Mise à jour le 9 Février 2018
CONFÉRENCE
«IMPOSSIBLE LE MARIAGE DE LA RELATIVITÉ ET DES QUANTA?»
Par Claude COHEN-TANNOUDJI, Astrophysicien CEA
Université Paris Saclay
Organisée par l'IAP
98 bis Bd Arago, Paris 14ème
Le Mardi 6 Février 2018 à 19H30 (Exceptionnellement à Farabeuf)
Photos : JC Bercu
pour l'ambiance et pour les slides (les photos avec plus de résolution peuvent
m'être demandées directement)
Textes de Bruno Beckert ;
merci à eux, n’ayant pas pu assister personnellement à cette conférence.
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur.
Voir les crédits des autres photos
Vidéos des conférences proposées par l’IAP
sur Canal U
Ce fut un jour de chaos en région parisienne, et j’ai eu la bonne idée de ne pas
assister malheureusement à cette conférence que j’attendais depuis longtemps,
mais je n’ai pas voulu prendre le risque. Et j’ai eu raison, quand j’ai vu tous
ces pauvres gens qui ont été bloqué sur la N118 (mon chemin pour rentrer) et qui
ont dormis dans leur voiture. Merci donc à mes amis qui ont pris notes et
photos.
Le titre complet et l’introduction de l’auteur :
«Impossible le mariage de la relativité et des quanta ?»
Dès la naissance des deux grandes théories à la base de la physique du vingtième
siècle, la relativité et les quanta, le problème de leur possible unification a
paru comporter des difficultés insurmontables (des difficultés qui, comme le dit
Einstein s'élèveraient « jusqu'au ciel »).
Une cause essentielle de ces difficultés est due au fait que, d'un côté, la
théorie de la relativité générale, au fondement de la cosmologie moderne est
d'une très grande beauté du point de vue conceptuel mais semblait, à l'origine,
ne comporter que très peu de conséquences vérifiables par l'observation, et que,
de l'autre côté, la théorie des quanta, dont les applications ont envahi toutes
les sphères de la vie en société (de la recherche à l'industrie), semblait,
jusqu'à récemment souffrir de manquer de fondements conceptuels convaincants.
La bonne nouvelle en provenance de l'univers des trois infinis (le petit, le
grand et le complexe) est que l'astrophysique observationnelle a accompli en
quelques années des spectaculaires progrès qui permettent de vérifier les
implications de la théorie de la relativité générale et de découvrir de nouveaux
moyens d'explorer les confins de l'espace-temps, et, qu'en même temps, semble se
dégager une nouvelle interprétation de la physique quantique comportant des
fondements conceptuels plus solides, et suggérant de nouveaux liens possibles
entre la physique de l'infiniment petit et les physiques de l'infiniment grand
et de l'infiniment complexe.
Le mariage de la relativité et des quanta n'est peut-être pas impossible, tout
compte fait.
BREF COMPTE RENDU
Gilles Cohen-Tannoudji est physicien au CEA (au LARSIM) et enseignant à
Paris-Saclay.
Polytechnique en 1957, doctorat de physique en 1967, prix Jean Perrin de la SFP
en 1996.
Il met à la disposition des internautes, son blog, un site extraordinaire qu’il
fait vivre régulièrement :http://www.gicotan.fr/
Il y a eu trois avancées majeures de la physique au XXème siècle :
-cosmologie scientifique (expansion, …)
-physique des particules et des interactions
-convergence de ces deux disciplines avec chacune un modèle standard
On peut parler avec Lemaître, de cosmogonie scientifique à la recherche des
conditions initiales, simples, d’où découlera le monde que nous connaissons et
ses lois.
On peut parler de relations Temps / énergie :
-
En cosmologie avec un univers primordial défini par densité et
température
-
En physique des particules avec les inégalités de Heisenberg
On peut parler de la gravitation
universelle et en relativité générale : localement, changement de référentiel et
champ gravitationnel, sont équivalents (principe) et on a une théorie
géométrique de la gravitation.
Tout part de l’équation d’Einstein :
Cette
équation lie la
géométrie de l'espace-temps à la répartition de matière et d'énergie.
R est le tenseur de Ricci qui caractérise la courbure spatio-temporelle. T est
le tenseur énergie-matière.
Ces équations sont valables dans tout l’Univers.
Les équations d’Einstein correspondent à l’espace-temps à 4 dimensions.
La matière dit à l’espace-temps comment il doit se courber, et l’espace-temps
dit à la matière comment elle doit bouger.
