SI PHYSIQUE M’ÉTAIT CONTÉE... Gilbert Reinisch E-mail : gilbert@oca.eu CNRS, Observatoire de la...

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  • SI PHYSIQUE MTAIT CONTE... Gilbert Reinisch E-mail : gilbert@oca.eu CNRS, Observatoire de la Cte dAzur Universit de Nice Sophia-Antipolis (Niamey, Lyce La Fontaine: mars 2010)
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  • La relativit dEinstein Qualitativement, elle traduit deux ides trs simples: 1) lespace et le temps ne sont plus indpendants: ils se fondent lun et lautre dans un nouveau concept 3+1=4 dimensions: lespace-temps. 2) la matire cre la courbure de lespace- temps; la courbure de lespace-temps dtermine le mouvement de la matire Quantitativement, le formalisme mathmatique devient trs compliqu
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  • Mais peut-on acclrer indfiniment une particule ? OUI rpond la mcanique classique : par exemple dans un champ de pesanteur uniforme et en se donnant un temps infini NON rpond la Nature : il existe une vitesse limite (c = vitesse de la lumire) telle que quand on sen approche, tout se mlange et on ne reconnat plus rien : lespace, le temps, lnergie, la masse
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  • Mcanique relativiste La masse, cest de lnergie et lnergie, cest de la masse : on peut transformer de lnergie en matire ou de la matire en nergie selon la fameuse loi E = m c
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  • Peut-on rduire linfini lespace et le temps ? OUI, rpond la mcanique classique : par exemple en tentant de reproduire pour latome de dimension 1/100 000 000 cm un mini systme solaire: atome dit de Bohr , dbut du XXme sicle) NON, rpond la Nature : quand on veut rduire le produit de la masse m, de lincertitude x sur la position x, et de lincertitude v sur la vitesse v dune particule, il existe une limite dite quantique , de valeur numrique h, en dessous de laquelle on ne descend jamais : cest le fameux principe dincertitude : m. x. v > h =/= 0 (le nombre h est trs trs trs petit, mais pas nul !)
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  • Consquence : mcanique quantique m. x. v > h =/= 0 ; Donc : ltat de repos (v=v=0) nexiste pas : la particule est toujours en mouvement le vide absolu : E ~() m v = 0 nexiste pas non plus : le vide contient toujours de lnergie ! (cest ce quon appelle lnergie du vide ou les fluctuations quantiques)
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  • mcanique quantique relativiste puisque le vide contient de lnergie E, et puisque lnergie, cest de la masse, alors le vide contient de la masse m=E/c lorsque lon sapproche de la limite des fluctuations quantiques dfinies par le trs trs trs trs trs petit intervalle de temps : t ~ h / E = h / mc ~ 0,000000000000000000001 s !
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  • exemple: un lectron de masse m Est-ce qu un lectron dont lnergie-de- masse est E = mc peut apparatre (ou disparatre ) dans une fluctuation quantique de dure t ~ h / mc ? Rponse : NON ! Car le vide est lectriquement neutre et doit donc le rester !
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  • => le couple lectron - positron lectron : charge e 0 : masse m Seule solution : il peut apparatre (ou disparatre) pendant le temps trs court t ~ h / 2mc correspondant E = 2mc une paire lectron-positron, de charge totale nulle !
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  • Application numrique : t = 0,000000000000000000001 = 10^(-21) seconde ! Mme sur des temps si extraordinairement courts, leffet de la cration-destruction (ou fluctuation du vide) de cette paire lectron-positron peut tre mesur en laboratoire... Ce qui fait de la mcanique quantique la thorie la plus prcise de lhistoire des sciences
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  • Ma biblio prfre ne dites pas dieu ce quil doit faire , F. De Closets, Seuil (2004) : trs bon bouquin, bien crit, sur lextraordinaire aventure de la physique au cours du XXme sicle initiation la physique quantique , V. Scarani, Vuibert (2003) : pas une seule quation; le top absolu pour illustrer les paradoxes de la mca Q, par exemple le coup du tirage plie ou face pour les deux particules quantiques le miroir aux neutrinos , F. Vannucci, Odile Jacob (2003) : toujours pas dquations; un poil plus trapu, mais plaisamment illustr de citations littraires sur les miroirs et, sagissant des neutrinos, a fait rver !... Alors rvons ! lespace-temps , J. P. Auffray, Dominos-Flammarion (1996) : en un format de super-poche trs rduit, llixir de ce quil faut savoir sur la gense des ides de la physique moderne dans un langage trs accessible
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  • lumire et matire: une trange histoire , R. Feynman, Points/Science-Seuil (1992) : un incroyable pari (russi, bien sr !) : llectrodynamique quantique en quatre leons, sans quations, par son gnial inventeur !... A lire absolument. une brve histoire du temps , S. Hawking, Flammarion (1988) : pas une seule quation non plus; et en prime, lune des plus clbres signatures de la cosmologie moderne les trous noirs , J. P. Luminet, Points/Science-Seuil (1992) : excellent parcours, quoiquun peu ardu parfois, dans le zoo des b-btes gravitationnelles, la recherche des fascinants trous noirs La ddicace elle seule vaut le dtour : je ddie ce livre tous ceux pour qui chaque rponse est une question !... A nous, donc ! et toujours, bien sr, Baudelaire : la nature est un temple o de vivants piliers / laissent parfois sortir de confuses paroles , Correspondances, XIXme sicle
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