Site de vulgarisation scientifique d'Etienne Klein
"Il me plaît de penser que la physique est une sorte d’alpinisme intellectuel consistant à grimper jusqu’à des hauteurs himalayennes où le logos est rare et la vérité mutique."
photo E. Klein
signature E. Klein

Les Tactiques de Chronos

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Le temps est une “chose” introuvable dont l’existence ne fait aucun doute. Une “chose” dont tout le monde parle mais que personne n’a jamais vue. Nous voyons, entendons, touchons, goûtons dans le temps, mais non le temps lui-même. Contre toute attente, Chronos est un planqué, un caméléon qu’il faut débusquer sous nos habitudes de langage et de perception. Pour le déjouer, il va falloir l’effeuiller peu à peu, le déshabiller, le distinguer de ses effets les plus sensibles : la durée, la mémoire, le mouvement, le devenir, la vitesse, la répétition… Parce que les horloges ne mesurent pas forcément du temps. Parce que le temps est toujours là alors qu’on dit qu’il s’écoule. Et qu’il existe indépendamment de ce qui survient, se transforme, vieillit et meurt. Aujourd’hui, le regard le plus audacieux et le plus déconcertant sur le temps, c’est la physique qui le porte. De Galilée à Einstein, puis de l’antimatière aux supercordes, elle n’a cessé d’approfondir la question jusqu’à ouvrir des perspectives qui donnent le vertige : le temps a-t-il précédé l’Univers ? Comment s’est-il mis en route ? Pourrait-il inverser son cours ? l’interrompre puis le reprendre ? Existerait-il plusieurs temps en même temps ? Au bout du compte, le temps pourrait ne plus du tout se ressembler.

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Le facteur temps ne sonne jamais deux fois

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Chose déroutante, décidément, que le temps. Nous en parlons comme d’une notion familière, évidente, voire domestique, “gérable”. Nous parlons même d’un “temps réel” pour évoquer l’instantanéité, c’est-à-dire le temps sur lequel nous n’avons aucune prise. Les physiciens, eux, l’ont couplé à l’espace, en ont fait une variable mathématique, abstraite, qu’ils intègrent dans des théories audacieuses, spectaculaires, mais si complexes qu’elles sont difficiles à traduire en langage courant. Certains disent même avoir identifié le moteur du temps. Quant aux philosophes, ils ne cessent depuis plus de deux millénaires de soumettre le temps au questionnement : est-il une sorte d’entité primitive, originaire, qui ne dériverait que d’elle-même ? Ou procéderait-il au contraire d’une ou plusieurs autres entités, plus fondamentales : la relation (de cause à effet, par exemple) ? Le temps s’écoule-t-il de lui-même ou a-t-il besoin des événements qui s’y déroulent pour passer ? S’apparente-t-il au devenir, au changement, au mouvement ? Et au fait, le temps a-t-il eu un commencement ? Aucune discipline ne parvient à épuiser, à elle seule, la question du temps. C’est pourquoi nous avons croisé les regards des philosophes avec ceux des physiciens. Et que se passe-t-il ? Sans aucun doute de belles et troublantes choses…

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Le pays qu’habitait Albert Einstein

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Albert Einstein, c’est l’audace intellectuelle alliée à une fraîcheur déconcertante, c’est l’imagination ardente soutenue par une obstination imperturbable. Mais comment approcher une façon de penser et de créer à nulle autre pareille ?
Étienne Klein est parti sur ses traces, il s’est attaché aux époques et aux villes où le destin d’Einstein a basculé : Aarau où, à seize ans, Einstein se demande ce qu’il se passerait s’il chevauchait un rayon de lumière ; Zurich, où il devient ingénieur en 1901 et se passionne pour la physique expérimentale ; Berne où, entre mars et septembre 1905, il publie cinq articles, dont celui sur la relativité restreinte qui révolutionnera les relations de l’espace et du temps, tout en travaillant à l’Office fédéral de la propriété intellectuelle ; Prague où, en 1912, il a l’idée que la lumière est déviée par la gravitation, esquissant ainsi la future théorie de la relativité générale. Puis Bruxelles, Anvers et, enfin, Le Coq-sur-Mer où, en 1933, Einstein se réfugie quelques mois avant de quitter l’Europe pour les États-Unis. Définitivement.
Albert Einstein (1879-1955), c’est une vie d’exils successifs, arrimée à la physique. C’est un art du questionnement fidèle à l’esprit d’enfance. C’est un mystère qu’Étienne Klein côtoie avec autant d’affection que d’admiration.

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Comment le boson de Higgs a-t-il changé le concept de masse ?

Le boson de Higgs est une particule élémentaire prédite en 1964 et détectée au LHC à Genève en 2012. De même qu’on associe aux photons (grains de lumière) un champ, appelé champ électromagnétique, on associe également au boson de Higgs un champ, appelé champ de Higgs. C’est ce champ qui confère une masse aux particules.

0:00 Introduction : la masse, un concept évident ?
2:49 La masse non nulle du neutrino
5:07 Quelle est la différence entre la masse et le poids ?
9:17 Masse grave et masse inertielle, de Newton à Einstein (éléments de relativité restreinte)
15:12 Dans un accélérateur de particules, on n’accélère pas !
15:56 Conception des forces en physique classique
17:10 Conception des forces en physique quantique ; masse des bosons
23:04 Théorie quantique de l’électromagnétisme, transformations de jauges, invariance du lagrangien localement
29:37 Les groupes de symétrie : U(1), SU(2) et SU(3) ; prédictions de bosons
34:13 Le modèle standard de la physique des particules, unification des groupes
37:27 Le modèle standard, conforme aux observations, dit que toutes les particules élémentaires ont une masse nulle
41:47 Le pari de Higgs, Brout et Englert : il n’y a pas de lien direct entre matière et masse
45:44 Les bosons de Higgs, quanta du champ de Higgs
47:07 Le LEP, le LHC et la découverte du boson de Higgs
50:13 L’intérêt des champs scalaires pour résoudre de grandes questions en physique
51:05 Conséquences cosmologiques de la découverte du boson de Higgs
53:06 Boson de Higgs et vide quantique
54:56 Bonus sur l’actualité du moment : fonds diffus cosmologique

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Qu’est-ce que la relativité restreinte ?

