lundi 19 novembre 2012

Lumières révélées

"Physique et interrogations fondamentales"
13ème RENCONTRE

« Les nouvelles lumières - Comment la physique continue d’éclairer le monde »

 

Samedi 24 novembre 2012
de 9 heures à 18 heures

 

Bibliothèque nationale de France, site François Mitterrand,
Grand auditorium, hall est - Quai François Mauriac, 75013 Paris


Depuis longtemps la lumière n’est plus notre seule source d’information sur l’Univers. La physique a étendu progressivement la notion de rayonnement au-delà du spectre visible, depuis les ondes radio jusqu’aux rayons gamma, et ses instruments détectent bien d’autres particules que les photons. Les physiciens observent le monde au-delà de ce qu’en révèle la lumière. Toutefois, symboliquement, « éclairer le monde » demeure l’ambition de la science. En cherchant à comprendre la Nature, la physique répond toujours à la vocation de l’esprit humain à penser par soi-même, et, en lui montrant l’étendue de ses progrès et des efforts qu’il lui reste à accomplir, elle lui propose une estimation raisonnable de sa propre valeur. C’est pourquoi les découvertes récentes et les recherches en cours sur les « nouvelles lumières » de la physique sont aussi la source de nouvelles Lumières pour l’esprit.

L’observation astronomique du rayonnement des astres dans le spectre de la lumière visible est maintenant complétée par celles faites dans d’autres longueurs d’ondes : les astrophysiciens scrutent la lumière des origines, le rayonnement du fond cosmologique, grâce au télescope Planck, et ils s’interrogent aussi sur les processus qui conduisent à la naissance des étoiles dans des nuages de gaz qu’observe dans l’infrarouge le télescope Herschel. Il s’agit là encore d’ondes électromagnétiques. Mais il existe d’autres lumières, des particules qui ne sont pas des photons et qui peuvent tout de même nous renseigner sur la Nature, comme les neutrinos. Ceux-ci interagissent à peine avec la matière, ce qui les rend si difficiles à détecter ; y parvenir ouvre cependant de nouvelles perspectives sur l’Univers. Le laser, ce rayonnement lumineux particulier, est utilisé dans des caméras ultra-rapides qui permettent d’étudier les processus électroniques élémentaires au sein des molécules et des atomes. Le synchrotron « Soleil » produit dans ses « lignes de lumière » un rayonnement qui sert, par exemple, à examiner en profondeur et sans les altérer les vestiges archéologiques.

La complexité de tels dispositifs expérimentaux peut obscurcir la signification des résultats de la physique contemporaine et l’éclairage qu’elle apporte à la compréhension du monde. Mais cette relative opacité pour le profane n’est certainement pas la source de l’obscurantisme. Celui-ci résulte plutôt des « fausses lumières », c’est-à-dire des charlatans qui usurpent l’autorité de la science pour diffuser la superstition et leurs croyances intéressées. L’activité rationaliste de la physique est une lutte perpétuelle. Devant les difficultés à comprendre les enjeux de la physique actuelle, le retour chronique des idéologies antiscientifiques, les querelles incessantes et les abus de l’expertise qui troublent l’image du scientifique, certains désespèrent de la science.

Pourtant les progrès de la physique n’ont pas cessé de faire naître de nouvelles Lumières.
« Qu’est-ce que les Lumières ? ». À cette question le philosophe Kant répond qu’elles sont, pour chaque homme, le courage de se servir de son propre entendement au lieu d’obéir aveuglément. À la lumière des progrès accomplis par la physique, mais aussi des mutations institutionnelles et des transformations du champ scientifique, comment peut-on penser aujourd’hui une gouvernance éclairée pour la physique et la science en général ? Tel est le débat qui conclura la treizième rencontre « Physique et Interrogations Fondamentales ».

