La physique quantique dans tous ses états

Au IVe siècle av. J-C., Euclide jetait les bases de ce qui allait être la géométrie et notre vision de l'espace pur les deux mille cinq cents ans à venir. La mécanique newtonienne s'est emparée de ce modèle et a construit sur ces fondations la conception classique du mouvement, non sans succès (cf. l'impressionnante réussite de la loi de la gravitation universelle de Newton). Pourtant le triomphe de la physique classique n'allait pas durer: la découverte des phénomènes électromagnétiques et les premières explorations du monde microscopique donnèrent un coup fatal aux postulats de la mécanique classique. Très vite, les développements de la relativité et de la physique quantique apportèrent des modifications profondes de notre compréhension de l'espace et du temps, de la géométrie et du devenir de l'Univers. L'espace euclidien et absolu a cédé la place à un espace-temps relatif, courbe, quantifié et extensible comme une baudruche que les forges du Big Bang auraient gonflée en quelques fragments de nanosecondes. Finalement, après un siècle de nouvelle physique, que reste-t-il des notions d'espace et de temps que nous a léguées la physique classique? Quel sens donné à l'univers et à l'idée qu'il ait pu avoir un commencement? Ce livre tente d'expliquer, sans équations, en quoi les théories physiques du XXe siècle (la relativité restreinte et générale, la mécanique quantique, la théorie du Big Bang, la 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.

L'espace et le temps se trouvent au coeur de notre expérience quotidienne du monde qui nous entoure et pourtant il nous est bien difficile d'en donner une définition parfaitement claire. Très tôt dans l'histoire de l'humanité, les mathématiques se sont emparées de ces notions : dès le IVe siècle avant J.-C., le mathématicien grec Euclide jetait les bases de ce qui allait être la géométrie et notre vision de l'espace pour les deux mille cinq cents ans à venir. Mais, au début du XXe siècle, les théories de la relativité restreinte et générale ainsi que la mécanique quantique allaient bouleverser cette vision classique. D'absolus et euclidiens, l'espace et le temps ont fusionné dans un espace-temps relatif et courbe, extensible comme une baudruche que les forges du Big Bang auraient gonflée en quelques fragments de nanosecondes. Quelles nouvelles représentations de l'espace et du temps nous a légué ce dernier siècle de physique dominé par la physique quantique et la cosmologie ? Ce livre tente d'expliquer en quoi les théories physiques du XXe siècle (la relativité restreinte et générale, la mécanique quantique, la théorie du Big Bang, le modèle standard, etc.) ont affecté notre conception de l'espace et du temps. Cette seconde édition a été enrichie par un chapitre consacré à la flèche du temps. De plus, elle a été mise à jour en prenant en compte les tous derniers développements dans le domaine de la cosmologie et de la physique théorique comme la mise en évidence des ondes gravitationnelles, la recherche de la nature de la matière noire, la théorie des supercordes, la gravité quantique à boucles, l'entropie des trous noirs, le rayonnement de Hawking, etc.

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, les échecs face au "mur" infranchissable de la singularité originelle, les clés pour appréhender les enjeux de la gravitation quantique et ses conséquences cosmologiques. 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 ?

Écrit pour un large public, ce livre guide le lecteur dans le dédale de la physique des particules en introduisant les grands cadres théoriques qui pavent le chemin vers le modèle standard : la théorie de la relativité, la mécanique quantique, la théorie quantique des champs, les théories de jauge, les brisures spontanées de symétrie, le boson de Higgs,...