nécessiteront de nombreuses lectures complémentaires – comme la mousse de spin ou les spéculations sur le lien entre théorie de l'information et entropie. Mais ce que j'ai digéré m'a forcé à changer de paradigme, à faire disparaître la dualité entre contenu (matière, énergie) et contenant (espace, temps) et a offert à mon imagination une élégante vision du réel, splendide dans son étrangeté même. le moment le plus fort est probablement l'explosion de l'évidence que le temps n'est pas un élément fondamental de l'univers. Jamais on ne le mesure directement, mais toujours à travers le cadencement de processus physiques, tant de battements de coeur valent tant d'oscillations de pendule qui valent tant de tours de roue. C'est un peu comme si l'économie moderne perdait le concept de monnaie pour revenir au troc. Évident, incroyable, splendide.

Sans jamais faire de sa propre opinion un sujet en soi, Carlo Rovelli révèle de-ci, de-là beaucoup de lui-même. Il est très érudit, il adore la poésie, il aime l'élégance des mathématiques mais n'oublie pas que la validation d'une théorie passe par la preuve expérimentale. Il n'apprécie pas tant que ça Platon et Aristote à qui il reproche leur opposition à l'atomisme de Démocrite. Il est rationaliste et matérialiste ; la foi, les dieux, ne sont que billevesées pour lui. Les temps qui virent la religion écraser la raison sont une catastrophe ; à ses yeux, le moyen-âge occidental est véritablement un Age de Ténèbres. Je l'ai parfois trouvé un peu trop excessif, amalgamant la religion et son fils déchu le fondamentalisme intransigeant. Sa description du monde scientifique est aussi un peu trop dithyrambique ; il contient ses propres paniers de crabes, j'en suis convaincu. Mais ce n'est qu'un détail au regard de son remarquable pouvoir de vulgarisation et de son admiration débordante pour les génies du passé et pour l'Univers dans lequel nous vivons.

Lire ce livre fut un sublime moment, même si « moment » fait référence à un temps qui n'est, comme Rovelli le dit, « qu'un effet de notre négligence à l'égard des micro-états physiques des choses, l'information que nous n'avons pas ; le temps n'est que notre ignorance ».

"Par delà le visible", dont le titre original en italien est bien poétique " La realtà non è como ci apere. La struttura elementare delle cose", est un excellent ouvrage de vulgarisation. Il a pour but de nous faire découvrir les plus grandes théories scientifiques.
Depuis les atomes de Démocrite jusqu'aux quanta et à la courbure de l'espace-temps, nous nous promenons dans ces grandes découvertes, sans pouvoir nous arrêter, tellement l'auteur a tes talents de conteur en plus de ses talents de scientifique.
Un nouveau regard sur notre monde nous est donné par ce physicien et historien des sciences, un des spécialistes de la gravité quantique, science qui cherche notamment à comprendre l'intérieur des trous noirs et les tout premiers instants de l'Univers.

Nous avons appris, il n'y a pas si longtemps, qu'il existe des quarks, des trous noirs, des particules de lumière, des ondes d'espace et des architectures moléculaires dans les cellules de notre corps.
Et plus nous apprenons, plus nous découvrons que ce que nous ne connaissons pas est plus grand que ce que nous avons appris.
Aujourd'hui si nous voyons presque jusqu'au Big Bang, la grande explosion dont sont issues, il y a quatorze milliards d'années, les galaxies du ciel, nous commençons seulement à entrevoir quelque chose au-delà du Big Bang.
Nous savons depuis Einstein que l'espace se courbe, et nous commençons à entrevoir que l'espace est tissé de grains quantiques qui vibrent.
La lecture de ce livre nous donne une fascinante traversée du cosmos et de l'infiniment petit en compagnie des grands découvreurs que furent Albert Einstein, Nils Bohr, Werner Heisenberg, Georges Lemaître.
C'est très accessible et cela ouvre.. vers l'infini.

LE livre sur la Théorie des Boucles, et un chef-d'oeuvre de vulgarisation sur les théories plus anciennes

Dans son livre Voyager dans le temps, Marc Lachièze-Rey était critique envers ses collègues théoriciens, pour leur incapacité à saisir ce qu'était (ou pas) vraiment le temps. le seul envers qui il confessait un grand respect était Carlo Rovelli. A la lecture de "Par-delà le visible", il est facile de comprendre pourquoi : la pensée de M. Rovelli est d'une extraordinaire clarté. J'ai lu des livres de vulgarisation en matière de cosmologie / relativité / mécanique quantique / Astrophysique d'une qualité remarquable (liste non exhaustive : Brian Greene, Léonard Susskind, Kip Thorne, Edgard Gunzig), mais celui de Carlo Rovelli les dépasse tous en matière de clarté, concision (son livre est plus court que ceux de tous les autres, mais pourtant il donne autant, sinon plus d'éléments de compréhension au lecteur sur l'histoire de la physique que les leurs !), en matière de synthèse et de capacité de vulgarisation (c'est réellement encore plus tout-lecteur qu'un Brian Greene, et pourtant ce n'est pas un mince exploit !). le schéma de la page 176 est un monument en matière de synthèse, qui devrait être reproduit dans tout livre de vulgarisation et dans toutes les salles de classe de France tant il permet de voir en un coup d'oeil toute l'histoire de la physique depuis Newton jusqu'à la Gravité Quantique à boucles.