Vincent Bontems
 

Inscription gratuite sur le site. L'inscription à l'accueil le jour même ne sera possible que dans la limite des places disponibles.
INSCRIVEZ-VOUS :
http://sfp.in2p3.fr/CP/pifn/fren13.htm


Comité d'organisation:
SFP: Vincent Bontems, Gilles Cohen-Tannoudji, Isabelle Cossin, Étienne Klein, Emmanuelle de Laborderie, Jean-Pierre J. Lafon, Valérie Lefèvre-Seguin, Jean-Michel Lévy, Marios Petropoulos, Sophie Rémy, Yves Sacquin, Gérard Tronel, Philippe Raccah
BnF : Aline Annabi, Angel Clemares, François Nida.
Attachée de presse : Claudette Duplan : clduplan@neuf.fr - 06 64 83 08 25
Chargée de communication : Isabelle Cossin, CNRS : cossin@lpnhe.in2p3.fr
 

jeudi 31 mai 2012

Conjecture & Cognition

La difficile ascension vers la résolution d'un problème mathématique

Par David Larousserie



Terence Tao (université de Californie) vient d'apporter sa pierre à la résolution d'un problème mythique de sa discipline, la conjecture de Goldbach.

Pour un mathématicien, avancer à petits pas ne signifie pas forcément se rapprocher du but. Ainsi, l'un des plus brillants chercheurs de cette discipline, Terence Tao (université de Californie), vient d'apporter sa pierre à la résolution d'un problème mythique de sa discipline, la conjecture de Goldbach. Mais sans pouvoir affirmer l'avoir totalement résolue.

Ce problème remonte au XVIIIe siècle, lorsque le mathématicien Christian Goldbach défie son collègue Leonhardt Euler en estimant peu ou prou que tout nombre entier pair peut s'écrire comme la somme de deux nombres premiers. Par exemple, 30 = 13 + 17 ou 90 = 17 + 73. Ou encore, que tout nombre entier impair peut s'écrire comme la somme de trois nombres premiers. Ainsi, 179 = 19 + 71 + 89. Les nombres premiers ne sont divisibles que par un et eux-mêmes et constituent en quelque sorte les briques élémentaires de la théorie des nombres.

"Cette conjecture est très importante. Elle est simple à énoncer et pourtant touche à un problème fondamental : comment se combinent, pour les nombres, les deux opérations de base, la somme et la multiplication [qui est liée aux nombres premiers]", explique Gerald Tenenbaum, de l'institut Elie-Cartan de Nancy, spécialiste de la théorie des nombres.

Ce problème n'est pourtant pas l'un des sept mis à prix un million de dollars par la fondation Clay en 2000. Il a néanmoins un rapport avec l'un deux, l'hypothèse de Riemann, qui donne la clé de la répartition de ces atomes des mathématiques que sont les nombres premiers. Si cette autre conjecture est vraie, alors l'énoncé de Goldbach pour les nombres impairs s'en déduirait par exemple.

"Nous ne pourrons pas aller jusqu'à la démonstration finale."

C'est dans ce contexte que Terence Tao, médaillé Fields en 2006 (récompense suprême en mathématiques), a démontré que tout entier impair peut se décomposer en cinq nombres premiers. Ce qui est donc un petit peu mieux que le précédent "record" d'Olivier Ramaré, de l'université de Lille et du CNRS, qui, il y a presque vingt ans, avait établi que tout nombre pair se décompose en six nombres premiers.

L'Américain a soumis cet article en février à une revue spécialisée pour expertise et publication, mais le magazine Scientific American l'a sorti de la confidentialité le 11 mai, repris par le site Web de la revue Nature. Le prestige de l'auteur et la méthode utilisée ne laissent guère de doute sur la solidité du travail, qui devrait donc être prochainement validé. Ce dernier reste modeste : "C'est un progrès incrémental dans la recherche sur la conjecture de Goldbach, mais pas une révolution", nous a-t-il écrit.

Le problème avec cette conjecture est que s'il semble possible d'atteindre les étapes suivantes, quatre nombres premiers, puis trois, la dernière restera inaccessible. "Avec la méthode que j'avais utilisée et que Terence Tao poursuit, nous savons que nous ne pourrons pas aller jusqu'à la démonstration finale. Il y a un obstacle théorique, constate Olivier Ramaré. On a même du mal à s'approcher d'une méthode différente permettant d'aborder cette ultime question. Peut-être qu'on ne verra pas la démonstration avant mille ans !"

