- il y a 17 ans
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La mécanique quantique est la branche de la physique qui a pour but d'étudier et de décrire les phénomènes fondamentaux à l'œuvre dans les systèmes physiques, plus particulièrement à l'échelle atomique et sub-atomique. C'est aussi la partie de la physique où apparaît la constante de Planck.
Cette description complète la physique classique, qui réussit très bien à décrire les phénomènes à l'échelle macroscopique, mais qui échoue dans sa description du monde microscopique et de certaines propriétés du rayonnement électromagnétique. Toutefois les postulats de la mécanique quantique sont eux-mêmes inadéquats lorsqu'il s'agit d'étudier les particules élémentaires relativistes, on préfère dans ce cas utiliser une théorie plus large qui est la théorie quantique des champs
La mécanique quantique est la branche de la physique qui a pour but d'étudier et de décrire les phénomènes fondamentaux à l'œuvre dans les systèmes physiques, plus particulièrement à l'échelle atomique et sub-atomique. C'est aussi la partie de la physique où apparaît la constante de Planck.
Cette description complète la physique classique, qui réussit très bien à décrire les phénomènes à l'échelle macroscopique, mais qui échoue dans sa description du monde microscopique et de certaines propriétés du rayonnement électromagnétique. Toutefois les postulats de la mécanique quantique sont eux-mêmes inadéquats lorsqu'il s'agit d'étudier les particules élémentaires relativistes, on préfère dans ce cas utiliser une théorie plus large qui est la théorie quantique des champs
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00:30For years, our understanding of the universe has advanced far further than in previous centuries.
00:38We have discovered that the universe and time itself had a beginning 15 billion years ago.
00:47There was a cosmic explosion of energy called the Big Bang.
00:54The energy produced all the matter in the universe, from stars and galaxies, to our own planet, and even ourselves.
01:03Yet one question still needs an answer.
01:07How did the Big Bang begin?
01:11We need to know the laws that held at the moment of creation, when the universe sprang into existence.
01:19Are these initial laws, over and above the laws that tell us how the universe evolves?
01:25Or is there a theory of everything, that governs the universe at all times, and determines how it begins and
01:33develops?
01:54Atlantic City est un terrain de jeu géant.
01:58Mais pour beaucoup, les attractions vieillissantes de l'ancienne Atlantic City sont éclipsées par les incertitudes de ces nouveaux casinos.
02:16Sidney Coleman sait qu'il en va de même en physique.
02:24La physique commence par essayer d'expliquer les phénomènes de la vie quotidienne.
02:28Une balle qui rebondit ou des planètes tournant autour du soleil.
02:32Le genre de choses que l'on rencontre dans la vie quotidienne.
02:35Et les suppositions tacites que l'on fait à leurs propos et sur leurs comportements sont profondément enracinées dans le
02:41langage de tous les jours.
02:45C'est de cette façon que ce langage s'est développé.
03:04Mais la physique sonde désormais au-delà du familier.
03:08Les théoriciens comme Sidney Coleman passent toute leur journée à faire d'interminables voyages imaginaires dans des mondes étranges qui
03:16ne ressemblant rien à notre vie quotidienne.
03:30A mesure que la physique se développe, les physiciens veulent en savoir toujours plus.
03:35Ils essayent de comprendre les aspects de la physique qui ne se révèlent que dans des conditions extrêmes.
03:39A l'intérieur d'un atome, dans un accélérateur à haute énergie, dans un khasar ou lors du commencement de
03:45l'univers.
03:49Il serait dès lors vraiment surprenant que les concepts du discours quotidien restent valables alors même que notre univers d
03:55'études connaît une telle expansion.
03:58Il est donc parfaitement naturel que, au fur et à mesure que nous nous éloignons de l'expérience quotidienne,
04:04les théories que nous avons à décrire, toutes ces nouvelles choses qui s'ajoutent à notre quotidien, soient de moins
04:10en moins intuitives.
04:11Pourquoi vos intuitions seraient-elles juste à l'intérieur d'un khasar ?
04:15Vos ancêtres n'ont jamais été à l'intérieur d'un khasar.
04:19De notre point de vue, notre point de vue de terriens, les choses semblent donc de plus en plus étranges.
04:29Nous savons désormais que l'univers est en expansion.
04:32Mais puisqu'il s'agrandit avec le temps, il faut donc qu'il ait été, à un moment donné, très
04:37petit.
04:41Lorsque l'on retrace l'évolution de l'univers à rebours dans le temps,
04:45on est inévitablement poussé vers la physique de l'infiniment petit.
04:55Ce monde de l'infiniment petit a un langage étrange qui lui est propre.
05:00Et c'est à cette échelle, plusieurs millions de fois plus petite que l'atome, que l'univers doit avoir
05:05commencé.
