Pour comprendre simplement les origines et l'évolution de la physique quantique

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.

JEAN HLADIK est professeur à l'université d'Angers où il dirige le laboratoire d'énergétique et de thermodynamique. - PIERRE-EMMANUEL HLADIK est élève-ingénieur à l'École Centrale de Nantes.

Pour comprendre l'essentiel de la Relativité, il n'est nul besoin de connaissances particulières. Les idées de base de cette science sont en effet très simples. Les conséquences immédiates qu'en déduisent les physiciens sont cependant surprenantes. Le temps et l'espace deviennent élastiques, s'allongeant et se rétrécissant pour les individus qui voyagent à très grande vitesse. L'espace-temps à quatre dimensions est ainsi le cadre de toute réalité. Les objets peuvent disparaître pour se transformer en énergie pure selon la fameuse relation E = mc2. Ces idées bouleversent la nature même de lois bien établies.L'attraction universelle de Newton entre les corps célestes se métamorphose car l'espace acquiert une certaine courbure qui s'identifie à la gravitation. La géométrie n'obéit plus aux règles simples que nous connaissons. La nouvelle géométrie devient en effet tributaire de la répartition de la matière. Le devenir de notre Univers est de nos jours construit sur des connaissances scientifiques issues de la Relativité.

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.