L’équation d’Einstein donne la géométrie de l’espace-temps en fonction du
contenu de l’univers
Einstein pensait l’univers statique et ajoutait une constate « cosmologique
Il évoluera après des débats avec de Sitter, Friedman, Lemaître…
Plus tard, Hubble posera l’expansion de l’univers.
L’espace-temps de De Sitter.
En O = observateur, nous par exemple.
Les rayons lumineux au-delà de notre horizon ne nous ont pas encore atteints.
Le modèle dit de « big bang chaud » utilise les équations relativiste de la
gravitation, relie le rayon de l’univers observable à la densité de matière ;
l’équation de conservation de l’énergie mécanique relie la densité à la pression
(modèle d’un fluide parfait) ; l’équation d’état de la matière relie densité et
pression en fonction de la température.
Beau succès du modèle du BB chaud, car il explique :
·
récession des galaxies,
·
abondances relatives des éléments,
·
fond diffus à 3 K,
·
abandon de la constante cosmologique…*
Ce modèle est devenu le modèle standard de la cosmologie.
On exploite le modèle dit
Lambda Cold Dark Matter modèle de concordance, courbure spatiale nulle
L’inflation permet de corriger certains défauts du modèle : la singularité
elle-même, la platitude, l’homogénéité du fond diffus, …
Ce modèle cosmologique évite la difficulté du big bang en invoquant l’incapacité
de la théorie de la relativité générale à prendre en compte les effets
quantiques dans la gravitation.
On s’attend à ce que de tels effets interviennent aux échelles, dites de Planck,
de longueur, temps et énergie, obtenues par combinaison des trois constantes
universelles, h, c et G:
Le big bang est alors considéré comme le « mur de Planck », la longueur en deçà
de laquelle, ou l’énergie au-delà de laquelle la théorie de la relativité non
quantique est en défaut
Rayon de l’Univers (a(t)) en fonction du temps.
Le retour de la constante cosmologique permet d’envisager le destin de
l’Univers.
La densité d’énergie du vide relance une constante cosmologique et oriente le
destin futur de l’univers (nouvelle inflation)
Le vide quantique (qui n’est PAS le néant, juste un état minimal d’énergie), les
champs quantiques (lire Rovelli :
Reality is not what it seems)
Finalement on doit parler d’une thermodynamique d’intrication laquelle fait
disparaître les statistiques qui déplaisaient d’ailleurs tant à Einstein, au
niveau conceptuel.
Voici représenté l’évolution de l’Univers telle qu’on l’imagine aujourd’hui.
Le nouveau trépied de la physique théorique.
(d’après GCT et Michel Spiro).
Pour conclure, laissons la parole à Anton Zeilinger :
“Contrairement aux théories de la relativité, la mécanique quantique ne repose
pas encore sur une base conceptuelle généralement acceptée.
Il est proposé ici que le principe manquant puisse être identifié par
l'observation que toute connaissance en physique doit être exprimée dans des
propositions et que par conséquent le système le plus élémentaire représente la
valeur de vérité d'une proposition, c'est-à-dire qu'elle ne contient qu’un seul
bit d’information. Un système élémentaire ne peut donc donner qu'un résultat
défini dans une mesure spécifique.
L'aléatoire irréductible dans d'autres mesures est alors une conséquence
nécessaire. "
L'univers est participatif au moins en ce sens que l'expérimentateur en
choisissant l'appareil de mesure, définit un ensemble d'observables mutuellement
complémentaires dont la propriété possible d'un système peut se manifester comme
réalité et le hasard des événements individuels provient de la finitude de
l'information . (...)
En conclusion, on peut très bien dire que l'information est le noyau
irréductible d'où tout le reste s'écoule. Alors la question de savoir pourquoi
la nature apparaît quantifiée est simplement une conséquence du fait que
l'information elle-même est quantifiée par nécessité. "
POUR ALLER PLUS LOIN :
Emergence, matière sombre, vide : CR conf SAF (Cosmologie) G Cohen Tannoudji
du 19 Mars 2016
La longue traque du boson de Higgs : CR de la conf. SAF (cosmo) de G Cohen-Tannoudji
du 5 Mai 2012
Une brève histoire de la matière : CR de la conf. De G Cohen Tannoudji à l'IAP
le 3 Mars 2009
COHEN-TANNOUDJI :
Une révolution scientifique à l'horizon? CR conf. du 8 Juillet 2009
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.
Prédiction et probabilités 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.
LIVRES DE GILLES COHEN-TANNOUDJI:
Relativité et quanta par GCT et M Spiro chez Le Pommier
Le boson et le chapeau mexicain par GCT et M Spiro chez Folio
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 .Commission de Cosmologie de la SAF. (avec JC Bercu et B
Beckert)
Les autres CR des conférences IAP.
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