Carlo Rovelli
Ce petit livre est un résumé des sept matières scientifiques majeures condensées en sept leçons de douze pages maximum chacune.
Il est écrit pour des lecteurs comme moi, qui connaissent peu la science moderne et qui sont reconnaissants d’en savoir un peu plus.
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La première leçon est consacrée à la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein, « la plus belle des théories ».
Newton, le grand père de la science moderne, avait ses idées sur « la force de gravité », mais se gardait bien de proposer une théorie complète. Michael Faraday et James Maxwell avaient ajouté un élément clé : « le champ électromagnétique ».
Einstein en est venu à comprendre que la gravité, comme l’électricité, doit aussi être véhiculée par un champ :
« un champ gravitationnel ».
Et puis un coup de génie lui vint : « le champ gravitationnel n’est pas diffusé à travers l’espace, c’est cet espace lui-même.
« L’espace et le champ gravitationnel, c’est la même chose. »
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La seconde à la mécanique quantique, ou théorie quantique.
Le Danois Niels Bohr a été le premier à comprendre que l’énergie des électrons dans les atomes ne peut prendre que certaines valeurs et surtout qu’ils ne peuvent sauter d’une orbite atomique à une autre qu’avec des énergies déterminées, émettant ou absorbant un photon lorsqu’ils sautent.
ce sont les fameux « sauts quantiques ».
Werner Heisenberg a été le premier à écrire les équations de la nouvelle théorie et a même imaginé que les électrons n’existent pas toujours. Ils ne se matérialisent que lorsqu’ils entrent en collision avec quelque chose d’autre.
Quand rien ne le perturbe, il n’est à aucun endroit précis. Ce n’est pas du tout dans un « lieu ».
Est-ce à dire que la réalité n’est qu’interaction ?
Nos connaissances grandissent. Cela nous permet de faire de nouvelles choses que nous n’avions même pas imaginées auparavant. Mais la croissance a ouvert de nouvelles questions. De nouveaux mystères.
J’ai récemment lu « Life on the Edge », « L’âge à venir de la biologie quantique ». Cela m’a aidé à comprendre cette théorie
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Le troisième est l’architecture de l’univers que nous habitons.
Pendant des milliers d’années, les humains ont perçu l’univers comme simplement : la terre en dessous et le ciel au-dessus.
Puis Anaximandre il y a 2600 ans puis après Parménide, Pythagore, Aristote, tous ont contribué à notre perception des étoiles dans le ciel.
Le saut suivant est venu avec Copernic qui incluait une grande différence par rapport au point de vue d’Aristote;
il comprit que le soleil était l’objet central et que la terre avec toutes les autres planètes dansait autour d’elle.
La croissance de nos connaissances s’est poursuivie et nous avons vite appris que notre système solaire lui-même n’est qu’un système parmi tant d’autres, une minuscule tache dans la galaxie de cent milliards d’étoiles.
Et puis, dans les années 1930, les astronomes ont découvert que notre galaxie, « la voie lactée » n’est qu’un grain de poussière dans un énorme nuage de galaxies à perte de vue avec même le plus puissant des télescopes.
Hubble, le télescope dans l’espace, a produit une image montrant plus d’une centaine de milliards de soleils similaires au nôtre, la majorité de ces soleils sont orbités par des planètes.
Il existe des milliers de milliards de milliards de milliards de planètes comme la Terre !
Je pense que jusqu’à présent, nous connaissons assez bien la structure. Mais alors, on nous dit qu’il faut imaginer la texture de l’univers, avec ses groupes de galaxies déplacés par des vagues semblables à celles de la mer, parfois si agitées qu’elles créent des interstices, les trous noirs.
Et tout l’immense cosmos élastique, en gestation depuis quinze milliards d’années, est issu d’un petit nuage chaud et dense. Cela a commencé comme une petite boule puis a explosé, le fameux big bang, et est devenu notre univers actuel.
C’était quoi avant ? Y a-t-il autre chose? Nous ne savons pas.
