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Le bestiaire de l'astrophysique regorge de créatures étranges, supernovae apocalyptiques, étoiles à neutrons hyperdenses, ou discrètes naines blanches. Mais les plus mystérieuses et les plus excitantes sont sans contexte les trous noirs, d'une compacité extrême, invisibles, et pourtant - affirment les astrophysiciens - accidents ordinaires de notre espace-temps. L'auteur, spécialiste français de la question, fait ici la part des connaissances actuelles, des espoirs en matière d'observation et des spéculations théoriques. Un étonnant voyage aux confins de l'espace et du temps.

Si les trous noirs sont longtemps restés un sujet d'étude exotique, leur existence ne fait aujourd'hui plus guère de doute. Ils fournissent une explication convaincante à des phénomènes astrophysiques mettant en jeu de colossales quantités d'énergie. L'étude des trous noirs a permis de faire progresser notre compréhension de la relativité générale? et de pointer les faiblesses de cette théorie. Car la singularité qui se tapit au coeur des trous noirs échappe encore à la physique actuelle...

Les trous noirs sont les objets les plus mystérieux du cosmos. Leurs propriétés sont si extraordinaires que même Einstein n'admit jamais l'existence de tels monstres... Et pourtant, en observant aujourd'hui l'univers avec leurs télescopes, les astrophysiciens en découvrent partout, nichés au coeur des galaxies ! C'est une question fondamentale que pose alors le physicien Leonard Susskind : que se passe-t-il quand quelque chose - une planète, une étoile, un rayon de lumière, pourquoi pas nous-même... - tombe dans un trou noir ? En 1976, le très célèbre scientifique britannique Stephen Hawking, rivé à sa chaise roulante par la maladie de Charcot, affirma que tout est dévoré et irrémédiablement perdu. " Faux ! " pensa immédiatement Susskind, pour qui cette assertion menaçait tout l'édifice théorique de la physique parce qu'elle niait la très fondamentale loi de " conservation de l'information ". Encore fallait-il le démontrer ! S'ensuivirent trente années d'une terrible " guerre des savants ", dont Susskind est sorti vainqueur. C'est cet affrontement quasi shakespearien qui nous est raconté ici de manière jubilatoire. L'auteur, tout en louant avec élégance le génie singulier de Stephen Hawking, nous mène à la rencontre des plus grands esprits d'aujourd'hui et d'hier (Newton, Bohr, Dirac, Einstein, etc.) et sait rendre lumineuses les notions les plus fondamentales (entropie, quantique, hologramme...) grâce à une vulgarisation hors pair.

Kip S. Thorne a été l'un des acteurs privilégiés d'une quête grandiose, qui a duré près de trente années, pour comprendre l'héritage transmis par Einstein - la théorie de la relativité générale et ses étonnantes prédictions concernant l'univers -, pour découvrir où et comment la relativité échoue, et pour trouver ce qui alors la remplace. Le lecteur est entraîné à travers un labyrinthe d'objets exotiques: trous noirs, naines blanches, étoiles à neutrons, ondes gravitationnelles, trous de ver et machines à voyager dans le temps. Il suit pas à pas l'histoire de ces découvertes scientifiques qui ont toutes été prédites par la théorie de la relativité et à certaines desquelles Einstein lui-même ne croyait pas. L'auteur écrit ainsi la chronique fascinante des efforts qui menèrent à la compréhension des objets peut-être les plus mystérieux de l'univers, en particulier les trous noirs. Jonglant avec les décennies, évoquant la multiplicité des collaborations scientifiques à l'échelle de la planète, montrant l'enchevêtrement de la recherche et de la guerre froide à travers la rivalité soviéto-américaine, Kip S. Thorne peint une fresque contrastée où se côtoient astrophysique, sociologie, physique et spéculations audacieuses.

Dan Simmons, dans son ouvrage Ilium, imagine que les physiciens de l'Institut de Paris, à la suite d'une malencontreuse expérience, ont laissé s'échapper un trou noir microscopique qui, avant de se précipiter vers le centre de la Terre, a détruit une part non négligeable de Paris, appelé désormais «Paris Crater». Les physiciens de tous pays rassemblés au CERN autour du LHC, le plus puissant accélérateur de particules au monde, sont-ils des apprentis sorciers et pourraient-ils déclencher la destruction de la Terre, voire de l'Univers entier ?

