Mars 2017
Un jour, tu te réveilleras et tu n’auras plus le temps de faire ce que tu voulais faire. Fais-le donc maintenant.
Paulo Coelho


Entretien avec Jean-Pierre Luminet (3/3) Le perfectionnement du modèle

Qu'est-ce qu'une crise ? En physique aussi, les crises existent. Jean-Pierre Luminet nous éclaire à ce sujet.

Dirigeant : « La crise consiste justement dans le fait que l'ancien meurt et que le nouveau ne peut pas naître : pendant cet interrègne on observe les phénomènes morbides les plus variés», écrivait Antonio Gramsci. Nous vivons incontestablement aujourd’hui dans une période de crise : nous sommes entre deux mondes, dans l’incertitude et l’inquiétude. Dans votre discipline, assiste-t-on à de semblables crises de modèles ?


Jean-Pierre Luminet : Sans aller jusqu’à parler de « phénomènes morbides », la physique fondamentale se trouve en effet aujourd’hui dans une sorte d’interrègne. La raison est qu’elle repose sur deux piliers certes solides, mais incompatibles entre eux.Le premier est la relativité générale, qui est une théorie de la gravitation, de l’espace et du temps (elle décrit l’univers à grande échelle, qui est gouverné par les phénomènes de gravité). Le second est la physique quantique, qui décrit plutôt ce qu’il est convenu d’appeler l’infiniment petit (interactions entre particules élémentaires). Ces deux cadres théoriques régissent fort efficacement des domaines de la physique bien distincts, et l’on peut estimer normal qu'il y en ait deux. Autres échelles, autres concepts. Le problème, c’est que l'univers scruté aujourd’hui par nos instruments - tant matériels qu’intellectuels - présente des situations qui ont la sournoiserie de faire appel aux deux théories en même temps. Des cas limites assortis de conditions extrêmes, où à la fois la gravitation et la physique quantique ont voix au chapitre. Deux exemples en sont les trous noirs et le Big Bang. On ne saurait rien imaginer de plus embêtant : il s'agit de marier la grenouille et l’éléphant. Quelques dizaines de théoriciens répartis de par le monde tentent donc de bâtir des théories dites de « gravitation quantique », dont l’achèvement représenterait un nouveau règne pour la physique. Mais la tâche est si ardue que nous sommes encore loin d’en voir le bout – si bout il y a d’ailleurs ! Plusieurs pistes sont explorées : théories des cordes mettant en jeu des dimensions supplémentaires de l’espace et un bien étrange « multivers », gravité à boucles invoquant plutôt une atomisation de l’espace-temps, etc., mais aucune de ces approches n’a abouti vraiment, de sorte que nous sommes bel et bien dans un interrègne, dont il est difficile de prévoir si et quand nous en sortirons.

Ceci illustre au passage que,pas plus que les modèles, les concepts fondamentaux qui en sont le socle ne sont jamais définitifs – même s’ils ont « la peau plus dure ». De temps en temps, ce sont les théories fondamentales qui doivent être revues et corrigées, quand tout à coup plus rien ne fait sens devant l'accumulation des données, du moins pour un cerveau suffisamment synthétique. C'est en tournant et retournant tous les éléments jusqu'à mettre la théorie par terre que ce cerveau va finalement permettre de recomposer le tableau tout autrement. Pour reprendre l’analogie de l’enquête policière, c’est le détective qui, à force de ruminer, voit soudain apparaître une autre vérité: le coupable n'est pas du tout celui qu'on pense, mais il s'est arrangé pour faire accuser quelqu'un d'autre, tandis que lui agissait ailleurs et autrement. C'est ainsi que la relativité générale d’Einstein a remplacé la théorie de l’attraction universelle de Newton pour expliquer la gravitation. Le coupable n'avait rien à voir avec une force émanant des corps célestes. Le coupable était tapi dans la structure géométrique de l'espace-temps, qui est capable de se déformer et de dicter la trajectoire des corps.

Les cas de figure où il faut corriger la théorie fondamentale restent plutôt rares et exigent des circonstances historiques exceptionnelles. Prenons l’exemple de la mise au point artisanale, au début du XVIe siècle, de la lunette d’approche par un opticien hollandais. Galilée s’en empare et la transforme en instrument d’astronomie, lequel lui révèle de nouvelles données célestes : la Lune a du relief, Vénus présente des phases, le Soleil a des taches, Jupiter a des satellites, il y a des milliers d’étoiles invisibles à l’œil nu, etc. À cause de celles-ci, la modélisation astronomique (le système géocentrique de Ptolémée, remontant au IIe siècle), qui découlait elle-même de l’ancien cadre conceptuel de la physique aristotélicienne, ne tient plus la route. Il faut revoir les concepts de base. Par ce cheminement complexe, une innovation instrumentale a permis d’acquérir des données inattendues, qui ont bouleversé la modélisation astronomique au point de faire basculer les piliers mêmes de tout l’édifice de la physique ! Exemple strictement inverse, au début du XXe siècle, Albert Einstein, dans le calme d'un bureau, s’interroge sur les concepts de base : espace, temps, lumière, gravité. Il conçoit une nouvelle théorie fondamentale : la relativité générale. Celle-ci fournit un nouveau modèle pour la gravitation, qui prédit de nouvelles données expérimentales – par exemple les ondes gravitationnelles, les trous noirs et le Big Bang. Il faut alors construire des instruments inédits pour vérifier ces prédictions. Avec, à la clé, beaucoup d’innovations technologiques. Et ça marche ! La théorie fondamentale a accouché d'une foultitude de modèles qui ont chacun prédit des données, lesquelles ont pressé les instruments d'exister et de se perfectionner – avec d’ailleurs des retombées évidentes dans la vie de tous les jours : GPS, caméras CCD, etc.

Propos recueillis par Lionel Meneghin
Le 23-11-2016
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