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Le quatrième est à ses particules élémentaires. La physique des particules.
La science de l’autre extrême de la nature concerne les atomes, les électrons, les protons et les neutrons, et même des particules plus petites appelées quarks.
Tout ce que nous voyons et touchons est fait d’atomes d’électrons et de quarks. La force qui colle ces particules ensemble est générée par des particules appelées gluons.
La nature de ces particules et la façon dont elles se déplacent sont décrites par la «mécanique quantique».
Selon les étranges lois de la mécanique quantique, tout ce qui existe n’est jamais stable mais n’est qu’un saut d’une interaction à une autre. De minuscules ondelettes, apparaissant et disparaissant. Un ensemble de vibrations. Un monde d’événements, pas de choses.
La théorie des particules est l’œuvre de scientifiques des années 1950 à 1970
et a conduit au « Modèle standard des particules élémentaires ».
Pourtant, on pense que ce modèle n’est pas satisfaisant ; cela n’a pas résolu le problème.
Une poignée de particules élémentaires, qui vibrent et fluctuent entre l’existence et la non-existence et pullulent dans l’espace, combinent la réalité infinie des galaxies, des étoiles, de la lumière du soleil, du bois, des champs de fleurs et des montagnes de neige.
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Le cinquième traite de la gravité quantique.
Il y a un paradoxe au cœur de notre compréhension. Nous avons deux théories :
Relativité Générale et Mécanique Quantique.
Ces deux théories ne peuvent pas toutes les deux être justes, car elles se contredisent.
Le paradoxe est que les deux théories fonctionnent remarquablement bien.
Un groupe de physiciens théoriciens du monde entier travaille sur une étude appelée Quantum Gravity, ou Loop Quantum Gravity, essayant de régler le problème. L’objectif est de combiner relativité générale et mécanique quantique.
La propriété centrale de la gravité quantique à boucles est que l’espace n’est pas continu, n’est pas divisible à l’infini, mais est composé de grains, ou « atomes d’espace ». Où sont ces quanta d’espace ? Nulle part, ils sont eux-mêmes l’espace.
La deuxième conséquence de cette théorie est que ses équations ne contiennent plus la variable « temps ».
Il n’y a plus d’espace qui contient le monde, et il n’y a plus de « temps » dans lequel les événements se produisent.
Une autre des conséquences de la théorie concerne les origines de l’univers. Les équations de la boucle, la théorie nous permettent de remonter encore plus loin que le big bang.
Notre monde est peut-être né d’un univers précédent qui s’est contracté sous son propre poids jusqu’à ce qu’il soit comprimé dans un espace minuscule, avant de rebondir et de commencer à se ré-étendre et à devenir notre univers actuel.
La gravitation quantique à boucles est une tentative de déchiffrer ces idées et de regarder plus loin dans l’avenir.
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Le sixième est sur les probabilités et la chaleur des trous noirs.
Qu’est-ce que la chaleur ? Thermodynamique. Atomes et molécules, petits amas d’atomes liés entre eux sont toujours en mouvement. L’air froid est de l’air dans lequel les atomes, ou plutôt les molécules, se déplacent plus lentement. L’air chaud est l’air dans lequel les atomes se déplacent plus rapidement.
La chaleur, comme nous le savons, passe toujours des choses chaudes aux choses froides. Pourquoi pas l’inverse ?
C’est une question cruciale car elle se rapporte à la question du temps.
Le phénomène fondamental qui distingue le « futur » du « passé » est le fait que la chaleur passe des choses les plus chaudes aux choses les plus froides.
Il est statistiquement plus probable qu’un atome en mouvement rapide de la substance chaude entre en collision avec un atome froid et lui laisse un peu d’énergie, plutôt que l’inverse.
Cette introduction de la probabilité au cœur de la physique a d’abord été considérée comme absurde.
La branche de la science qui clarifie ces choses est appelée « physique statistique ».