Voici le premier livre que Stephen Hawking ait écrit pour le grand public. Il y expose, dans un langage simple et accessible, les plus récentes découvertes des astrophysiciens sur la nature du temps et du monde. Retraçant les grandes théories du cosmos, de Galilée et Newton à Einstein et Poincaré, racontant les ultimes découvertes de l'espace, expliquant la nature des trous noirs, il propose ensuite de relever le plus grand défi de la science moderne : la recherche d'une théorie permettant de concilier la Relativité générale et la mécanique quantique. On sait que Stephen Hawking lutte depuis vingt ans contre une maladie neurologique très grave. Malgré ce handicap, il a consacré sa vie à tenter de percer les secrets de l'univers. Aujourd'hui, il nous fait partager ses découvertes. Un livre fascinant.

Stephen Hawking, à lui seul, a profondément transformé notre manière de considérer l'univers. Reconnu dans le monde entier comme l'un des plus brillants physiciens théoriciens depuis Einstein, il a rendu accessibles au plus grand nombre les idées modernes sur la nature et l'évolution du cosmos. Mêlant récit autobiographique et réflexions sur ses recherches, il présente ici le dernier état de sa pensée sur le temps, la structure de la matière, l'avenir de l'univers.

Qu'est-ce qu'un trou noir ? Un objet si dense que la lumière ne peut s'en détacher. Et pourtant, la physique moderne laisse supposer que les plus petits d'entre eux rayonnent. Grand chasseur de trous noirs, Michel Cassé nous entraîne, dans ce nouveau livre, aux limites du visible pour nous faire découvrir ces entités étranges au coeur de notre monde. Bientôt, à Genève, le collisionneur du CERN devrait réussir à en créer de minuscules qui permettront aux scientifiques de vérifier leurs hypothèses les plus folles. La physique entre ainsi dans une ère nouvelle.

Spéculations ou rêves de physiciens, les trous noirs ? II n'en est rien, ils existent bel et bien. Ils sont invisibles; et pourtant, ils se montrent partout. On ne cesse de parler de ceux qu'on a découverts çà et là; il paraît même qu'il y en aurait un au centre de notre galaxie. On a aussi essayé de nous faire peur en évoquant les tout petits qui, créés dans les accélérateurs de particules, viendraient nous engouffrer ! Que représentent-ils dans notre monde? Comment les détecter? Que sait-on de leur nature? Sans mathématiques ni envolées théoriques ou poétiques, ce livre lève le voile sur les mystères qui entourent l'une des sources d'énergie les plus puissantes et les plus spectaculaires de l'Univers.

La recherche n'est pas un long fleuve tranquille ? Contrairement à ce que l'on croit souvent, elle ne se développe pas linéairement, elle hésite, s'enlise souvent dans des voies de garage et retourne parfois même en arrière. L'histoire de chaque discipline est ainsi jalonnée d'avancées et de reculs, d'idées prémonitoires qui ne sont pas prises en compte, ou au contraire de théories erronées discutées à perte de vue, de conclusions justes mais fondées sur des idées fausses et vice-versa, de découvertes inattendues et de controverses passionnées. Pourtant, malgré cette démarche cahoteuse et grâce à des bonds brutaux en avant, la Science finit toujours par progresser sur le long terme.

Le bestiaire de l'astrophysique regorge de créatures étranges, placées sous l'emprise d'une gravité omnipotente : blafardes naines blanches, étoiles à neutrons hyperdenses, supernovae apocalyptiques, hypernovae et sursauts gamma. Mais les plus mystérieuses et les plus excitantes d'entre elles sont sans conteste les trous noirs. D'une compacité extrême, parfaitement invisibles s'ils sont nus, ces puits extraordinaires de l'espace-temps deviennent les astres les plus brillants de l'Univers dès lors qu'ils dévorent du gaz, ou même des étoiles entières. À la recherche du destin de l'Univers, Jean-Pierre Luminet retrace pour nous les grandes étapes de l'évolution cosmique et nous invite à voyager au coeur de l'invisible, sujet dont il s'est fait une spécialité. Ce faisant, il nous dévoile les propriétés extravagantes des trous noirs : maelstroms emportant dans leur ronde matière, espace et temps, machines à produire de l'énergie, ordinateurs suprêmes, portes de passage vers d'autres univers. Par sa nature pédagogique, l'ouvrage fournit à son lecteur un formidable outil de compréhension de l'Univers, étant entendu que celle-ci n'est possible ici que par la grâce des talentueuses mises en scènes, réalisées par l'auteur lui-même, des apocalypses célestes : combustion programmée de la planète Terre, extinction du Soleil, explosion des étoiles, coagulation des masses en trous noirs, désagrégation des galaxies et, enfin, refroidissement inexorable de l'Univers tout entier, déchiré par la mystérieuse énergie sombre récemment découverte.

