19 juillet 2012

Lecture Estivale #1 : L'Univers élégant de Brian Greene

C'est l'été, il fait b... heu, il pleut sans discontinuer, l'on remplace donc randonnées et séances de bronzage sur la plage par quelques activités de substitution. Comme le jogging sous la pluie ou la lecture. Aujourd'hui, l'on s'intéresse aux atomes et aux galaxies avec L'Univers Elégant.

Rassurez-vous, il est question ici de vulgarisation, autrement dit de concepts qui sont rendus accessibles aux gens qui, comme moi, ont suivi une filière littéraire. C'est d'ailleurs tout le talent de Brian Greene que de parvenir à expliquer, patiemment, par diverses métaphores, la profonde magie de l'univers.
Car, si vous pensiez que l'on avait atteint les limites de l'imagination avec les oeuvres de fiction et les délires de certains auteurs, pourtant imaginatifs, détrompez-vous ! Notre monde est infiniment plus déroutant, incroyable et spectaculaire que la meilleure des fictions.
En pratique, il est ici question de la théorie des supercordes, et même de la théorie M, qui unit en réalité les cinq "variantes" de cette même théorie des cordes. Mais pour en arriver là, Greene passe par l'essentiel de la physique, de la relativité restreinte et générale à la physique quantique, en parvenant à faire passer un nombre incroyable d'informations essentielles.

C'est bien simple, il est ahurissant que cet ouvrage, très bien écrit et fondamental, ne soit pas étudié dans nos écoles tant il parvient à montrer la magie qui se cache derrière ces saletés d'équations, aussi opaques que complexes, que l'on nous force à étudier sans que l'on comprenne bien pourquoi.
Tout d'abord, pour comprendre l'importance des cordes, il faut saisir à quel point l'incompatibilité entre relativité, qui fonctionne très bien à l'échelle macroscopique, et mécanique quantique, très à son aise à l'échelle subatomique, est fondamentale. Evidemment, un même univers ne peut être régi par des lois incompatibles entre elles. Pire encore, dans certains cas, il est nécessaire d'appliquer les deux théories. Par exemple dans l'étude des trous noirs, qui sont en fait une masse immense (relativité) concentrée dans un point minuscule (quantique). 

L'élégance de la solution proposée par les cordes paraît ici évidente. En gros, plutôt que de parler de particules ponctuelles, il s'agit de faire intervenir des cordes, sortes de filaments unidimensionnels, vibrant de différentes manières afin de générer les fameuses particules élémentaires.
Mais, ne nous égarons pas dans la théorie en elle-même (il faut un livre pour l'expliquer !) et voyons en quoi l'approche de Greene est aussi didactique qu'agréable.
Tout d'abord, l'auteur nous permet (enfin ! serais-je tenté de dire) de comprendre des notions (indispensables pour saisir l'apport des cordes) dont on avait entendu parler (enfin, moi en tout cas) mais dont on ne saisissait pas tout à fait le sens. Prenons un exemple simple : la vitesse de la lumière et, surtout, sa constance.
Pour moi, la constance de la vitesse de la lumière signifiait, tout bonnement, qu'elle se déplaçait toujours à la même vitesse, soit environ 300 000 km/s à quelques crottes de mouche près. Or, non, derrière ce terme, "constance", se cache quelque chose de bien plus surprenant, qui va à l'encontre de notre instinct et de ce que l'on suppose être le bon sens.

Imaginez que vous soyez sur l'autoroute, à 100 km/h. Un véhicule est en rapprochement et arrive à 120 km/h. Vous allez le voir passer relativement lentement, comme si vous étiez à l'arrêt et qu'il se déplaçait à 20 km/h. C'est purement logique. 
Imaginons maintenant que nous puissions nous déplacer à 150 000 km/s, soit approximativement la moitié de la vitesse de la lumière. Les photons de lumière devraient donc arriver vers nous plus lentement, tout comme la voiture qui nous dépasse sur l'autoroute. Or, non. Quelle que soit la vitesse de l'observateur, la vitesse de la lumière est constante. L'on pourrait bien atteindre les 300 000 km/s que l'on verrait tout de même les photons s'éloigner ou se rapprocher à 300 000 km/s.
Rien que cela, lorsque l'on a bien compris ce que cela implique, ça demande un moment pour le digérer quand même !

Pour prendre un autre exemple, la relativité du temps - principe admis depuis longtemps dans la communauté scientifique mais difficile à appréhender pour le commun des mortels - est également très bien décrite, notamment à l'aide d'une montre (totalement hypothétique mais très efficace) à photon.
On a tous plus ou moins compris, même à travers des oeuvres de fiction, que si l'on voyageait, suffisamment vite, suffisamment longtemps, un retour sur Terre impliquerait de faire face à un bond dans le temps. L'expérience de la montre à photon permet d'appréhender physiquement cette réalité. Une montre à photon n'est rien d'autre que deux miroirs, face à face, sur lesquels se réfléchit un seul photon. Un aller-retour correspond à un "tic" de la montre (un milliardième de seconde avec des miroirs distants de 15 centimètres, mais cela a peu d'importance au final). Imaginons maintenant deux montres. L'une immobile, à la terrasse d'un café, l'autre en mouvement, sur un véhicule passant devant ce même café.  
De notre point de vue, notre photon suit une trajectoire courte, verticale, de 15 cm. Par contre, toujours de notre point de vue, le photon de la montre sur le véhicule suit une trajectoire longue, oblique (et inversement d'ailleurs, du point de vue de celui qui se déplace, c'est le photon de la montre immobile qui parait parcourir plus de distance). Dans cette expérience simple, il y a toute la complexité de la relativité. Les photons ont une vitesse constante, celle de la lumière, mais l'un doit parcourir une distance plus longue que l'autre. Donc, nécessairement, les "tics" de la montre seront moins fréquents. Le temps en est donc ralenti.


Là encore, les implications, les "sensations" même, sont ahurissantes.
Et, dans ce livre, avec le même genre d'exemples limpides, il y a encore des tas de choses, complexes, cruciales, enfin à portée de main, ou, plus exactement, de représentation.
Je pourrais encore évoquer la "distribution" de la vitesse dans différentes dimensions (là encore très bien expliquée), ou les déchirures de l'espace-temps, mais vous aurez certainement déjà compris que ce livre de poche à bas prix, chez folio essais, est indispensable pour tous ceux qui rêvent, se questionnent, sont déçus par leur première approche de la science et de la physique, et, surtout, pour tous ceux qui inventent et imaginent la SF ou la Fantasy, histoire de leur donner des bases cruciales et même des ponts vers ce que l'on n'aurait jamais osé imaginer...

Un livre passionnant, facile d'accès, qui devrait vous laisser songeur et vous réconcilier avec la recherche fondamentale. 
Aussi bon qu'un Stephen King, sauf que tout est vrai.


Attention : les illustrations de cet article se sont pas tirées de l'ouvrage dont il est question ici. Ce dernier contient néanmoins un grand nombre de schémas et figures, en noir et blanc, propres à illustrer, souvent de manière limpide, les propos de l'auteur.