Hubert Reeves

Le Seuil, collection « Science ouverte », septembre 1995.
Édition de poche dans la collection « Points Sciences », février 2000.
Traduit en anglais.

PH. JOHN FOLEY

« L'univers est un vaste laboratoire ouvert au champ de l'analyse scientifique. La physique et l'astrophysique se joignent pour l'explorer. À des températures de milliards de degrés, la matière et l'antimatière, les quarks et les gluons — ainsi que d'autres particules dont la nature nous échappe encore — ont joué des rôles essentiels dans l'élaboration de notre univers. Des phénomènes subatomiques, qui se sont déroulés au cours de la “première” seconde, se répercutent sur les plus grandes structures actuelles de l'univers. L'accélérateur nous permet d'en simuler le comportement passé, tandis que le télescope nous en montre l'aboutissement.

À mi-chemin entre ces “infinis”, l'esprit humain cherche à comprendre d'où il vient. Ses milliards de neurones, nés de l'évolution cosmique, se mettent en œuvre pour reconstituer sa propre histoire. Des chercheurs, joignant leurs savoirs, creusent toujours plus loin les mystères du cosmos. Les résultats les plus récents de cette quête sont présentés dans ce livre. »

H. R.

---

Table des matières

Mode d'emploi

1. Un tour d'horizon

Quelques balises
Le mariage houleux de la physique et de l'astrophysique
La quête des fossiles
Le mystère de la constante cosmologique
L'ultime terra incognita
Les fins de siècle se ressemblent

1. L'éther et la masse manquante
2. La stabilité de la matière
3. Galactique ou extragalactique ?

Dernières dernières nouvelles

Enfin de vieux atomes de deutérium et d'hélium
La température des galaxies lointaines
L'âge de l'univers
Pas assez de petites étoiles

2. Où est passée l'antimatière ?

Si peu d'antimatière dans le cosmos …
« Mon équation est plus intelligente que moi »
Dirac prédit l'existence de l'antimatière
Démographie des photons
Une hécatombe d'électrons
Les rescapés du massacre
Relevé de terrain
Les jeux des masses et des températures
Et les antiprotons ?
Les électrons font semblant de tourner
À nouveau, fermions et bosons

2R. Neutrinos et antineutrinos

Pas de rayonnement fossile d'électrons-positrons

3. Le monde des quarks

La découverte des quarks
Que signifie « exister » ?
Un fil à la patte
Un plasma de quarks et de gluons
Un plasma à l'échelle du cosmos
Gel et surfusion
Une hécatombe de quarks
Relevé de terrain
La « chaîne » des quarks
Symétries
Symétries perdues

3R. La transition quark-hadron

Diagramme de phase
Modèle simple de la transition

4. Unifications des forces

Unification électrofaible
Une prédiction réussie
Symétrie électrofaible
Un épisode d'inflation électrofaible
Au-delà de la portée des accélérateurs
Les étapes vers la « grande unification »
Des constantes de couplage qui convergent
La matière est-elle pourrie ?
Les protons ne jouent pas le jeu
L'origine de la matière
Relevé de terrain
Le mystère des monopôles absents

4R. Invariances et symétries en physique moderne

La méthode du lagrangien
Formulation générale
Quelques exemples
Invariance de phases
Théories de jauge
Supraconducteurs et champs de Higgs
Propriétés des champs scalaires
Origine de l'équation d'état quantique
Énergie potentielle du champ
Champs scalaires dans un univers en expansion
Phases d'annihilation en cosmologie
Recherche de la masse sombre : les wimps ?
Origine de l'asymétrie matière-antimatière
Particules et antiparticules n'ont pas toujours des comportements symétriques
Les espoirs déçus de la grande unification
Asymétrie leptonique

5. L'énigme de la constante cosmologique

Le problème de l'âge de l'univers
La constante cosmologique et la physique quantique
Les champs scalaires et le « vide quantique »
Une crise majeure pour la physique et la cosmologie
Les messages de la lumière