La théorie du Big Bang semble tout expliquer du passé de l'Univers et de son futur. Mais il reste de nombreuses énigmes à résoudre. L'une d'entre elles tient en haleine les astronomes depuis près de 70 ans : tous les calculs le montrent, plus de 90 % de la masse de l'Univers reste invisible ! Cette édition actualisée retrace cette incroyable aventure scientifique où s'invitent d'étranges personnages : la matière sombre et l'énergie noire.

Michel Cassé s'est donné pour ambition dans son livre de rendre parfaitement compréhensible ce que le dernier Hawking L'univers dans une coquille de noix pouvait avoir d'incompréhensible, et à nous en restituer toute la poésie. On retrouve donc dans ce livre ce mélange de poésie et de cosmologie qui invite au mysticisme. On est sous le charme de son adoration de l'univers. Michel Cassé aime l'univers comme un troubadour du Moyen-Âge aimait une femme : dans la contemplation, le respect et la communion. Il expose avec un talent qui n'apparient qu'à lui ces nouveaux venus du cosmos : la quintessence qui remplit l'espace et rend compte de la « masse manquante », les explosions de supernovae qui sont l'une à l'origine comme origine de toute création cosmique, les trous noirs autour desquels tout dans l'univers s'articule et qui ouvrent peut-être sur d'autres univers.

L'Univers ne fait pas le poids ! La théorie du Big Bang semble tout expliquer du passé de l'Univers et de son futur. Mais il reste de nombreuses énigmes à résoudre. L'une d'entre elles tient en haleine les astronomes depuis près de 70 ans : tous les calculs le montrent, plus de 90 % de la masse de l'Univers reste invisible ! Alain Bouquet et Emmanuel Monnier nous racontent avec brio et dans un langage simple, précis et clair comment les astronomes ont découvert l'existence de cette "masse cachée" et les efforts fantastiques déployés pour (...) cerner la nature de cette composante mystérieuse de l'Univers. Ils nous dévoilent les péripéties et les rebondissements, les succès mais aussi les déceptions et les échecs de cette traque acharnée de la matière sombre.

Pour calculer la masse totale de l'Univers, deux méthodes existent. On peut, à partir de la quantité de lumière reçue dans l'Univers, estimer la masse requise pour l'émettre : c'est ce que l'on appelle la masse « lumineuse ». On peut aussi estimer la masse nécessaire pour communiquer aux étoiles les vitesses observées : c'est ce que l'on appelle la masse « dynamique ». Problème : la masse dynamique est cinq à dix fois supérieure à la masse lumineuse ! Ce désaccord se résout simplement si l'on suppose que la plus grande partie de la matière - 80 à 90% - n'émet aucun rayonnement électromagnétique, qu'elle est donc « noire »... De nombreux indices, dans des domaines très variés de l'astrophysique, laissent même supposer que cette matière est de nature distincte de la matière lumineuse? La découverte d'une particule de matière noire constituerait un événement considérable : plusieurs expériences la traquent en continu... Familier des Petites Pommes du savoir, Alain Bouquet travaille au Laboratoire Astrophysique et Cosmologie (Université Paris 7, CNRS, CEA & Observatoire de Paris). Il nous narre avec une passion communicative cette énigme qui taraude les astrophysiciens depuis bientôt un siècle...