Au cours du XXe siècle, la thermodynamique et la dynamique statistique ont été étendues aux phénomènes électromagnétiques et quantiques. Le comportement du champ gravitationnel lorsqu’il se réchauffe reste un problème non résolu.
Le champ gravitationnel est l’espace lui-même, en fait l’espace-temps. Mais qu’est-ce qu’un champ gravitationnel chaud ?
Le cœur du problème est : quel est exactement l’écoulement du temps ? Qu’y a-t-il ici et maintenant ?
La relativité restreinte a montré que la notion de « présent » est aussi subjective.
Les physiciens croient que le passé, le présent et le futur ne sont qu’une illusion tenace.
Il n’y a de différence détectable entre le passé et le futur que lorsqu’il y a un flux de chaleur.
L’écoulement du temps émerge ainsi de la physique dans le contexte de la statistique et de la thermodynamique.
C’est peut-être là l’énigme du temps.
Le temps est au centre d’un enchevêtrement de problèmes soulevés par l’intersection de la gravité, de la mécanique quantique et de la thermodynamique. Un enchevêtrement de problèmes où nous sommes encore dans le flou.
Stefen Hawking en utilisant la mécanique quantique a démontré avec succès que les trous noirs sont toujours chauds.
Ce phénomène implique les trois aspects du problème : la mécanique quantique, la relativité générale et la science thermique. La chaleur des trous noirs est écrite en trois langues, toujours en attente de déchiffrement pour révéler la vraie nature du temps.
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La septième et dernière section porte sur nous-mêmes et notre existence à la lumière du monde étrange décrit par la physique.
Quel rôle avons-nous, dans cette grande fresque du monde tel qu’il est expliqué par la physique contemporaine ?
Sommes-nous également constitués de quanta et de particules ? Nous avons appris que notre être n’est qu’une partie de l’univers et une petite partie à cela.
Nous avions pensé que nous existions en tant qu’êtres uniques. Nous avons appris qui nous sommes. Nous sommes les descendants des mêmes parents que tous les êtres vivants qui nous entourent. Nous avons des arrière-grands-parents en commun avec les papillons et les mélèzes.
Dans l’immense océan de galaxies et d’étoiles, nous sommes dans un coin reculé de notre galaxie sur notre planète Terre natale parmi les innombrables planètes de l’univers.
Malgré notre ignorance, les limites de nos sens et de notre intelligence, les images que nous construisons de l’univers sont en nous, dans l’espace de nos pensées. Ils sont un postérieur à l’évolution mentale de notre espèce et sont en constante évolution.
Il y a une question qui nous laisse perplexe : si nous sommes libres de prendre des décisions, y a-t-il peut-être quelque chose qui pourrait échapper à la régularité de la nature ? Et nous permet de déroger à ses lois fondamentales ?
Cependant, la façon dont nous nous comportons est déterminée par les lois de la nature agissant dans notre cerveau.
Dans la mesure où l’interaction des neurones de notre cerveau le permet et le détermine.
Il n’y a pas de « je » et les neurones dans mon cerveau ; Ce sont les mêmes choses.
Tout cela fait partie de la même nature ; nous faisons partie intégrante de la nature, nous sommes la nature.
C’est la forme que la nature a prise ici sur notre planète.
Qui sait combien d’autres complexités extraordinaires existent dans le cosmos sans fin ?
Nous sommes une espèce naturellement motivée par la curiosité, la seule qui reste d’un groupe d’espèces, le « genre homo ».
La vie nous est précieuse car elle est éphémère.
Lucrèce a écrit : « notre appétit de vivre est vorace, notre soif de vivre est insatiable ».
Cela fait partie de notre nature d’avoir envie d’en savoir plus et de continuer à apprendre.
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Ce travail n’est pas pour le lecteur de littérature de divertissement.
Plutôt pour quelqu’un qui s’intéresse à la science et à la connaissance avec peu d’études préalables sur ces sujets.
Pour ces amoureux des livres, c’est un excellent résumé, écrit dans un beau style humoristique et facile à comprendre.