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Mise à jour le 20 Août 2009
SÉMINAIRE SUR L’UNIVERS INVISIBLE
Organisé par l’Observatoire de Paris (LUTH)
Conférence d'Étienne KLEIN , Physicien et Philosophe,
Directeur de Recherche au CEA, Dr du LARSIM (Laboratoire de Recherche sur les Sciences de la Matière), Saclay sur :
«DU "NOIR" EN PHYSIQUE»
Le 9 Juillet 2009 à L'UNESCO.
 
Remarque : Cette conférence fait partie d’un ensemble de conférences données à l’occasion de ce séminaire, dont on peut consulter le compte rendu sur ce site.
Photos : JPM. pour l'ambiance. Voir les crédits des autres photos éventuelles.
Je ne propose que des comptes rendus succincts de ces conférences, le site Univers 2009, dédié aux manifestations de l'Univers Invisible devrait mettre en ligne bientôt le texte de toutes les conférences.
NOTA : j'ai fait de nombreuses photos en haute résolution que je ne peux pas mettre sur le site question volume, ceux qui seraient intéressés par certaines photos en plus haute définition que celles qui suivent n'ont qu'à me contacter, je les envoie par e-mail.
 
La présentation d'Étienne Klein est disponible en pdf sur le Net.
 
 
 
 
Voilà ce que propose notre célèbre orateur en introduction :
 
" Au cours de son histoire, la physique a du régulièrement affronter des problèmes relatifs a des objets qualifiés de " noirs ", les plus célèbres étant le problème dit du " corps noir " à la fin du XIXe siècle et, plus récemment, celui des trous noirs. Aujourd'hui, les problèmes distincts de l'énergie noire et de la matière noire viennent s'ajouter a la liste. Il s'agit de deux entités de nature inconnue dont les astrophysiciens doivent désormais postuler l'existence pour garantir l'universalité des lois physiques.
 
Je traiterai essentiellement du cas de l'énergie noire. De quoi est-il question ? Plusieurs sortes d'observations ont récemment montré que l'expansion de l'univers, contrairement a ce qu'on avait imaginé jusque la, est en phase d'accélération depuis plusieurs milliards d'années. Qu'est-ce a dire ? Dans le processus d'expansion, la gravitation, toujours attractive, fait office de frein : elle tend a rapprocher les objets massifs les uns des autres, de sorte que la matière ne peut que ralentir l'expansion.
 
 
Mais ce que montrent les mesures récemment effectuées, c'est qu'un autre processus s'oppose a elle en jouant au contraire un rôle d'accélérateur. Tout se passe comme si une sorte d'anti-gravité avait pris la direction des affaires, obligeant l'univers a augmenter sans cesse la vitesse de son expansion. Quel est le moteur de cette accélération ? Personne ne le sait de façon certaine. Alors, bien conscients de leur ignorance, la plupart des astrophysiciens parlent d'une mystérieuse " énergie noire ". Mais un certain nombre d'entre eux s'offusquent qu'on puisse si facilement ajouter une telle substance de nature parfaitement inconnue au mobilier ontologique de l'univers. Ils cherchent donc d'autres explications, proposent par exemple l'hypothèse que les lois de la relativité générale pourraient devenir fausses aux échelles cosmologiques. Il n'est pas nécessaire d'en dire davantage pour comprendre que l'accélération de l'expansion de l'univers engendre un terrible dilemme : ou bien on accepte de compléter l'ontologie de l'univers au nom de l'universalité de ses lois (en l'occurrence de celles de la gravitation), ou bien on remet en cause cette universalité pour éviter d'avoir a peupler l'univers de mystérieux fantômes. Le problème de l'énergie noire apparaît ainsi comme le dernier avatar de la tension entre l'ontologique et le législatif qui n'a cessé de rythmer l'histoire de la physique, par exemple a l'occasion du " puzzle de la radioactivité bêta " au cours des années 1930.
 
En l'occurrence, chacune des pistes envisagées expose a des difficultés, de sorte que le problème de l'énergie noire demeure entier. Quelle est la gravité de la crise ? S'agit-il d'une crise de l'universel ou d'une crise de la complétude ? Pour la dépasser, manquons-nous de données ou sommes-nous plutôt en panne d'idées ? "
 
 
Aujourd'hui c'est donc plus l'aspect philosophe d'Étienne Klein qui est à la manœuvre.
 
Ambiguïté du noir, quand on dit énergie noire, l'adjectif noir vient tempérer l'ardeur du mot énergie, de même quand on dit nuit noire, c'est certainement un pléonasme.
 
Cet exposé est placé sous l'égide de Henry Ford avec sa célèbre phrase (à propos de la Ford T):
Vous pouvez choisir la couleur que vous voulez, à condition que ce soit le noir.
 
D'ailleurs, le noir est-il une couleur?
Cette question a torturé Descartes pendant des années.
C'est une couleur en synthèse soustractive et non ce n'est pas une couleur en synthèse additive où le noir est une absence de couleur.
 