05:12L'étude de ces particules subatomiques s'appelle la mécanique quantique.
05:36L'image que nous nous faisons actuellement de l'univers et de la matière qui le compose repose sur deux
05:41pierres angulaires,
05:42la mécanique quantique et la théorie de la relativité générale.
05:49Einstein a participé à la création de ces deux théories.
05:52C'est l'un des fondateurs de la mécanique quantique et le seul inventeur de la relativité générale.
05:58La vision que ces deux théories nous donnent de l'univers est très intéressante,
06:02puisqu'elle nous permet de faire de nombreuses hypothèses et d'expliquer divers phénomènes.
06:07Mais cette vision reste partielle par beaucoup d'aspects,
06:10l'un des problèmes étant en particulier que les deux théories ne coïncident pas entre elles.
06:16La théorie de la relativité générale d'Einstein décrit l'univers à grande échelle que nous voyons aujourd'hui.
06:23La mécanique quantique décrit le comportement de ce qui est plus petit que l'atome,
06:28petit comme l'univers au tout début de sa formation.
06:31Une description exhaustive de l'univers doit pouvoir tout prendre en compte,
06:35depuis la plus petite particule jusqu'à la plus immense des galaxies.
06:39Les deux théories doivent donc coïncider.
06:44Einstein était persuadé de pouvoir les faire coïncider,
06:48parce que les méthodes dont il s'était servi jusque-là pour résoudre les problèmes de physique avaient toujours fonctionné.
06:54Il réussissait très bien à unifier les choses.
06:58Il suivait son instinct, et son instinct lui disait qu'il devait exister un moyen de concilier ces deux théories.
07:06A l'époque, Einstein est le seul à penser que les deux théories puissent s'être unifiées.
07:11Isolé par la communauté scientifique, il travaille de plus belle.
07:19Il a passé des dizaines d'années sur ces recherches.
07:23Il travaillait essentiellement seul.
07:26Personne d'autre que lui ne partageait son point de vue sur la nécessité de cette unification.
07:31Il était donc très solitaire, et il a continué à travailler seul jusqu'à sa mort.
07:38A sa mort en 1955, on retrouve près de son lit des notes inachevées, décrivant une théorie unifiée.
07:46Einstein n'a pas réalisé son rêve.
07:56Mais il était en avant sur son temps.
07:5940 ans plus tard, l'importance de sa quête solitaire n'est plus mise en doute.
08:11Aujourd'hui, les théoriciens du monde entier tentent de trouver une seule équation pour décrire le fonctionnement de tout l
08:18'univers.
08:22Ce qu'ils veulent, c'est une théorie du tout.
08:30At the beginning, the universe is a single point.
08:35The next instant, it is enormous.
08:40To understand this properly, we need a theory of everything, which is still just beyond our grasp.
08:50However, we already have some ideas why the expansion of the early universe was precisely what it was.
09:08Il existe déjà un certain nombre d'équations mathématiques qui commencent à décrire comment l'univers a dû se développer.
09:18Elles ont été soigneusement conçues à partir des connaissances que nous avons aujourd'hui accumulées sur les conditions existantes dans
09:25l'univers primitif.
09:26Seule une confrontation constante de la théorie à l'observation peut nous donner l'espoir de voir émerger un tableau
09:33plus précis.
09:35Des accélérateurs de particules géants, comme le slack en Californie, écrasent les atomes les uns contre les autres.
09:42Ces collisions explosives produisent de l'énergie, des températures et des pressions qui peuvent être mesurées.
09:48Des conditions tout aussi mesurables ont certainement présidé au commencement de l'univers.
09:54Dans les années 70, les scientifiques se sont attaqués à l'incroyable équilibre mathématique nécessaire à l'existence de notre
10:02univers.
10:07Ce qui a toujours été nécessaire, mais que personne n'avait clairement montré, c'est d'assumer que le taux
10:12d'expansion de l'univers primitif était presque parfaitement réglé.
10:16C'est-à-dire exactement au niveau d'équilibre entre l'expansion éternelle et un éventuel effondrement.
10:23Si on considère l'univers environ une seconde après le Big Bang, ce taux d'expansion a dû être fixé
10:29avec une précision approchant les 15 chiffres après la virgule.
10:34Si l'univers s'était étendu plus vite d'une seule unité à la 15e décimale, il se serait distendu
10:40beaucoup trop rapidement pour que les galaxies puissent se former.
10:43Si par contre il s'était étendu d'une seule unité de moins à la 15e décimale une seconde après
10:48le Big Bang,
10:48il se serait alors effondré avant que les galaxies n'aient la moindre chance de se former.
10:53Pour que l'univers puisse fonctionner, il devait se situer exactement entre les deux.
11:03Pour Alan Goose, il est stupéfiant de voir que notre univers résulte d'un équilibre aussi miraculeux.