Le livre est divisé en plusieurs parties : en gros, histoire des théories ayant précédé la Théorie des Boucles (classique dans un livre de vulgarisation, mais comme nous venons de le voir, extrêmement bien fait dans ce cas), présentation de la Théorie des Boucles, applications (notamment aux Trous Noirs et au Big Bang), et enjeux futurs (Temps Thermique, Information et Gravité Quantique). Si, clairement, il y avait de grands livres de vulgarisation sur la Théorie des Cordes, il manquait jusque là un équivalent pour celle des Boucles (du moins, c'était mon sentiment jusqu'ici) : ce vide est désormais comblé, Par-delà le visible est LE livre vous permettant de pleinement comprendre ce qu'elle est et ce qu'elle apporte en terme de résolutions de problèmes posés par la Relativité et / ou la Mécanique Quantique.

J'ajoute que certains résultats expérimentaux de 2013 ont été un coup dur pour les partisans (ultra-majoritaires dans le monde de la physique théorique) de la Théorie des Cordes (l'absence de découverte des particules super-symétriques dans le LHC), et que du coup, la Théorie des Boucles a un peu plus de vent dans les voiles. Si vous souhaitez la découvrir via un livre de vulgarisation, ne cherchez pas plus loin, vous ne trouverez pas mieux. Même chose si vous êtes à la recherche d'un livre aussi succinct, synthétique et clair que possible sur l'histoire de la théorie de la gravitation, de l'électromagnétisme, des deux Relativités, de la Mécanique Quantique et de la Théorie Quantique des Champs. A ce sujet, l'approche de Carlo Rovelli de l'explication / vulgarisation de la Mécanique Quantique est légèrement non-orthodoxe (de son propre aveu), mais elle est très intéressante.

Quel livre !! Une pure merveille de vulgarisation scientifique qui traite des théories modernes de la physique.
Entre mécanique quantique et relativité générale, ce livre revient sur les mystères de notre univers et les tentatives des physiciens pour les expliquer et surtout le rêve de ces derniers pour trouver un jour, la théorie ultime, une seule équation unifiée qui va décrire notre (multi)univers.

Absolument passionnant. Ce livre se lit comme un livre de voyage, une odyssée scientifique. A défaut d'être un manuel de physique, c'est un livre qui fournit des intuitions, de manière parfois même poétique ou philosophique, et met des concepts totalement surprenants à la portée du quidam que je suis.

Dans ce petit livre Rovelli nous explique les bases de la LGQ. Egalement historien des sciences, dans la 1ere partie il passe en revue 2500 ans d'histoire de la connaissance en insistant sur les découvertes ayant conduit aux théories de la physique quantique et de la relativité. J'ai trouvé cette partie trop longue bien qu'intéressante et très bien décrite, voire trop.
La 2eme partie discute de la LGQ en des termes "scolaires", sans math, si ce n'est pour montrer à quoi ressemble certaines équations pour le simple plaisir des yeux (ou de experts). Si on en sort enrichi, tout n'est pas clair car Rovelli fait l'impasse sur certaines notions fondamentales qu'il cite sans les décrire.
Ceci dit, c'est l'un des rares ouvrages en français sur le sujet et Rovelli est l'un des rares experts en ce domaine. A ce titre c'est un ouvrage à recommander qui doit figurer dans toute bonne bibliothèque.
Bien que certains considèrent ce livre un peu vite comme un chef-d'oeuvre ou le meilleur livre sur le sujet, soyons honnête, il laissera les amateurs avertis et les universitaires sur leur faim.

Voici encore un très beau livre de l'un des grands esprits de la science d'aujourd'hui. A-t-il tort ou raison ? le futur répondra, mais sa contribution fait grandement avancer la réflexion de tous ceux qui tentent de comprendre le monde. Clair, très abordable, je ne peux que le conseiller, tout comme ses autres ouvrages.
Carlo Rovelli a fait plusieurs conférences que vous pouvez voir sur YouTube ; elle sont claires et très pédagogiques ; et son "délicat" accent italien y ajoute un charme certain.

Excellente introduction à la gravitation quantique qui nous sort de la pensée dominante des "cordes" et fariboles..

Passionnant. J'ai aussi apprécié que ce livre soit très différent du précèdent du même auteur que j'ai lu (l'ordre du temps).

Qu'ai-je aimé ? La clarté d'explication de nombreuses théories scientifiques, le panachage judicieux de philosophie des sciences, la qualité éblouissante du style d'écriture, la poésie de l'auteur, sa culture exquise qui va bien au delà de la science, les moments « et toc ! », jubilatoires mais très élégants tout de même, ou l'auteur se satisfait que la Nature semble donner raison aux boucles au détriment des cordes.

C'est une odyssée de la physique, un voyage dans l'histoire de la physique. L'auteur nous transporte dans le temps, de l'antiquité à nos jours et dans l'espace, en allant de l'infiniment grand à l'infiniment petit. En refermant ce livre, j'ai l'impression d'avoir vécu les champs spatio-temporels et d'avoir expérimenté l'espace temps !

Ce sera 5/5 selon moi !