La Lumière révélée , livre ebook

Odile Jacob - Serge Haroche

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316 pages

Français

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Description

Qu’est-ce que la lumière, cette lumière qui éclaire et fascine l’humanité depuis le début des temps ? Replaçant ses propres travaux dans la perspective de la riche épopée de la connaissance, Serge Haroche dresse ici le tableau de ce que nous savons aujourd’hui de la lumière, de la manière dont nous l’avons appris, et des inventions que cette connaissance nous a apportées en révolutionnant notre vie quotidienne. Le temps s’écoule-t-il au même rythme à la surface de mon bureau et quelques millimètres au-dessus, et peut-on mesurer la différence ? Est-il possible de manipuler un objet quantique sans le détruire ? Qu’est-ce que l’intrication quantique et qu’appelle-t-on « décohérence » ? Le livre de Serge Haroche montre comment ces questions sont liées et leur apporte les réponses les plus actuelles. On y apprend comment est née la théorie de la relativité, d’où vient la physique quantique, et que le chat de Schrödinger n’est pas (seulement) un animal domestique, mais un paradoxe quantique que la physique contemporaine a domestiqué en lui donnant une traduction expérimentale. Acteur profondément engagé dans la science de la lumière, Serge Haroche en déroule ici les fils, de Galilée à Einstein, et jusqu’aux travaux qui lui ont valu le prix Nobel. Il revisite de l’intérieur, en théoricien et en expérimentateur, cette fascinante aventure scientifique. Explicitant les liens qui se sont tissés dans l’histoire des sciences entre l’optique, la mécanique, l’électricité et le magnétisme, il retrace le rôle essentiel que les interrogations sur la lumière ont joué dans la naissance de la physique moderne et dans l’élaboration de notre représentation de l’Univers. Loin d’exposer une histoire abstraite, Serge Haroche nous permet d’appréhender ce qu’est la démarche scientifique, faite d’un va-et-vient constant entre observation des phénomènes, élaboration de modèles théoriques et vérifications expérimentales. Un livre unique qui nous fait partager l’allégresse du savoir et l’exaltation de la découverte. Serge Haroche est professeur honoraire au Collège de France. Membre de l’Académie des sciences et prix Nobel de physique en 2012 pour la mise en œuvre des méthodes permettant de manipuler et de mesurer des objets quantiques individuels, il a mené ses recherches avec son équipe au sein du laboratoire Kastler Brossel de l’École normale supérieure.

Sujets

Sciences et techniques

Physics

Science

Physique

Physical attractiveness

Informations

Publié par	Odile Jacob
Date de parution	09 septembre 2020
Nombre de lectures	9
EAN13	9782738151728
Langue	Français
Poids de l'ouvrage	3 Mo

Informations légales : prix de location à la page 0,1000€. Cette information est donnée uniquement à titre indicatif conformément à la législation en vigueur.

Extrait

© O DILE J ACOB , SEPTEMBRE 2020
15, RUE S OUFFLOT , 75005 P ARIS
www.odilejacob.fr
ISBN : 978-2-7381-5172-8
Le code de la propriété intellectuelle n'autorisant, aux termes de l'article L. 122-5 et 3 a, d'une part, que les « copies ou reproductions strictement réservées à l'usage du copiste et non destinées à une utilisation collective » et, d'autre part, que les analyses et les courtes citations dans un but d'exemple et d'illustration, « toute représentation ou réproduction intégrale ou partielle faite sans le consentement de l'auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite » (art. L. 122-4). Cette représentation ou reproduction donc une contrefaçon sanctionnée par les articles L. 335-2 et suivants du Code de la propriété intellectuelle.
Ce document numérique a été réalisé par Nord Compo .
« Alors que l’invention d’hypothèses plausibles sans rapport avec des observations expérimentales ne peut être que d’une faible utilité pour enrichir nos connaissances naturelles, il faut pour faire progresser la raison humaine toujours attacher une grande importance à la découverte de principes simples et uniformes par lesquels un grand nombre de phénomènes apparemment disparates sont expliqués par des lois cohérentes et universelles. »
Thomas Y OUNG , Bakerian Lecture , 1801.
À Elsa, Rachel, Samuel et Vadim.
Avant-propos