La symbolique du Noir : (au moins en Occident) :
Représente : l'autorité, la menace, le pouvoir, l'anarchie, la mort, le mal, la tristesse, le mystérieux, l'inconnu, mais aussi la classe, le luxe , le raffinement etc..
 
 
Il y a aussi plusieurs sortes de noir :
·        Ater (latin) : le noir mat qui a un sens plutôt négatif, a donné des mots comme atroce
·        Niger (latin) : le noir brillant, positif, celui qui rayonne.
 
 
LA PHYSIQUE ET LE NOIR.
 
Les lois physiques du monde sont longtemps restées cachées, le but de la physique est de blanchir ou d'éliminer les idées noires.
 
Le paradoxe d'Olbers de la nuit "noire".
 
Le troublant trou noir.
Il est imaginé notamment par Laplace comme astre occlus, mais ils rayonnent et s'évaporent même.
 
La matière noire ou plus exactement transparente n'émet ni n'absorbe de la lumière, elle est soumise seulement à la gravité.
 
L'énergie noire, avec cette contradiction dans les termes, elle crée de la dynamique.
 
Matière et énergie noires sont deux problèmes distincts qui conduisent au même dilemme, on accepte ou on invente une autre entité qui rendra compte de ces observations.
 
Un bel exemple est celui de la radiation bêta.
 
Un noyau bombardé par des neutrons devient un autre corps et émet un électron, en fait c'est un proton qui s'est transformé en neutron (interaction faible). Jusque là pas de problème, mais voilà, l'énergie de l'électron devrait avoir une valeur unique, dépendant du corps d'origine, or on trouve tout un spectre d'énergie pour les électrons émis. Pourquoi?
La règle de la conservation de l'énergie (que Niels Bohr voulait ne pas respecter) donne à W Pauli une idée : il existe une autre particule que l'on ne voit pas qui emporte l'énergie manquante.
Il vient d'inventer (sur le papier) le neutrino (ou plutôt l'antineutrino), évidemment on ne le prend pas au sérieux au début (il abuse de la dive bouteille, on nomme d'après son nom l'effet Pauli inverse, le fait que rien que sa présence met toutes les expériences en panne, bref une personnalité à part entière…).
Mais il avait raison, cette particule sera effectivement détectée 25 ans plus tard.
 
 
Le corps noir.
 
Encore presque une contradiction, le corps noir n'est pas noir, il rayonne; en fait il n'est "noir" qu'à zéro degré!
 
Le corps noir est un objet idéal qui absorberait toute l'énergie qu'il recevrait, on l'image volontiers avec un four parfait totalement fermé sauf qu'il existe un petit trou permettant d'étudier son rayonnement.
 
 
 
L'émission d'énergie est uniquement fonction de la température, c'est la loi de Planck.
 
·        Max Planck était « obsédé » par le second principe de la thermodynamique, fondamental à ses yeux.
·        Il n'acceptait pas l’interprétation statistique de l’entropie proposée par Boltzmann.
·        Il pensait que l’irréversibilité à l’échelle macroscopique était due aux interactions entre la matière et le rayonnement.
·        Comment mettre cela au clair ? Par l’étude du spectre du corps noir…
 
En effet le spectre d'un corps noir ne dépend que de sa température.
 
 
 
 
À cette occasion il introduit les constantes de Boltzmann (k, liée à l'entropie d'un système) et une autre qui va s'appeler constante de Planck, h (liant énergie d'un rayonnement et sa fréquence), la théorie des quanta est née.
L'énergie n'est émise que par paquet (les quanta) possédant une valeur multiple d'une énergie de base.
 
(petite anecdote racontée par notre conférencier, pourquoi h pour la constante de Planck? On dit que cela voulait dire h comme Hilfe en allemand (à l'aide, au secours!).
 
Un exemple de corps noir proche de nous : le Soleil.
 
 
L'Univers est un four et nous sommes à l'intérieur de ce four, nous sommes baignés en permanence par ce bruit de fond (le CMB), spectre du corps noir Univers. La découverte de ce bruit de fond est une des preuves qui valide l'hypothèse du Big Bang.
 
 
CONCLUSION.
 
L'histoire de la physique se déroule entre la clarté et la noirceur.
 
De l'étude d'objets "noirs" peut jaillir des "illuminations", et de l'étude de la "lumière" peut aussi révéler la présence dentités "noires".
 
Le Temps, aussi, c'est du noir, car ….on ne l'a jamais vu.
 
 
 
 
POUR ALLER PLUS LOIN.
 
Interview d'Étienne Klein sur Arte.
 
La Science en question par E Klein.
 
Les livres d'E Klein.
 
Temps et Vieillissement par E Klein.
 
Le Temps (café philo) par E Klein.
 
Vidéo sur les lois du corps noir.
 
Max Planck et la naissance de la mécanique quantique.
 
Le corps noir et son rayonnement par Hyperphysics.
 
 
 
 
Bon ciel à tous!
 
 
Jean Pierre Martin  membre de la Commission de Cosmologie de la SAF.
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