11:09Il est le fruit d'une expansion lente et parfaitement proportionnée qui dure depuis 15 milliards d'années.
11:20Goose est parvenu à maîtriser des mathématiques d'une extraordinaire complexité.
11:25Pourtant, d'une certaine façon, il ne faisait que répondre aux questions simples et intuitives d'un enfant.
11:45Quand j'étais enfant, je me posais les questions.
11:49Comment l'expansion a-t-elle pu commencer simultanément en différentes parties de l'univers ?
11:54Qui a donné le signal ?
11:56Comment puis-je comprendre tout ça ?
11:59Et puis, je me suis dit que quand je serai grand, je lirai les livres écrits par des professeurs très
12:03intelligents
12:03et que je pourrai ainsi trouver toutes les réponses.
12:08Et puis, en grandissant, je me suis rendu compte que les gens ne savaient même pas que ces questions existaient.
12:14Inconnu d'Alan Goose, Andrei Linde, un russe, s'attaque lui aussi au problème de l'expansion de l'univers
12:21primitif.
12:25Au cours des 15 dernières années, nous avons appris que l'on peut répondre à ces questions.
12:32Linde vit aujourd'hui en Californie.
12:34Mais dans les années 70, Goose et lui œuvrent chacun à un bout du monde,
12:38à une idée désormais connue comme la notion d'inflation.
12:49L'inflation propose un moyen pour qu'une expansion appropriée puisse se produire.
12:57Si on peut, d'une manière ou d'une autre, piéger de l'énergie dans un vide,
13:02elle s'étendra naturellement comme des bulles toutes relâchées en même temps.
13:08Et ces bulles fusionneront sans doute ensemble
13:11avant de s'étendre brusquement en une seule grosse bulle,
13:14produisant ainsi toute la symétrie requise
13:17pour que notre univers se développe de façon homogène et rapide
13:21avec une expansion égale dans toutes les directions.
13:36Linde à Moscou et Goose en Californie ont sans le savoir tous les deux la même idée.
13:41Mais il leur faut procéder à des calculs détaillés
13:44pour vérifier si cette idée fonctionne.
13:57En 1979, par un soir de décembre,
14:00Goose ouvre son carnet et commence à écrire.
14:05Je n'avais pas tout calculé dans la nuit,
14:09mais j'en savais assez pour être convaincu que c'était une idée fascinante
14:12qui fonctionnerait sans doute.
14:14Le lendemain matin, je me suis précipité au slack.
14:17Je note souvent mes prouesses de cycliste
14:18et j'ai dû établir un nouveau record ce matin-là.
14:22Dès que je suis arrivé, j'ai sorti mon calepin et j'ai continué mes calculs.
14:25Et vers la fin de la matinée, j'étais persuadé que tout coïncidait.
14:33André Linde a lui aussi commencé ses propres calculs.
14:37Mais après un examen minutieux,
14:39la théorie de l'inflation ne lui semble pas pouvoir fonctionner en pratique.
14:46En Californie, Goose se heurte lui aussi au même problème.
14:53En continuant à travailler sur l'inflation,
14:55je me suis rendu compte qu'il y avait un gros problème
14:57dans la mesure où l'inflation avait une fin.
15:02C'est comme de l'eau qui bout.
15:05Une bulle se forme ici, une autre là.
15:07Elle grossisse et fusionne,
15:09puis elle forme un incroyable amas de matière
15:11avec de grosses parties non homogènes.
15:16On était devant quelque chose
15:18qui n'avait rien à voir avec notre univers.
15:20C'était un gros problème
15:21qui nécessitait évidemment une rectification.
15:31Mais Goose va de l'avant et publie sa théorie.
15:34Et malgré ses faiblesses,
15:36l'inflation fait sensation.
15:47Linde est troublée quand il lit l'article de Goose.
15:50Il sent qu'il doit trouver une solution
15:52aux imperfections de la théorie
15:54afin d'apporter à l'inflation la respectabilité.
16:02Je ne sais pas si vous le savez ou pas,
16:04mais j'ai eu une réponse
16:05qui a été induitée par votre travail.
16:08En quelque sorte.
16:09Parce que quand j'ai entendu
16:11de toutes ces idées,
16:34la nouvelle idée de Linda est très simple.
16:37Et si une seule bulle d'énergie
16:39s'était gonflée toute seule dans notre univers ?
16:46Il était environ 11h du soir
16:48et je ressentais cet irrépressible sentiment de bonheur.
16:52J'ai donc fini par réveiller ma femme
16:53pour lui dire que je pensais savoir
16:55comment notre univers pouvait avoir émergé.
16:57Comment le univers peut avoir émergé ?
16:59Comment le univers peut avoir émergé ?
16:59Je diré.
16:59J'ai quand même peu de la flammes.
16:59Je sais que c'est en l'ext!」
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