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Carrière (Jean-Claude) et Damour (Thibault)
Entretiens sur la multitude du monde.
Ce livre tente de nous faire apercevoir les bouleversements que les découvertes de la physique ont induits dans notre compréhension du monde, non seulement du point de vue des spécialistes comme TD, mais aussi du point de vue des hommes qui, comme JCC, réfléchissent. Et la tâche n'est pas mince, lorsque, comme le soulignent les auteurs, un élève de terminale et ses manuels ignorent encore l'essentiel ce qui s'est produit depuis le début du XXème siècle. Formation insuffisante des enseignants, ou pire...
Car, ce que les découvertes des 100 dernières années nous disent, c'est que le monde que perçoivent nos sens et que nous appelons la réalité (j'ajouterais : perçue) n'est que la part visible d'un monde beaucoup plus vaste que notre raison seule perçoit (ou plutôt, construit), exprime en écriture mathématique, et qui permet d'expliquer cette réalité. Ce que je ne vois pas avec mes sens, mais que ma raison (et celle de tous les hommes qui font l'effort d'apprendre et de comprendre) peut mettre en musique mathématique, explique ce que mes sens voient, mais que le seul recours aux lois qui régentent le visible (le sens commun) ne permettent pas d'expliquer : non, la lune ne suit pas les lois de Newton exactement, non Lavoisier n'a pas tout à fait raison quand il dit que tout se conserve, etc... Nos instruments, devenus plus précis, montrent des petites déviations par rapport à ce que prédisent ces grandes lois. Pour en rendre compte il a donc fallu quitter le monde rassurant de la physique du XIXème siècle, et s'aventurer dans ce monde, pour beaucoup rebutant, de la représentation mathématique sous jacente. Mais quels incroyables succès (souvent ignorés) a permis cette démarche ! Succès du savoir, d'abord, avec des prédictions de grandeurs que l'expérience confirme superbement ( comme par exemple le moment magnétique de l'électron à la 11ème décimale), mais aussi succès de l'application de cette branche du savoir à d'autres comme la biologie, la médecine ou l'astrophysique, qui sans la mécanique quantique ou la relativité seraient loin en deçà de leurs progrès actuels, sans compter les applications pratiques de notre vie quotidienne.
Mais alors peut-on résumer les principaux concepts nouveaux que cette mathématisation du monde nous propose ? Essayons, en référence au savoir classique du XIXème siècle, tout en rappelant que les théories, les descriptions du monde ne deviennent jamais fausse (au contraire des idéologies, des religions et autres opinions), mais que seulement leur capacité de description et de prévision s'arrête à une certaine précision, là où une nouvelle théorie vient prendre le relais :
1 . - On imaginait l'espace et le temps bien
distincts. La Relativité, au début du XXème siècle,
mélange ces deux domaines (l'espace-temps) et ajoute le postulat
qu'existe une vitesse maximale, celle de la lumière. Cela va avoir
quelques conséquences sérieuses, que l'expérience confirmera
:
- Impossible de dire si deux événements
sont simultanés ou non. La cause et l'effet en prennent un bon coup
de vieux.
- Un déplacement dans l'espace est aussi un déplacement dans
le temps.
- Le temps ne "s'écoule" pas dans un seul sens. Bien entendu,
à notre échelle et dans notre monde sensible nous le voyons
toujours s'écouler dans un seul sens, et cela reste en accord avec
la Relativité.
2 . - La masse semblait un élément
stable de la matière. La Relativité postule et l'expérience
confirme que masse et énergie sont deux 'versions' d'une même
grandeur. Conséquences :
- Rien n'est plus stable, et toute matière disparaît et se
recrée à une allure folle. Et on l'observe à l'expérience
!
- Cette matière-énergie déforme par sa présence
notre espace-temps. Et l'on comprend ainsi d'étranges comportements
de l'univers. Encore une fois, restons calmes, notre vie de chaque jour
ne le perçoit pas ! Il faut de bons instruments et l'envie de savoir.
