Enquête sur la nature de la matière. Voyage dans l'infiniment petit

Ce livre présente un panorama de la science du XXe siècle à travers la résolution de problèmes de physique donnés aux concours d'entrée aux grandes écoles scientifiques. Ces problèmes, choisis pour leur intérêt scientifique, conduisent le lecteur de l'infiniment petit (l'atome et le domaine de la physique quantique) à l'infiniment grand (l'Univers et la cosmologie). En chemin, le lecteur aborde l'étude des plasmas, de la Terre et de son environnement, du système Terre-Lune à travers notamment le phénomène des marées, du système solaire ou encore des planètes extra-solaires et des étoiles doubles... L'une des originalités de ce livre réside dans les compléments historiques qui accompagnent les problèmes corrigés ainsi que dans la tentative d'ouverture vers la physique contemporaine, sur des thèmes traités ou simplement cités dans les sujets de concours proposés. Le lecteur pourra ainsi, par le biais de ces problèmes, étudier le programme de physique des classes préparatoires aux grandes écoles scientifiques et du 1er cycle universitaire, tout en complétant sa culture scientifique sur de grands sujets de recherche actuels.

Résumé : Ce livre tente d'expliquer, sans équations, en quoi les théories physiques du XXe siècle ? relativité restreinte et générale, mécanique quantique, théorie du Big Bang, théorie quantique des champs, etc. ? ont affecté notre conception de l'espace et du temps. Les grandes idées qui ont bouleversé la physique ce dernier siècle sont présentées en mettant en avant les enjeux physiques et parfois philosophiques qui ont guidé leurs concepteurs. Tout au long de l'ouvrage, le même esprit est respecté : souci de vulgarisation sans céder toutefois à la Facilité. Les concepts Fondamentaux sont introduits et expliqués à l'aide d'analogies accessibles par tout un chacun.

Qu'est-ce que l'univers ? Est-ce une chose qui répond aux mêmes lois que n'importe quel objet physique ou plutôt un concept qui porte l'idée de totalité ? De l'aube de la civilisation à nos jours, notre conception de l'univers a beaucoup évolué, passant d'une vision géocentrique et anthropocentrique à celle d'un Monde dépourvu de centre et où l'Homme n'est qu'un grain de poussière. Pour la cosmologie moderne, l'univers est définitivement un objet physique, doté d'une température, d'une structure, d'une histoire qui commence parle Big Bang et se termine peut-être par un Big Crunch. Cet ouvrage tente de livrer simplement l'état de nos connaissances actuelles sur l'univers. Il s'adresse à un large public, curieux et prompt à la réflexion. Après avoir resitué le concept d'univers dans une perspective historique, il dessine la vision qu'en donnent la relativité générale et la cosmologie moderne, les succès du modèle standard de la cosmologie qui remonte jusqu'à quelques fragments de nanosecondes après le Big Bang, les mystères du vide et de son incroyable potentiel créatif, les questions sans réponses que cachent encore la matière et l'énergie noires, et aussi les échecs face au "mur" infranchissable de la singularité originelle. Il donne quelques clés pour appréhender les enjeux de la gravitation quantique et ses conséquences cosmologiques : pourquoi a-t-elle vu le jour et pour répondre à quelles questions ? Tout au long de ce voyage à travers le cosmos, de l'infiniment petit à l'infiniment grand, ce livre ne perd toutefois pas de vue l'une des principales questions qui l'ont motivé : quel est le sens de cet objet insolite qu'est l'univers ?

La physique quantique est certainement la plus grande aventure scientifique du XXe siècle et sera aussi, assurément, celle du XXIe siècle. Car le siècle qui commence sera quantique ! Depuis sa formalisation dans les années 1930, la mécanique quantique a volé de succès en succès, prédisant des phénomènes qui n'avaient jamais été observés. Ces trente dernières années, les progrès technologiques ont permis de réaliser enfin les expériences qu'avaient imaginées les pères de la mécanique quantique pour tenter de la mettre à l'épreuve. Force est de constater qu'elle a passé tous les tests sans montrer de faiblesses. Par son caractère contre-intuitif, la mécanique quantique déroute ceux qui l'abordent pour la première fois. Ses paradoxes déconcertants ont été et sont toujours le support de bien des fantasmes. Elle a alimenté des débats sans fin entre les plus grands esprits de la physique moderne. Elle fascine parce qu'insaisissable. Pourtant, l'outil mathématique est finalement assez simple : un lycéen peut le comprendre sans difficulté. Quant à en saisir la signification physique, c'est là une autre affaire ! Car si la mécanique quantique fonctionne bien, personne ne peut l'expliquer vraiment. C'est peut-être là que réside son plus grand paradoxe. Ce livre n'a pas la prétention de répondre aux interrogations que la physique quantique soulève. Il essaye seulement d'en pénétrer les mystères et de donner quelques clés pour aider à la comprendre. Des LASER aux horloges atomiques en passant par l'ordinateur quantique sur le point de nous livrer ses promesses, la physique quantique s'insinue toujours plus dans notre vie quotidienne. Ce livre se propose de parcourir ces applications pour mieux illustrer les phénomènes qui sont en jeu. La physique quantique est restée dans le fond un mystère mais l'homme a étonnamment appris à la maîtriser.