Marc Lachièze-Rey

L'annonce très médiatisée – à l'hiver 2011 – de résultats de la collaboration OPERA l'illustre tout à fait : la publication d'un article suggérant – prudemment il est vrai – que des neutrinos pourraient se déplacer « plus vite que la lumière ». Quelques mois plus tard, une autre expérience démentait le résultat, et les chercheurs de la collaboration annoncèrent avoir trouvé la source de l'erreur, un défaut de connexion entre une horloge et un GPS. Le problème réside dans les termes utilisés par les chercheurs de la collaboration dans leur article initial : des « vitesses », définies comme des rapports entre des « longueurs » et « temps de vol » ; des notions qui n'ont pas cours, et qui ne peuvent prendre aucun sens, dans le contexte relativiste qui s'impose pour l'analyse de particules aussi rapides : un peu comme si l'on déclarait que la galaxie d'Andromède n'a pas une odeur très agréable aujourd'hui. Cela ne veut pas dire que l'analyse n'ait pas été correctement menée ; et il ne s'agit pas de jeter la pierre pour une erreur toujours possible dans des dispositifs aussi sophistiqués, mais de critiquer l'emploi d'un langage de la physique du XIXe siècle pour décrire une expérience moderne.

En même temps que l'ensemble des astronomes admettent l'idée de l'expansion cosmique, un physicien belge avance une hypothèse capitale découlant des équations de la relativité d'Einstein: l'univers ne cesse d'évoluer. L'idée va déboucher sur la théorie du big bang et toute la cosmologie de notre siècle.

Troisième condition imposée par Einstein pour formuler son modèle l'univers est statique, c'est-à-dire qu'il ne se contracte pas, ne grandit pas et reste toujours le même. En 1917, Einstein n'imagine pas que l'univers puisse être en expansion, car rien ne l'indique encore dans les observations...

La chose la plus incompréhensible à propos du monde, c'est qu'il soit compréhensible.

Les horloges ne mesurent pas le temps. Sinon, elles resteraient synchronisées.elles mesurent la durée d'une histoire qui leur arrive.

Albert Einstein: depuis près d'un siècle, ce nom est devenu synonyme de génie.

Si aucune planète n'existait, l'univers ne s'en trouverait pas différent et ceci nous incite à rester modestes.

L'idée de base du big bang est vraiment simple : si la matière se conserve globalement dans l'univers (pas de création ou de désintégration spontannée), une quantité donnée de matière se trouve diluée dans un voluem de plus en plus grand par l'effet du processus d'expansion cosmique. Et selon les lois connues de la physique, cette dilution de la matière entraîne son refroidissement progressif. La densité et la température (moyennes) de l'univers n'ont cessé de diminuer et ce dernier n'a pas toujours eu l'aspect que nous observons aujourd'hui.

D’ailleurs, selon Einstein lui-même, qui rechercha longtemps une théorie unifiant gravitation et électromagnétisme : « Il n’y a pas de destin plus juste pour une théorie physique que celle d’amener à une théorie plus complète dans laquelle elle fait figure de cas particulier. »

La question reste ouverte de bien connaître tous les effets en question ; et aussi de savoir ce qu’il convient, dans ces conditions, d’appeler exactement « espace » et « vide ».

L'effet Casimir (imaginé en 1948 et qui doit son nom à Hendrik Kasimir), fut mesuré pour la première fois en 1957. Il l'est aujourd'hui avec une précision de l'ordre de 1%. Son étude, ou celle d'effets du même genre, est devenue un sujet actif de la physique nanoscopique. Il s'agit de l'existence d'une force qui manifeste une différence d'énergie entre deux états du champ quantique (électromagnétique). Il est d'usage de qualifier ces deux états de fondamentaux, autrement dit de vides quantiques, bien que, dans la réalité, ils ne soient pas vides. Le qualificatif tient au fait que d'éventuels photons présents n'interviennent pas dans ce calcul. Ainsi, l'effet Casimir est le plus souvent interprété comme une différence d'énergie entre deux états possible du vide, dans le sens indiqué plus haut. Il est important de mentionner que, contrairement à des affirmations malheureusement qui parsèment la littérature scientifique, ce n'est en aucun cas une manifestation d'une énergie absolue du vide.
on peut pourtant lire un peu partout des allusions à l'énergie de tel ou tel état quantique. Il s'agit d'un abus de langage: puisqu'un état particulier - le vide - se distingue des autres, on peut choisir de prendre son énergie comme référence; Autrement dit, baptisons >énergie< d'un état A (je >souligne< encore pour marquer la distinction) la différence entre l'énergie (infinie) de cet état et l'énergie (infinie) du vide selon le calcul précisé plus haut. C'est cette différence que l'on qualifiera abusivement d' >énergie< de l'état A. Reste qu'il ne faut pas oublier que l'on a fixé une référence arbitraire, et qu'il ne s'agit aucunement d'une véritable énergie dans le sens absolu. Cette procédure revient en fait à déclarer par convention que l'énergie du vide est égale à zéro. Cela semble raisonnable, dans la mesure où il est rigoureusement impossible d'extraire de l'énergie du vide, par aucun moyen. Mais il serait tout autant justifié de déclarer qu'elle vaut 3,141789 ou 10 puissance 100, dans l'unité de son choix.

Un champ quantique est un objet relativement compliqué. Contrairement à un particule toujours localisée quelque part, par définition, il s'étend de la totalité de l'espace-temps. Les propriétés de la totalité des électrons qui existent dans le monde sont décrite comme celles du champ quantique (unique) associé à ce type de particules. De même, un seul champ (quantique) électromagnétique décrit l'ensemble de toutes les ondes lumineuses etc. Les interactions entre ce champ électronique et ce champs électromagnétique décrivent d'un seul coup toutes les interactions que tous les électrons de l'univers subissent avec toutes les ondes électromagnétiques de l'univers. Le point remarquable est que si les champs sont des objets non locaux (ils s'étendent dans tout l'espace-temps), leurs interactions sont le plus souvent locales; cela veut dire que l'on peut préciser à quel endroit de l'espace elles se déroulent. Cette propriété permet, dans la pratique, de décrire bon nombre de processus physiques comme s'il s'agissait d'interactions entre particules. Mais d'autres processus ne peuvent relever d'une telle description simplifiée, en particulier ceux qui impliquent le vide.

Avec ses deux théories de la relativité, Einstein a totalement bouleversé la physique; mais aussi nos conceptions du temps, de l'espace et de la matière

Les discours sur l'univers, mythiques à l'origine, sont vraiment reliés à la physique depuis Newton. Mais c'est la relativité d'Einstein qui a donné à la cosmologie son statut de science à part entière

Livre de vulgarisation (si j'en crois le titre de l'ouvrage) assez complexe qui complique la compréhension de ce qu'il veut expliquer.
Mais pouvait-il en être autrement, l'ouvrage ne faisant que 150 pages, petit format.

Les physiciens ont alors quelques difficultés à s'intéresser à la relativité générale: elle se présente comme une théorie ardue, et surtout apparemment éloignée de toute application concrète.

1905 est son «année miraculeuse»: alors qu'il n'a pas encore obtenu son doctorat, il publie en quelques mois cinq articles d'une importance extrême. Deux d'entre eux fondent sa théorie de la relativité restreinte, où l'espace et le temps perdent le caractère «absolu» qu'ils avaient jusqu'alors. On y découvre la célèbre équation E=MC². Un autre est considéré comme le point de départ de la physique quantique...