"Ces travaux sont cependant intéressants, car pour aborder la démonstration finale, nous avons besoin de comprendre les entiers et les nombres premiers. Les outils et méthodes développés dans des cas plus 'simples' pourront donc être utiles. On ne sait jamais", poursuit le chercheur.
Article du journal Le Monde du 31.05.2012.


Ne serait-ce par sur nous, finalement, comme le sous-tendait H. Simon, que la mathématique nous en apprend le plus ?

dimanche 27 mai 2012

Hypothèses & Science académique...

Le modèle du Big Bang est fragile

Entretien avec Jean-Marc Bonnet-Bidaud

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Jean-Marc Bonnet-Bidaud est astrophysicien au Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), spécialiste de l'astronomie des hautes énergies et des étoiles en fin de vie. Avec l'historien et philosophe des sciences Thomas Lepeltier, il a co-dirigé la publication de l'ouvrage collectif Un autre cosmos ? qui vient de paraître dans la collection "Philosophie des sciences" de l'éditeur Vuibert (150 p., 19 €). L'idée centrale du livre est d'inciter les chercheurs à se pencher sur des modèles cosmologiques alternatifs à celui du Big Bang. Celui-ci suppose notamment l'existence d'une matière et d'une énergie dites noires, qui composent à elles seules plus de 95 % du contenu de l'Univers, et dont la nature reste inconnue à ce jour. La matière ordinaire dont sont faits les étoiles, les planètes et ce qui se trouve à leur surface ne compte en effet, selon ce modèle, que pour moins de 5 % du total.

Une étude à paraître dans The Astrophysical Journal signale, à partir de l’étude du mouvement de plus de 400 étoiles proches de nous, l'absence curieuse de la matière noire dans l’environnement immédiat du Soleil. Si d'autres travaux le confirment, cela pourrait poser un problème au modèle qui décrit notre Univers et son histoire. De manière plus générale, ce modèle standard de la cosmologie comprend 95 % d'inconnues. Est-ce que cela ne fait pas beaucoup ?

Cela me paraît vraiment beaucoup pour dire, comme l'affirment certains, que nous avons pratiquement tout résolu et que la cosmologie est devenue désormais une science de précision. Pour le physicien que je suis, ces inconnues fragilisent le modèle que l'on a de l'Univers. C’est la raison pour laquelle nous voulons, par ce livre collectif, essayer d’ouvrir d’autres horizons.

Quels sont les grands problèmes auxquels se heurte selon vous ce modèle cosmologique ?

Enormément de questions se posent et nous avons sélectionné six aspects différents, pour lesquels le débat scientifique devrait être ouvert mais ne l'est pas. Le modèle du Big Bang, qui nous explique comment l'Univers s'est construit et a évolué, est basé sur des hypothèses très strictes et très restrictives. Nous avons essayé d'avoir une vision plus large en analysant ces hypothèses et en expliquant qu'il pouvait avoir d'autres façons que celle du modèle standard d'aborder ces six grands domaines. Il y a tout d'abord la géométrie du cosmos et l'outil que l'on utilise pour y mesurer les distances. Un changement même mineur de cette mesure change totalement l’évolution de l’Univers. Le deuxième aspect, c'est la fameuse question de l'expansion de l'Univers : nous observons un décalage vers le rouge de la lumière d'objets lointains et nous en déduisons que l'Univers se dilate. Mais cette interprétation n'est qu’une des hypothèses possibles et l'on n'a pas forcément besoin d'avoir un Univers en expansion pour obtenir ce décalage vers le rouge de la lumière. C'est important car il s'agit de la base même du modèle du Big Bang. Le troisième point est la formation des éléments légers dans l'Univers, qui a longtemps été présentée comme une preuve absolue du Big Bang. En réalité, pour être cohérent, il faudrait maintenant revenir sur ces calculs pour y intégrer par exemple le rôle possible de la matière noire. Le quatrième aspect est un élément essentiel à l'heure actuelle de la cosmologie moderne : le fameux rayonnement fossile. C'est cette lumière diffuse, observée dans le domaine des micro-ondes, qui baigne tout l'Univers. Après sa découverte en 1965, elle a servi à la renaissance du modèle du Big Bang, qui la considère comme la trace refroidie d'un Univers autrefois dense et chaud. Cette interprétation est certes plausible mais elle reste seulement une hypothèse car aucune mesure physique ne peut actuellement confirmer de façon indiscutable qu’il s’agit du rayonnement du fond de l’Univers et ce rayonnement pourrait aussi bien être produit plus localement par d'autres processus physiques.

