cohen-tannoudji IAP 3 mars 2009



Mise à jour le 5 Mars 2009


CONFÉRENCE "UNE BRÈVE HISTOIRE DE LA MATIÈRE "
Par Gilles COHEN-TANNOUDJI du LARSIM (Laboratoire de Recherche sur les Sciences de la Matière) Organisée par l'IAP
98 bis Av Arago, Paris 14^ème

Le mardi 3 Mars 2009 à 19H30

Photos : JPM. pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir les crédits des autres photos
Vidéo de la conférence par le CERIMES disponible sur leur site quelques jours après (le CERIMES propose aussi toutes les vidéos des conférences IAP) : voir : http://www.cerimes.fr/



BREF COMPTE RENDU







C'est Daniel Kunth (à droite sur la photo) qui nous présente ce soir Gilles Cohen Tannoudji, notre orateur.

Il a fait toute sa carrière au CEA et aujourd'hui il est professeur émérite au LARSIM au CEA-Saclay, laboratoire placé sous la direction d'Etienne Klein.


Cette conférence sur une brève histoire de la matière va nous faire toucher du doigt l'évolution de la physique moderne au cours des deux derniers siècles.







INTRODUCTION : MATIÈRE ET MATÉRIALITÉ.

C'est la partie la plus philosophique de l'exposé.

Le matérialisme philosophique désigne la matière comme étant l'ensemble de la réalité objective qui en principe intelligible.
Par exemple la relativité établit la matérialité de la lumière et l'immatérialité de l'éther.

En physique, la matérialité établit l'interdépendance des conceptions de la matière de l'espace et du temps.

La forme ultime de matérialité mise à jour par la physique est la matière première de l'Univers.



HISTOIRE DE LA MATÉRIALITÉ.

Elle commence avec le paradigme newtonien :
· la matière est "pondérable"
· l'espace est absolu
· le temps est absolu (il n'existe pas de flèche du temps)
· la gravitation agit à distance
· la lumière est corpusculaire
· le livre de la nature est écrit en langage mathématique.

On établit une correspondance entre énergie et entropie, les deux principes de la thermodynamiques (Carnot 1830) apparaissent et la théorie cinétique de la matière est mise au point par Maxwell et Boltzmann.
Faraday, autodidacte génial, introduit le concept de champ et Maxwell établit la synthèse entre électricité et magnétisme .

Si bien que à la fin du 19^ème siècle, on aboutit à la théorie électromagnétique de la lumière avec sa conception ondulatoire et l'introduction difficile de l'éther. La gravitation universelle est confirmée avec succès.

Il y a deux composants dans la matière :
· les atomes et molécules
· l'éther , milieu hypothétique support des ondes électromagnétiques.
Mais en cette fin de 19^ème siècle il existe aussi des problèmes non résolus comme :
· l'avance du périhélie de Mercure (43" par siècle)
· l'effet photo électrique
· l'impossibilité de d'observer directement atomes et molécules
· la loi du rayonnement du corps noir
· l'existence de l'éther


Et alors,…..Einstein est arrivé. L'année miraculeuse : 1905!

· en mars 1905 : Albert Einstein explique l'effet photoélectrique (il aura le prix Nobel pour cela) et confirme ainsi la théorie de quanta
· en mai 1905 : article sur le mouvement Brownien qui montre le mouvement des atomes et permet de calculer le nombre d'Avogadro
· en juin 1905 : la base de la relativité restreinte

Ces avancées dues à Einstein permettent de confirmer la réalité des atomes et la matérialité de la lumière.


La révolution scientifique du 20^ème siècle.

Elle est basée principalement sur 4 constantes fondamentales :
· G constante de la gravitation ;
· c vitesse de la lumière ;
· k constante de Boltzmann (équivalence entre température et énergie)
· h constante de Planck (lie l'énergie d'un photon à sa fréquence)

La physique en ce début de 20^ème siècle repose sur :
· la théorie quantique des champs (h et c)
· la relativité générale (G et c)

Une nouvelle physique émerge : la statistique quantique (h et k).


La théorie quantique des champs est considérée comme le mariage de la relativité restreinte (c) et de la mécanique quantique (h).
C'est la base de la physique des particules élémentaires.
D'après Michel Crozon, les champs quantiques sont la matière première de l'Univers.