La lumière éclaire et fascine l’humanité depuis le début des temps. Ce n’est cependant que durant les quatre derniers siècles que nous en avons progressivement percé les secrets. Nous ne l’avons domestiquée dans les technologies modernes qui ont révolutionné notre vie que beaucoup plus récemment encore. Il ne s’est passé qu’un peu plus d’une centaine d’années depuis la découverte des micro-ondes, ces cousines de la lumière visible qui sont omniprésentes dans les appareils de communication, de navigation et de radiographie médicale modernes. Et cela ne fait que soixante ans à peine que nous avons apprivoisé la lumière visible en inventant le laser. Les propriétés extraordinaires de ses rayons nous ont permis de faire des découvertes fondamentales et d’inventer des instruments qui étaient inimaginables du temps de ma jeunesse.
J’ai eu la chance de participer à cette aventure au cours du dernier demi-siècle. En décrivant le cheminement d’une vie scientifique consacrée à la lumière, je tente ici de partager avec le lecteur le plaisir qu’un chercheur éprouve chaque fois qu’il voit un phénomène nouveau qui éclaire le monde d’un jour inattendu et surprenant. Après de longues années de recherche, je suis parvenu avec mon équipe à piéger pendant plus d’un dixième de seconde quelques photons de micro-onde dans une boîte aux parois réfléchissantes. En faisant interagir ces grains de lumière fragiles et élusifs avec des atomes excités par des faisceaux laser, nous avons observé le comportement à la fois ondulatoire et corpusculaire de la lumière dans des expériences qui illustrent les propriétés étranges du monde quantique. Au plaisir de la découverte s’est ajoutée l’excitation de penser que ces travaux mèneront peut-être un jour à des applications nouvelles, même s’il est encore difficile de prévoir ce qu’elles seront vraiment. Tous les chercheurs qui ont découvert quelque chose de neuf et de prometteur ont éprouvé un plaisir et une excitation semblables.
À une époque où le besoin de science est plus grand que jamais, il est important qu’un public non spécialisé puisse comprendre, à travers un témoignage personnel, les motivations d’un chercheur, les ressorts de sa curiosité et le rôle de la chance dans une démarche dont les surprises ne sont jamais absentes. Il est aussi essentiel de rappeler que la recherche est avant tout créatrice de connaissances qui enrichissent un patrimoine culturel construit au cours des siècles. Les chercheurs voient le monde d’un peu plus haut que les autres car ils sont, selon la phrase célèbre attribuée à Newton , assis sur les épaules des géants qui les ont précédés. Depuis cette position privilégiée, ils sont les transmetteurs, d’une génération à la suivante, du savoir et de la démarche scientifique rationnelle essentiels à notre civilisation.
En parlant de science, celle que j’ai pratiquée moi-même, mais aussi celle des autres qui m’a enrichi et fait voir le monde de façon plus profonde, je souhaite faire partager ma passion par les jeunes, lycéens, étudiants et débutants dans la recherche, pour qu’ils prennent le relais dans une aventure sans cesse renouvelée. J’espère aussi intéresser ceux qui dans le grand public sont curieux d’en savoir plus sur une histoire qui a profondément influencé notre façon de voir le monde et nous a donné de puissants moyens d’action et de contrôle sur lui. Je souhaite aussi intéresser le lecteur qui connaît déjà les grandes lignes de cette histoire en lui apportant mon éclairage personnel. J’ai essayé de décrire dans ce livre ce que nous savons aujourd’hui sur la lumière et comment nous l’avons appris, mais j’y parle aussi de ce que nous ignorons encore et que les générations futures devront élucider.
Il m’a semblé impossible d’évoquer mes recherches sans les placer dans le contexte d’une riche épopée de la connaissance qui a couvert plusieurs siècles. Cette histoire, au-delà de l’optique, a rencontré tous les courants du savoir. Découvrir ce qu’est la lumière, cela a consisté à faire de la physique bien sûr, mais cette recherche a aussi eu une influence profonde sur les autres sciences – l’astronomie, la chimie, la biologie et même les sciences de la vie. L’exploration de notre planète, la détermination de sa taille et de sa forme précises ont été aussi des entreprises dans lesquelles les avancées sur la lumière ont joué un grand rôle. Parler de la lumière c’est ainsi évoquer tous les champs de la connaissance.