Il y a également la question de ces mystérieuses matière et énergie noires...

Thomas Buchert, qui enseigne la cosmologie à l'université de Lyon et qui a écrit un chapitre à ce sujet dans le livre, se dit, comme tout physicien, qu'il est très ennuyeux de décrire un Univers avec des inconnues. Il s'est donc intéressé aux hypothèses de base de la cosmologie. On a été amené, pour pouvoir résoudre les équations de la relativité qui concernent l'évolution de l'Univers, à adopter les hypothèses très simples – trop probablement par rapport à la complexité naturelle – d'un cosmos homogène et isotrope, c'est-à-dire identique dans toutes les directions. En introduisant de petites modifications dans l'homogénéité de l'Univers, Thomas Buchert et d'autres chercheurs sont capables de montrer que l'on peut se passer de matière et d'énergie noires ! Il reste encore à rendre compte de toutes les observations mais c'est une des avancées récentes de la cosmologie qui n'est guère mise en avant, alors même qu'elle n'invente pas de processus ou de composantes qui ne soient pas observables et qu'elle modifie seulement des hypothèses de départ probablement trop simplistes.

La dernière pierre d'achoppement que votre livre évoque est la question de l'inflation.

Pour que le modèle du Big Bang marche, en plus de lui rajouter de la matière et de l'énergie noires, il faut aussi que, dans les temps très proches du début de l'expansion, l'Univers ait connu une accélération phénoménale (une dilatation d'un facteur 1050 en une fraction de seconde), qui aurait permis d'uniformiser sa densité et sa température. Or on ignore quel processus physique a pu l'engendrer car il faut injecter une énergie incroyable pour accomplir cette inflation. Là aussi, d'autres visions sont possibles qui s'en dispensent, et notamment un modèle cyclique de contractions-dilatations de l'Univers. Il faut cependant bien avouer que tous ces modèles restent très spéculatifs. Plus largement, nous voulions mettre le doigt sur le fait que nous n'avons sans doute pas de théorie correcte de la gravitation. Même chose pour la théorie de la matière : le modèle standard de la physique des particules doit lui aussi être amélioré. On est donc condamné à un pari sur l’avenir. Tous ces bémols devraient conduire les cosmologistes à être plus prudents et modestes...

En réclamant un réexamen sans tabou de notre façon de voir le cosmos, cet ouvrage de philosophie des sciences a un côté iconoclaste. Avez-vous rencontré des difficultés pour le réaliser ?

Nous tenions à avoir l'avis de chercheurs respectés qui travaillaient dans le cadre du Big Bang, en leur demandant de se faire l'avocat du diable dans leurs domaines. Nous voulions aussi travailler de préférence avec des auteurs français. Mais l'un d'eux a trouvé intolérable que des scientifiques puissent contester le Big Bang et il a fait campagne auprès de certains autres, qui ont ensuite poliment décliné notre offre... Malgré ces difficultés, le cahier des charges est respecté. Mais, en tant que scientifique, je ne comprends pas qu'un tel débat puisse poser des problèmes ni qu'on veuille faire obstacle à tout ce qui peut scientifiquement alimenter une vision critique du discours dominant. En lisant l'article dont vous faisiez état au début de notre discussion, sur l'absence surprenante de matière noire dans le disque de notre galaxie, j'ai relevé une phrase amusante : "Nous avons le sentiment que toute tentative d'interprétation ou d'explication de nos résultats qui irait au-delà de celle présentée dans cet article serait hautement spéculative à ce stade." Comme si les auteurs, effrayés eux-mêmes de ne pas avoir trouvé ce qu'il "fallait" trouver, disaient "Surtout n'utilisez pas nos résultats !". Il y a comme une pression pour diminuer l'impact des résultats discordants alors que normalement, dans la science, c'est le contraire qu'il faut faire.