5R. Le problème de la constante cosmologique

Contributions des champs scalaires d'unifications

6. L'ère de Planck

Une jonction qui se fait attendre
Localisations
On demande un nouveau Dirac
La frontière actuelle de la connaissance
Au-delà de l'espace et du temps ?
Relevé de terrain
Une théorie ambitieuse
L'intuition de Pythagore
Un pont qui n'arrive pas à se construire
Dimensions supplémentaires
Un univers-fantôme
Un univers « gratuit »
Un univers de poupées russes

7. Inflation cosmologique

La thérapeutique inflationnaire
La planéité et la rotation de l'espace
Monopôles et trous noirs primordiaux
Surfusions aquatiques et quantiques
Scénario cosmologique inflationnaire
Chronologie des épisodes inflationnaires
Problèmes du scénario inflationnaire

7R. Scénarios inflationnaires

Le scénario cosmologique
Phase de réchauffement
Isothermie et causalité
La planéité du cosmos
L'entropie initiale
Regard critique sur le modèle inflationnaire

8. Les défauts des champs scalaires

Quartz et agates
Champs magnétiques
Symétrie spontanément brisée
Secteurs magnétiques
Dislocations et secteurs des champs quantiques
Monopôles, cordes cosmiques et murs domaniaux

8R. Défauts topologiques

Les murs domaniaux
Les cordes
Les monopôles magnétiques

9. Origine des structures (1)

Trois problèmes
L'inflation offre à nouveau ses services
Une condensation trop lente
Les propriétés du rayonnement fossile
Le développement des structures cosmiques
Morphologie des galaxies

9R. Origine des structures (2)

La masse de Jeans
La masse de Jeans relativiste
La masse causale
La masse de Jeans non relativiste
La masse de Silk
La masse de Jeans des neutrinos
Spectre des fluctuations de densité
Évolution des structures primordiales
L'analyse complète : aperçu présent

10. L'astronomie des ondes gravitationnelles

Qu'est-ce qu'une onde gravitationnelle ?
Le pulsar double
Un métronome astronomique
Les gravitons existent-ils ?
Projets de détection des ondes gravitationnelles
Sondeur des profondeurs denses
Des messages en provenance de la terra incognita !

11. La place de l'homme dans l'univers

Le principe anthropique
Paramètres stériles et paramètres fertiles
Des univers à la pelle
« Au commencement était la physique quantique »
Crépuscule de septembre

Notes

Lexique

---

Mode d'emploi (extrait)

Pistes vertes et pistes rouges

Le livre s'adresse à deux classes de lecteurs. Au premier niveau, il se veut « grand public ». Les faits et leur interprétation sont présentés simplement, sans équations. Les notions de physique y sont réduites au minimum. Introduites progressivement, elles sont souvent reprises. « Comprendre », c'est d'abord « se familiariser ».

Au second niveau, le livre s'adresse à un auditoire plus scientifique. Les lecteurs ont déjà une connaissance des notions fondamentales de la physique ainsi que du formalisme mathématique qui les sous-tend. Cette version est fondée sur des notes de cours destinées aux chercheurs en physique et en astronomie.

Pour atteindre tous les lecteurs, j'ai utilisé la stratégie des « pistes vertes » et des « pistes rouges » familière aux skieurs des Alpes. Le lecteur peu habitué au langage mathématique pourra se contenter de la piste verte qui comprend la plus grande partie du texte. Il saura pourtant que les propositions énoncées dans son parcours sont discutées plus longuement dans l'autre (les « pistes rouges » sont balisées par le signe dans la marge). Peut-être sera-t-il tenté d'y aller voir par lui-même. Peut-être aura-t-il le plaisir de découvrir en lui-même des capacités intellectuelles ignorées ou sous-estimées.

L'enseignement scolaire et universitaire ne s'intéresse trop souvent qu'à l'aspect formel des sciences. On lui a reproché d'en ignorer l'histoire. De négliger les implications philosophiques des connaissances scientifiques. De ne pas chercher à les intégrer dans la réalité du monde, de la vie et du moi. De ne pas promouvoir la réflexion sur leur impact sociologique. En un mot, de les avoir coupées de la culture.

L'étudiant en physique trouvera dans la piste verte certains éléments qui lui permettront de combler partiellement cette lacune. Ils l'inciteront, du moins je l'espère, à une réflexion personnelle sur les fondements et les implications culturelles de son activité professionnelle.