La masse globale de l'Univers devrait être cent fois plus grande que la totalité de la matière observée. Autrement dit, 99 % de la matière existante serait "manquante". Tel est le nouveau mystère que la cosmologie moderne doit résoudre. Cet immense problème se pose aujourd'hui alors que la science, dans les années soixante, avait apporté une extraordinaire explication de l'émergence du cosmos et de nos lointaines origines avec la théorie de l'expansion de l'Univers, couramment appelée le "Big-Bang". Il s'avère que cette théorie offrant des débuts de réponse à l'une des plus anciennes interrogations - et des plus vieilles angoisses de l'homme n'était pas parfaite. Des zones d'ombre demeurent, qui concernent des questions capitales. Tout en nous exposant les données de la théorie de l'expansion dans leur état actuel, en s'appuyant sur les observations et les résultats récents que nous ont transmis les télescopes spatiaux, c'est à cette énigme que s'attaquent ici David N. Schramm, professeur d'astronomie et d'astrophysique, et Michael Riordan, professeur de sciences physiques à l'université de Chicago et à l'Institut Enrico Fermi, membre de l'Académie américaine des sciences. Une véritable traque de "l'ombre" de l'Univers ou, comme ils l'appellent, des "mirages de la création", dans laquelle s'est lancée la communauté scientifique internationale tout entière.

La plupart des astronomes et des physiciens pensent désormais que le contenu matériel de l'Univers est dominé par la matière noire : des particules hypothétiques interagiraient avec la matière ordinaire essentiellement via la force gravitationnelle. Bien qu'elle demeure invisible par les méthodes actuelles de détection directe, la matière noire permet de trouver une explication à une multitude d'observations astronomiques. Ce livre décrit comment cette théorie s'est développée au cours de ces 75 dernières années et pourquoi elle constitue dorénavant la pierre angulaire de la cosmologie et de l'astronomie extragalactique. Il explique comment nous tentons aujourd'hui de détecter directement la matière noire à notre échelle, et quelles sont les conséquences pour la physique des particules. Robert H. Sanders donne un aperçu de la sociologie relative à ces progrès, démontrant comment et pourquoi les scientifiques travaillent et interagissent. Il présente également la théorie MOND, la dynamique newtonienne modifiée, principale alternative à ce paradigme. Ce tour d'horizon fascinant intéressera les cosmologistes, les astronomes et les physiciens des particules. faisant peu appel aux mathématiques, ce livre assouvira également la curiosité du profane.

La découverte du Boson de Higgs a récemment ébranlé les fondations de la cosmologie et de la physique des particules. Dans les années 1920, quelques pionniers avaient bien remarqué des anomalies dans le mouvement des galaxies. Mais ce n'est qu'à la fin du XXe siècle que les scientifiques ont été confrontés à une conclusion étonnante : l'univers est rempli d'une substance inconnue fondamentalement différente de tout ce que les astronomes ont observé avec leurs télescopes ou mesuré dans leurs laboratoires. Comprendre ce qu'est cette matière dite « noire » est aujourd'hui devenu le grand défi de la science. Gianfranco Bertone explique en termes simples et avec enthousiasme les enjeux de cette quête qui implique des chercheurs du monde entier, tant en cosmologie qu'en physique des particules. Explorer la matière noire risque bien de remettre en cause les éléments essentiels de notre connaissance du monde !

Grâce aux progrès fulgurants de la cosmologie, nous savons que l'Univers se compose à 5 % de matière ordinaire, dont seulement une infime partie est observable aujourd'hui sous forme d'étoiles et de gaz, et à 95 % de matière noire et d'énergie noire, deux entités qui nous sont encore complètement inconnues. Comment, dans ces conditions, élaborer un scénario de formation des structures pour expliquer l'origine et la dynamique des galaxies ? Cette leçon nous invite à explorer l'énigme la plus mystérieuse de l'astrophysique contemporaine.

Joseph Silk est célèbre pour avoir fait le lien entre les minuscules fluctuations qui ont résulté du Big Bang et les majestueuses galaxies qui peuplent aujourd'hui notre ciel. Car, bien avant que les satellites COBE, Planck ou WMAP ne cartographient le fond de rayonnement cosmique et ne donnent un instantané de l'Univers juste après le Big Bang, la cosmologie théorique dut aller de spéculations hasardeuses en observations plus ou moins fiables pour construire le scénario aujourd'hui admis. Il est donc question ici de la naissance de l'Univers et de sa structure à grande échelle, mais aussi de la notion d'univers multiples, du principe anthropique, de l'apparition de la conscience et de la possibilité du voyage dans le temps. Plus crucialement encore, la cosmologie relie la question de l'avenir de l'Univers à celle de la quantité de matière qu'il contient. Les mystérieuses « matière noire » et « énergie sombre » décideront ainsi, entre effondrement et expansion éternelle, du destin de notre Univers. Joseph Silk est chercheur à l'Institut d'astrophysique de Paris et au CEA de Saclay. Il enseigne également à l'Université Johns-Hopkins et, en tant que professeur émérite, à l'Université d'Oxford. Prix Balzan international en 2011, il est l'auteur de nombreux livres de vulgarisation, dont Le Big Bang et L'Univers et l'Infini.