Dans ce livre, vous "remerciez" les astrophysiciens et les cosmologistes qui vous ont traités par le mépris... En caricaturant, on a l'impression qu'il faut accepter le modèle dominant pour avoir le droit de faire de la cosmologie et d'entrer dans la caste. Qu'est-ce que cela nous dit sur le fonctionnement de la recherche ?

Cela nous dit quelque chose de pas très amusant. Il y a de nombreux cas dans l'histoire qui montrent que quand on s'accroche à une description, quand les pensées se figent et deviennent très peu perméables aux critiques, la science perd dix, vingt ans, voire des siècles. J'aimerais bien que la science bouge, que les débats s'instaurent, que les connaissances progressent, mais j'ai le sentiment personnel que cet aspect frigorifié ralentit l'avancée de la recherche. C'est peut-être lié à son économie : pour proposer un projet, il faut pratiquement que vous soyez sûr du résultat que vous allez trouver. Or ce n'est pas la démarche naturelle de la science : on devrait explorer et faire autant d'expériences pour invalider les concepts que pour les valider. Dans ce livre, nous voulions souligner à quel point notre conception de l'Univers est fragile. Le modèle du Big Bang nous sert de colonne vertébrale et je n'ai rien contre. Cette façon de penser l'Univers dans sa globalité et son évolution était un bon excitateur de neurones au départ. Mais cela fait sans doute vingt ou trente ans qu'on aurait dû s'apercevoir qu'on est sur une forme de fausse piste. Quand cela ne marche pas, il faut regarder ailleurs mais trop peu d'efforts sont faits dans cette direction. On ne veut pas trop aller dans l'inconnu et il faudra sans doute des découvertes fortuites très fortes pour faire basculer les choses. Je serais un jeune chercheur, je serais moyennement enthousiaste à l'idée de me lancer dans la cosmologie puisqu'on nous dit que tout est trouvé. Cela me fait penser à lord Kelvin qui prétendait, à la fin du XIXe siècle qu'il n'y avait plus rien à découvrir en physique et qu'on allait seulement raffiner des décimales. C'était juste quelques années avant l'arrivée de la relativité et la mécanique quantique...

Propos recueillis par Pierre Barthélémy (@PasseurSciencessur Twitter)
(Crédit photo : François Guenet / Fedephoto.com)

samedi 19 mai 2012

La réalité c'est quoi ? (conférence)

Physique quantique et réalité, la réalité c'est quoi ?

Bernard d'Espagnat

Université Paris Diderot

Amphithéâtre Buffon

Mardi 22 mai 2012 de 18h à 20h

15 rue Hélène-Brion, Paris 13e
M° 14/ RER C Bibliothèque François-Mitterrand   
Entrée libre
 
 
La physique classique de nos pères passait pour lever le voile des apparences et décrire le réel tel qu'il est vraiment. Ses échecs la firent remplacer par la physique quantique, couronnée de succès dans ses multiples applications mais dont la structure est difficilement compatible - on verra pourquoi -  avec un tel pouvoir de description. La phrase  de Henri Poincaré : "les objets réels que la nature nous cachera éternellement" était-elle donc prémonitoire ?  Si oui quelles révisions cela nous incite-t-il à faire quant à notre  conception de la science en général ?  Quant à la signification des apports de nos sens ? Quant à ce qu'est "le monde" et notre relation à lui ?

  • Conférence Bernard d'Espagnat, Professeur émérite de l'université Paris-Orsay, membre de l'Institut ;
  •  Débat mené par Hervé Zwirn, Professeur associé à l'université Paris Diderot.