3 . - Toutes les grandeurs de la physique
classique variaient de façon continue (masse, énergie, distances,
etc.). A toute petite échelle ce n'est plus vrai, et les variations
se font par sauts, par quantas. Tout un pan de l'expérience jusqu'ici
inexpliquée se trouve prévisible :
- Les raies des spectres lumineux (étoiles aussi bien qu'objets courants).
- La stabilité apparente des atomes et molécules et les réactions
nucléaires.
- Le comportement de la lumière, etc.
4 . - La mécanique, qui était
efficace à notre échelle doit alors, aux petites dimensions
(l'atome), céder la place à une autre mathématisation,
la mécanique quantique qui va se révéler d'une capacité
prédictive extraordinaire, avec des précisions inhabituelles.
Mais alors,à quel viol du 'bon sens' à l'échelle
où cette mécanique quantique est efficace assiste-ton,
tout en retrouvant la mécanique traditionnelle à notre échelle
:
- Rien n'est plus unique. Si par exemple une grandeur peut être 1
ou 2, elle est 1 et 2 ! Les états se superposent, la réalité
est multiple, ce que de subtiles expériences confirmeront. Rassurons-nous,
à notre échelle, nous ne sommes pas une chose et son contraire,
ou ici et ailleurs...
- Il devient impossible de mesurer à la fois certaines grandeurs
; plus on sera précis avec l'une, plus l'autre sera imprécise.
C'est l'incertitude de Heisenberg.
N'allons pas maintenant plus loin, et laissons au lecteur du livre quelques bons moments supplémentaires, s'il en fait l'effort et ne se prend pas les pieds dans les cordes... Quelques brèves réflexions, cependant, pour conclure.
Notre raison va plus loin, plus profond que nos sens. L'image de l'iceberg s'impose : l'arbitraire des formes émergées est cohérent lorsqu'on imagine et qu'on reconstruit le bloc entier. Et cette raison est universelle, sans réserve. Il n'existe pas un seul homme sur terre qui ne puisse, sous réserve de l'effort voulu, comprendre c'est à dire manipuler, cette réalité sous-jacente qui organise les formes accessibles à nos sens. En retour, d'ailleurs, il suffit qu'un seul homme sur terre montre une incohérence ou une insuffisance de toute théorie scientifique pour qu'elle doive passer à la trappe.
Mais en revanche quelques sujets
(au moins !) préoccupent à juste titre ceux qui réfléchissent
à ces questions.
- Ce monde sous-jacent, mathématisé et si incroyablement capable
de prédire les faits du monde sensible, n'est-il qu'une représentation
adaptée à l'esprit de l'homme, et cela seulement ? A-t-il
une réalité indépendante de l'homme ? J'ai posé
la question à mon chat et aux dieux, sans réponse... Devant
l'urgence d'un choix, tout me pousserait à répondre non, il
n'en a pas. Signalons au passage que c'est aussi le point de vue de certains
chercheurs, dont J-P Changeux.
- L'effort de travail demandé pour accéder à ces outils
est considérable, et le nombre de ceux qui y ont accès est
faible. Que cela soit une déception pour qui souhaite une répartition
aussi large que possible du savoir est une chose, mais surtout, comment
le politique doit-il maîtriser cette situation, où il n'a,
à priori aucune chance de se faire une opinion propre ?
- Les outils mathématiques de cette physique font manipuler des concepts
qui n'ont plus de sens commun, ni pour vous et moi, ni pour les mathématiciens
qui les manipulent : ce sont de purs objets de raison, sans image à
laquelle se raccrocher. Il faut apprendre à vivre avec cela. Quel
inconfort, et quelle difficulté de communication ! Pour aller plus
loin le livre de R. Omnès est à
recommander.
- Quelle démission, pour notre enseignement secondaire, d'ignorer
tant le contenu de cette physique du XXème siècle que le fait
même que le savoir ne s'est pas arrêté à la machine
à vapeur. Les tyrans ont toujours pensé qu'un peuple ignorant
est plus docile... Ou est la belle mission des enseignants ?
Au fait, vous avez sans doute compris : c'est un bon livre, à lire sans tarder !