Au moment où le LHC redémarre à Genève, pour une ultime (et coûteuse) tentative de découvrir enfin le secret de la matière noire, il serait temps de vérifier les fusibles ! Une anomalie ne peut se manifester que dans le cadre d'une certaine théorie. Dans celui de la dynamique newtonienne, Zwicky émit en 1933 l'hypothèse d'une grande quantité de matière invisible dans les amas de galaxies. Au fur et à mesure que la théorie du big bang engrangeait les succès, cette matière mystérieuse est devenue indispensable pour obtenir un Univers aussi plat que les observations par satellites l'indiquent. Au point que 95% de l'Univers nous seraient inconnus ! En présence d'une anomalie, trois attitudes sont possibles : la négation, l'invention ou la réflexion. Pour ce qui concerne la matière noire, rares sont les physiciens négationnistes, presque tous proposent l'existence d'une substance exotique? qui se dérobe malicieusement à leurs détecteurs depuis plus de cinquante ans. Mais la matière noire n'est-elle pas tout simplement une manifestation à l'échelle galactique de l'horizon d'accélération, prévu par la théorie de la relativité ?

La physique est-elle à la veille d'une révolution ? Agités par la possibilité de résoudre l'énigme de la masse manquante, la plus grande partie de la matière de l'univers qui n'a jamais pu être observée, les astrophysiciens sont en quête d'une énergie noire et d'une matière noire. Mais sont-ils encore capables d'idées audacieuses ? N'ont-ils pas plutôt des soucis de carrière que la tête dans les étoiles ? Mêlant humour et sérieux, Michel Cassé et Jacques Paul ont cherché à répondre à ces deux questions au fil d'une intrigue amoureuse qui nous plonge dans la physique telle qu'elle se fait au jour le jour dans les laboratoires. Perplexité : qu'est-ce qui relève le plus de la fiction ? La physique de la matière noire ou l'intrigue qu'ils ont imaginée ?

Si ces dernières années de nombreuses découvertes ont permis de mieux connaître notre Univers, 95 % de son contenu, constitué de matière et d'énergie noires, nous est encore aujourd'hui totalement inconnu. Quelle est la nature de cette matière noire, de ces particules exotiques, sans lesquelles ne pourraient se former les galaxies ? L'ouvrage, rédigé par Françoise Combes - astrophysicienne dont les travaux de recherche dans ce domaine sont unanimement reconnus - fait le point sur l'état actuel des connaissances, les découvertes les plus récentes et les prochains défis à relever.

Au cours des dernières décennies, les observations scientifiques ont, semble-t-il, détecté la présence dans le cosmos d'une nouvelle catégorie de matière. Qualifiée de « noire », car très difficile à détecter, elle est bien plus abondante que son homologue ordinaire. Avec la non moins mystérieuse « énergie noire », elle représente 95 % du contenu total du cosmos. Sa densité est telle qu'elle conditionne l'avenir de l'Univers tout entier. Les recherches menées pour identifier sa nature promettent d'ouvrir de nouveaux horizons à notre compréhension de la réalité.

Après ses stupéfiantes avancées du siècle dernier - la découverte de l'expansion de l'univers, du Big Bang et des trous noirs -, la cosmologie serait-elle en voie de perdre son objet d'étude ? L'avènement de la « matière noire », invisible mais nécessaire pour expliquer les mouvements des galaxies, celui de l'« énergie noire », insaisissable mais indispensable pour rendre compte de l'accélération de l'expansion de l'univers, et celui des trous noirs, qui font disparaître la matière ordinaire comme un lapin dans un chapeau de magicien, donnent l'image d'un univers élusif dont une part grandissante échappe à l'observation. Faisant toute la lumière sur ce qu'il appelle le « triolet noir de notre ignorance », l'auteur cherche les biais susceptibles de dérober l'univers à notre regard, en analysant cinq « illusions » possibles. Manque-t-il vraiment de la matière ? Nos observations sont-elles fautives ? Voyons-nous en trois dimensions un univers holographique à deux dimensions ? C'est d'un autre regard sur l'univers qu'il est question dans ce livre très accessible qui met en scène les questions cruciales de la cosmologie actuelle.