Introduction à la mécanique quantique Licence. Cours et exercices corrigés

L'envol des télescopes dans l'espace, la détection et l'exploration de tout le spectre des ondes invisibles émises par les astres les plus lointains, la puissance des ordinateurs, toutes ces techniques et bien d'autres ont permis d'accroître de manière fantastique nos connaissances sur l'Univers. L'astronomie, l'astrophysique et la cosmologie sont devenues des sciences touchant à tous les domaines de la physique, et même de la biologie par des recherches sur les origines moléculaires de la vie. En parcourant les différentes étapes de l'évolution de l'Univers, l'auteur a su présenter au cours de cet ouvrage l'essentiel de ces nouvelles connaissances. Après le Big Bang, l'ouvrage développe la "gestation" de l'Univers et sa "naissance" quelques trois cent quatre vingt mille ans après. Le développement des structures que l'on observe de nos jours est ensuite décrit; il durera un bon nombre de milliards d'années mais il ne sera pas éternel. Enfin, différents scénarios du vieillissement, de l'agonie et de la mort de l'Univers ont été imaginés par les astrophysiciens et l'ouvrage décrit les plus probables. Afin de comprendre le vocabulaire et les idées utilisées par les astrophysiciens et les cosmologistes, l'auteur résume quelques données sur la relativité générale et la physique quantique. Il donne les éléments nécessaires permettant la liaison entre ces sciences fondamentales et leurs applications à l'astrophysique et la cosmologie.

La matière et l'énergie ne vont plus former qu'une seule et même entité lorsque la célèbre formule E = mc2 est définitivement démontrée par Max Planck. Une nouvelle conception de la réalité s'impose; la matière considérée comme éternelle devient éphémère. Il va falloir cependant plus de deux siècles de cogitation des plus grands philosophes et physiciens pour aboutir à cette fameuse formule. Celle-ci fait son apparition au cours du XVIIIe siècle lorsque la notion d'énergie mécanique commence à s'imposer sous la forme de "force vive". Grâce à Newton et Leibniz, on trouve le calcul de l'énergie de la lumière sous la forme mc2 dans un ouvrage de Voltaire destiné à "ceux qui ne connaissent Newton que de nom". Au cours du XIXe siècle, ce sera la théorie de l'éther, support des vibrations électromagnétiques, qui sera le réceptacle d'une énergie postulée également sous la forme mc2. A la fin du XIXe siècle, Maxwell, puis Henri Poincaré vont mettre en évidence les propriétés dynamiques des ondes électromagnétiques. En 1905, Einstein va faire un raisonnement approximatif aboutissant à E = mc2. Finalement, ce sera Max Planck, qui fonda la physique quantique et développa la relativité restreinte, qui démontrera le premier la formule. Depuis, des expériences en tout genre ont largement démontré la validité de cette célèbre formule. En laboratoire, les corpuscules de matière se dématérialisent en énergie et cette dernière se matérialise en particules. Les travaux de recherches et d'enseignement universitaires de Jean Hladik lui ont permis d'acquérir une large connaissance des théories scientifiques les plus modernes. Grâce à ses talents pédagogiques, l'auteur explique simplement la Relativité, science qui touche aux grands mystères de notre Univers.

Une crise profonde va secouer les certitudes des physiciens à la fin du XIXe siècle. Pour y répondre, Henri Poincaré, célèbre mathématicien et physicien, va s'interroger sur les bases les plus fondamentales de la physique, et plus particulièrement sur la notion de temps. Ses travaux, publiés dans diverses revues entre 1898 et 1905, vont le conduire à poser les fondements de la Relativité restreinte. Les textes originaux, très simples, sont repris dans le présent ouvrage. Ceux qui ne connaissent pas la Relativité restreinte peuvent ainsi comprendre aisément les débuts de cette révolution de la pensée scientifique et philosophique. Ceux qui en ont déjà une certaine connaissance comprendront sans doute beaucoup mieux ce qu'ils en savent déjà. Début juin 1905, Poincaré publie les formules de base de la Relativité restreinte. Plus de trois semaines après, Einstein regroupe les principes et les résultats énoncés par Poincaré en un texte unique qui sera longtemps considéré comme le seul acte fondateur de la Relativité restreinte. Einstein a-t-il redécouvert indépendamment ce qui avait été publié avant lui ou a-t-il simplement plagié Poincaré? Quoi qu'il en soit, étant donnée l'antériorité des textes de Poincaré, leur lecture montre que c'est bien lui qui est le véritable fondateur de la Relativité restreinte. Biographie de l'auteur Les travaux de recherches et d'enseignement universitaires de Jean Hladik l'ont conduit à la publication de nombreux ouvrages, entre autres en mécanique quantique et en mathématiques appliquées à la physique. Son livre d'introduction à la Relativité restreinte, publié récemment avec un collègue, constitue un renouveau dans la compréhension des fondements de cette théorie.

Qui aurait imaginé que la théorie de la relativité générale devrait être prise en compte pour régler les horloges satellitaires dont dépend la précision d'une technique devenue aussi banale que le GPS? Le temps et l'espace, cadre fondamental de toute la physique, sont en effet nécessairement modélisés par les équations relativistes d'Albert Einstein. La relativité générale est devenue un outil privilégié pour décrire l'Univers dans son ensemble, depuis le Big Bang jusqu'aux trous noirs, en passant par le système solaire, les étoiles à neutrons, les pulsars, les ondes gravitationnelles. De plus, la recherche d'une cohérence de toute la physique fondamentale conduit à des théories nouvelles qui, dans un cadre quantique général, contiennent l'essentiel de la relativité générale. Cette Introduction à la relativité générale est conçue de façon à apporter au lecteur, de façon simplifiée, toutes les notions mathématiques nécessaires pour comprendre cette théorie. Deux chapitres donnent les éléments essentiels sur le calcul tensoriel et la théorie des espaces de Riemann. Un chapitre est consacré aux idées qui, historiquement, sont à l'origine du développement mathématique de cette théorie. Des tests expérimentaux d'une très grande précision ont confirmé, dans le détail, la pertinence de la relativité générale. L'auteur décrit les principaux résultats actuels qui valident cette théorie. Un dernier chapitre est consacré à la cosmologie dont la relativité générale permit, pour la première fois dans l'histoire des idées, d'envisager des bases scientifiques.