0:00 Ambitions d’Einstein en 1902 ; office des brevets à Berne
2:37 La synchronisation des horloges, une priorité nationale
4:10 1905, l’année miraculeuse de la physique
6:16 L’effet photoélectrique ; postulat des quanta de lumière
9:06 Le mouvement brownien ; postulat puis vérification (Perrin, 1906) de l’existence de l’atome
11:20 Peut-on synchroniser des horloges à distance ?
12:25 Théories dominantes au XIXe siècle : la mécanique et l’électromagnétisme ; incompatibilité de ces deux théories : l’éther luminifère
16:59 Principe de relativité : le mouvement (rectiligne uniforme) est comme rien
20:37 Mise à mort de l’éther par Einstein
21:55 Questions posées par Einstein dans l’article de juin 1905
25:10 La relativité restreinte, une théorie universelle de l’espace-temps
26:46 Un observateur en chute libre ne sent pas son poids : le principe d’équivalence
29:23 La fin du temps universel newtonien, exemple des deux lampes
35:28 Tautologie : « vitesse d’écoulement du temps » 
39:39 Autant de temps propres que d’observateurs ; le problème du vocabulaire
42:12 Paradoxe des jumeaux de Langevin
43:50 Lien entre l’inertie et l’énergie d’un corps : E = mc2, la vitesse de la lumière devient une constante universelle de la physique
49:00 Applications de E = mc2
51:05 Implication de l’existence d’une vitesse limite ; l’inertie n’est pas la masse
53:24 Exemple de collision au LHC ; collision particule – antiparticule
56:28 Vraie formule E2 = m2c4 + p2c2 : existence possible de particules sans masse, se déplaçant à la vitesse de la lumière

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Max Planck (1858 – 1947)


Planck


“Une théorie nouvelle ne triomphe jamais. Ce sont ses adversaires qui finissent par mourir.”

“Même la théorie physique la plus parfaite n’est pas en mesure de répondre à une question mal formulée.”

Max Planck



Formation

Max Planck est né à Kiel le 23 avril 1858. Il est né dans une famille intellectuelle certes, mais pas scientifique, puisque son père était professeur de droit à l’université, et ses grands-parents professeurs de théologie ! Il étudie à l’université, où il est tiraillé entre des études de musique et de sciences. Ce sont finalement les mathématiques qui l’emportent sur le piano, et il étudie avec des professeurs tels que Kirchhoff ou Helmholtz. Après ses études, il devient professeur de physique à l’université de Munich.

Recherches et découvertes

Ses premiers travaux (qu’il a réalisés pour sa thèse, en 1878) portaient sur la thermodynamique, ce qui s‘explique par l’influence de son professeur Kirchhoff. Il s’intéresse ensuite à l’électromagnétisme et à la physique statistique. C’est finalement lui qui, en 1900, détermine la répartition spectrale du rayonnement pour les corps noirs. Cette théorie est émise sur l’idée, révolutionnaire à l’époque, que l’énergie ne pouvait prendre que des valeurs discrètes, ou « quanta ». Il recevra le prix Nobel pour cette théorie en 1918.

La seconde Guerre Mondiale, une période difficile…

Pendant la seconde Guerre Mondiale, Planck connaît une période particulièrement difficile, puisqu’il décide de rester en Allemagne en considérant que c’était son devoir. Toutefois, il s’opposait ouvertement au régime Nazi, en particulier la persécution des juifs. En 1944, un de ses fils fut exécuté pour la part qu’il a joué dans un attentat manqué contre Hitler.Les dernières semaines de la guerre furent très difficiles pour lui puisque sa maison fut détruite par les bombardements…
Planck meurt deux ans après la fin de la guerre, en 1947.

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Il était sept fois la révolution

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Certaines révolutions sont lentes et ne font pas couler de sang. Entre 1925 et 1935, la physique a connu un tel bouleversement : les atomes, ces petits grains de matière découverts quelques années plus tôt, n’obéissaient plus aux lois de la physique classique. Il fallait en inventer de nouvelles, penser autrement la matière. Une décennie d’effervescence créatrice, d’audace, de tourments, une décennie miraculeuse suffit à un petit nombre de physiciens, tous jeunes, pour fonder l’une des plus belles constructions intellectuelles de tous les temps : la physique quantique, celle de l’infiniment petit, sur laquelle s’appuie toujours la physique actuelle. Originaux, déterminés, attachants, pathétiques parfois, ces hommes ont en commun d’avoir été, chacun à sa façon, des génies. Dispersés aux quatre coins de l’Europe, à Cambridge, Copenhague, Vienne, Göttingen, Zurich ou Rome, ils se rencontraient régulièrement et s’écrivaient souvent. Leurs travaux se faisaient écho, suscitant l’admiration des uns, la critique des autres, jusqu’à ce qu’ils constituent un édifice formel cohérent. Ce livre rend hommage à quelques-uns de ces hommes remarquables : George Gamow, Albert Einstein, Paul Dirac, Ettore Majorana, Wolfgang Pauli, Paul Ehrenfest et Erwin Schrödinger.

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