Mesurer avec toujours plus de précision a joué un rôle essentiel dans cette histoire. L’observation de la nature est véritablement devenue scientifique avec l’invention des instruments qui ont permis de quantifier les phénomènes étudiés et de les décrire par des nombres mesurant de façon objective et reproductible d’abord les distances et les intervalles de temps, puis des quantités plus subtiles comme les forces, les charges et les champs. Les mathématiques, géométrie et algèbre progressant ensemble, ont mis ces nombres en rapport dans des modèles théoriques unifiant des phénomènes apparemment disparates dans un cadre explicatif global. Évoquer cette histoire, c’est montrer comment le savoir scientifique s’est construit pas à pas, dans une interaction constante entre les progrès de l’instrumentation et ceux des méthodes de calcul. Les artisans taillant les premières lentilles et les associant dans des lunettes grossissantes ainsi que les horlogers construisant les premières horloges pendulaires précises ont été des acteurs essentiels de cette histoire, tout comme les mathématiciens découvrant les nombres complexes ou la notion de dérivée et de calcul intégral.
Présenter la science à un public de non-spécialistes est un art difficile. Il est tentant d’utiliser des images et des métaphores, mais il faut éviter qu’elles ne soient trompeuses. L’évocation de la physique quantique, essentielle pour comprendre ce qu’est la lumière, risque de conduire sur le terrain glissant du mysticisme. Cette physique est déroutante car nous ne la percevons pas directement avec nos sens et notre intuition du monde macroscopique, mais elle n’a en fait rien de mystérieux. Elle s’est révélée à ses découvreurs de façon logique et elle a conduit à une théorie mathématique rigoureuse qui nous permet de calculer les phénomènes observés avec précision, ne laissant aucune place à un flou ésotérique.
Galilée a sans doute été l’un des premiers scientifiques qui ait tenté de présenter ses découvertes de façon pédagogique à un large public. Dans son Dialogue sur les deux grands systèmes du monde , il a exposé sa théorie de la relativité du mouvement à des contemporains incrédules et désorientés. Renoncer à l’évidence d’une Terre immobile et centre du monde était pour l’homme de la Renaissance aussi difficile que pour l’homme moderne de s’affranchir des images classiques de trajectoires newtoniennes dans la description du monde indéterministe des atomes et des photons. Pour Galilée , le risque était grand car s’opposer aux dogmes de la religion était une hérésie, le pire des crimes sous l’Inquisition. De nos jours, le scientifique qui cherche à exposer les concepts contre-intuitifs d’une physique dont les applications multiples ont révolutionné notre vie quotidienne ne risque évidemment pas le sort du savant du XVII e siècle.
Je suis conscient cependant des dangers moins dramatiques mais bien réels encourus par un chercheur s’adressant à des non-spécialistes. Il risque d’être ou trop technique ou trop simpliste. J’ai essayé d’éviter ces écueils en présentant les concepts sur la lumière, la relativité et la physique quantique de façon progressive, sans équations ni formalisme. En suivant au cours des siècles la généalogie des idées et des théories, en évoquant les interrogations qu’elles ont suscitées auprès des grands savants du passé, j’ai pensé aussi qu’elles deviendraient au fil des pages plus familières et plus faciles à assimiler.
Remonter dans l’histoire jusqu’aux origines de la science moderne m’a donné l’occasion de parler de mes héros scientifiques, de Galilée à Einstein , en évoquant les travaux des savants illustres que tout le monde connaît au moins de nom et d’autres, plus obscurs, qui ont aussi contribué à cette grande aventure. Ce livre n’est pas le travail impartial d’un historien des sciences. J’ai pu me tromper sur des détails en décrivant cette histoire de la connaissance si riche en rebondissements. Il faut plutôt voir les pages qui suivent comme ma vision personnelle de l’évolution des connaissances sur la lumière au cours des siècles, telle que je me la suis représentée et telle qu’elle m’a guidé et inspiré dans mes prop