Elle établit l'équivalence des référentiels en mouvement relatif uniforme et l'invariance de c.
Elle introduit le fait que l'énergie précède la masse : au début de l'Univers, il n'y avait pas de masse, c'est la raison pour laquelle la quête du boson de Higgs au LHC, particule qui confèrerait la masse à toutes les particules; est si importante.


La conséquence de tout ce qui a été dit précédemment : la naissance du modèle standard de la physique.

Ce modèle est bien vérifié avec l'expérience avec une précision de 10^-11!!!


Relativité générale et cosmologie.

Einstein voulait un univers statique, il introduisit à cet effet la constante cosmologique dans ses formules afin qu'il en soit ainsi, puis s'apercevant de l'expansion de l'Univers, la supprima, en prétendant que c'était sa plus grande erreur.
Cela aboutit au modèle du "Big Bang".
Le plus simple, celui de Lemaître, Friedmann, Roberston et Walker explique la récession des galaxies et l'abondance des éléments légers. Il prévoit aussi l'existence d'un rayonnement de fond à 3K.

Mais ce modèle élémentaire pose quelques difficultés comme :
· La trop grande homogénéité du fond cosmologique (comment des points si distants les uns des autres peuvent ils avoir la même température? C'est le problème de l'horizon.
· Il y a aussi le problème de la platitude spatiale de l'univers, l'Univers semble plat, mais on ne sait pas pourquoi.
Un scénario, appelé Inflation a été élaboré pour éliminer ces difficultés.

Ce modèle standard de la cosmologie a été conforté à la fin du 20^ème siècle grâce aux données des satellites COBE et WMAP.


Toutes ces avancées mises bout à bout permettent à notre orateur de présenter une figure résumant cette situation.




On y remarque les liens et les interfaces entre ces différentes branches de la nouvelle physique.














HISTOIRE DE LA MATIÈRE.


Elle se résume à ces graphiques de l'évolution de la température au cours du temps.


Évolution de la température aux premiers instants de l'Univers.	Évolution de la température jusqu'à l'époque actuelle.





QUEL AVENIR POUR LA MATÉRIALITÉ?



On a introduit récemment la notion de matière sombre; elle serait présente en grande quantité autour des galaxies et expliquerait la vitesse de rotation de ces galaxies.



Mais quelle est sa matérialité?


Sur cette photo d'un amas de galaxies : tout ce que l'on voit ce sont des galaxies.
La matière sombre est représentée en bleu clair.




Un autre élément récemment introduit, l'énergie sombre pose aussi le problème de sa matérialité.


QUEL AVENIR POUR LA MATIÈRE?



Sur le graphique précédent GCT introduit une nouvelle notion : le principe holographique; mais là je dois avouer que j'ai décroché.



Merci à Gilles Cohen-Tannoudji et mes amitiés à son frère qui a été mon professeur de MQ (j'ai toujours ses polycopiés!!).



POUR ALLER PLUS LOIN.

La théorie quantique des champs par G Cohen-Tannoudji, présentation ppt

Le mouvement brownien CR de la conf de G Cohen-Tannoudji pour l'année Einstein.

Einstein et les constantes universelles conférence en ppt de Gilles Cohen-Tannoudji.

De l’atome de Jean Perrin aux multiples particules élémentaires Par G Cohen Tannoudji présentation ppt.

Prédiction et probabilités par G Cohen-Tannoudji, présentation ppt.

L'odyssée de la matière par G Cohen-Tannoudji, présentation ppt.

Le modèle standard par le CERN.

Cosmologie, paradigme actuel et nouvelles perspectives par F. Bernardeau de Saclay. Présentation ppt.

La théorie holographique de la gravitation.



LIVRES DE GILLES COHEN-TANNOUDJI:

La Matière-espace-temps , la logique des particules élémentaires avec Michel Spiro chez Fayard.

Les constantes universelles chez Pluriel.

Particules élémentaires et cosmologie : les lois ultimes avec Michel Spiro chez Pommier.





Bon ciel à tous !


Jean Pierre Martin
www.planetastronomy.com
Abonnez-vous aux astronews du site en envoyant votre e-mail.