Sciences physiques

  • Qu'est-ce que la lumière, cette lumière qui éclaire et fascine l'humanité depuis le début des temps ? Replaçant ses propres travaux dans la perspective de la riche épopée de la connaissance, Serge Haroche dresse ici le tableau de ce que nous savons aujourd'hui de la lumière, de la manière dont nous l'avons appris, et des inventions que cette connaissance nous a apportées en révolutionnant notre vie quotidienne. Le temps s'écoule-t-il au même rythme à la surface de mon bureau et quelques millimètres au-dessus, et peut-on mesurer la différence ? Est-il possible de manipuler un objet quantique sans le détruire ? Qu'est-ce que l'intrication quantique et qu'appelle-t-on « décohérence » ? Le livre de Serge Haroche montre comment ces questions sont liées et leur apporte les réponses les plus actuelles. On y apprend comment est née la théorie de la relativité, d'où vient la physique quantique, et que le chat de Schrdinger n'est pas (seulement) un animal domestique, mais un paradoxe quantique que la physique contemporaine a domestiqué en lui donnant une traduction expérimentale. Acteur profondément engagé dans la science de la lumière, Serge Haroche en déroule ici les fils, de Galilée à Einstein, et jusqu'aux travaux qui lui ont valu le prix Nobel. Il revisite de l'intérieur, en théoricien et en expérimentateur, cette fascinante aventure scientifique. Explicitant les liens qui se sont tissés dans l'histoire des sciences entre l'optique, la mécanique, l'électricité et le magnétisme, il retrace le rôle essentiel que les interrogations sur la lumière ont joué dans la naissance de la physique moderne et dans l'élaboration de notre représentation de l'Univers. Loin d'exposer une histoire abstraite, Serge Haroche nous permet d'appréhender ce qu'est la démarche scientifique, faite d'un va-et-vient constant entre observation des phénomènes, élaboration de modèles théoriques et vérifications expérimentales. Un livre unique qui nous fait partager l'allégresse du savoir et l'exaltation de la découverte. ?Serge Haroche est professeur honoraire au Collège de France. Membre de l'Académie des sciences et prix Nobel de physique en 2012 pour la mise en oeuvre des méthodes permettant de manipuler et de mesurer des objets quantiques individuels, il a mené ses recherches avec son équipe au sein du laboratoire Kastler Brossel de l'École normale supérieure. 

  • Pourquoi et comment l'Univers a-t-il commencé ? Pourquoi y a-t-il quelque chose plutôt que rien ? Quelle est la nature de la réalité ? Comment expliquer que les lois naturelles soient aussi finement ajustées ? Et nous, pourquoi donc existons-nous ?Longtemps réservées aux philosophes et aux théologiens, ces interrogations relèvent désormais aussi de la science. C'est ce que montrent ici avec brio et simplicité Stephen Hawking et Leonard Mlodinow, s'appuyant sur les découvertes et les théories les plus récentes, qui ébranlent nos croyances les plus anciennes. Pour eux, inutile d'imaginer un plan, un dessein, un créateur derrière la nature. La science explique bel et bien à elle seule les mystères de l'Univers. Des réponses nouvelles aux questions les plus élémentaires : lumineux et provocateur ! Le premier ouvrage important de Stephen Hawking depuis dix ans. Célébrissime auteur d'Une brève histoire du temps, de Trous noirs et Bébés univers et de L'Univers dans une coquille de noix, Stephen Hawking est professeur à l'Université de Cambridge. Leonard Mlodinow est physicien au California Institute of Technology.

  • Avec les mots de l'écrivain, le talent du poète, Carlo Rovelli nous fait apercevoir le mystère du monde, la beauté du monde, une beauté à couper le souffle. Ces « sept leçons » donnent un aperçu rapide des aspects les plus importants et fascinants de la grande révolution qui a bouleversé la physique au XXe siècle, et surtout des questions et des mystères que cette révolution a soulevés. Elles nous emmènent dans le monde enchanté des grandes idées de la physique actuelle : de la relativité générale d'Einstein à la physique quantique, des particules élémentaires à l'architecture de l'Univers, de la gravité quantique à la nature du temps et de la conscience. Un éblouissement ! Traduit en vingt-quatre langues, les Sept brèves leçons de physique sont un best-seller mondial. Carlo Rovelli, physicien et historien des sciences, membre senior de l'Institut universitaire de France, est l'un des pères, internationalement reconnu, de la « gravité quantique à boucles », théorie qui cherche à comprendre l'intérieur des trous noirs et les tout premiers instants de l'Univers. Il dirige le groupe de recherche en gravité quantique au Centre de physique théorique de Marseille-Luminy. 

  • Comment le jeune enfant qui vivait à Constantine et à Alger dans les années 1930, dans une famille confrontée à une situation particulièrement difficile, a-t-il pu surmonter toutes ces épreuves et parvenir, soixante ans plus tard, à obtenir le prix Nobel de physique ? Comment la meilleure compréhension des interactions quantiques entre matière et lumière a permis d'inventer de nouvelles méthodes pour agir sur les atomes, les polariser, les refroidir à des températures très basses et les piéger dans de toutes petites régions de l'espace ? Un long chemin partant du pompage optique dans les années 1950 et aboutissant à l'obtention de nouveaux états de la matière comme les gaz quantiques au début des années 2000. Un témoignage émouvant. Un hymne au métier de chercheur et d'enseignant. Claude Cohen-Tannoudji est physicien. Ancien élève d'Alfred Kastler et de Jean Brossel à l'École normale supérieure, il est professeur émérite au Collège de France et membre de l'Académie des sciences. Il a obtenu le prix Nobel de physique en 1997. 

  • L'énergie en fusion

    Alain Bécoulet

    Un projet scientifique futuriste et sans précédent est en plein essor à Cadarache, au coeur de la Provence. Réunissant des pays peu habitués à collaborer comme l'Inde, la Chine, la Russie, les États-Unis, le Japon, la Corée du Sud et l'Europe, le consortium ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) construit pièce par pièce ce qui deviendra peut-être le prototype de l'énergie de demain. Plutôt que fissionner les atomes lourds comme l'uranium, ITER va fusionner des atomes légers dérivés de l'hydrogène. Avec pour perspectives des ressources illimitées (l'hydrogène est abondant et gratuit) et l'absence de déchets radioactifs qui posent problème aux centrales actuelles, l'énergie de fusion pourrait bouleverser le lancinant problème de l'énergie. Cependant, la fusion de l'hydrogène, qui est la source d'énergie de toutes les étoiles, pose sur Terre de considérables défis scientifiques et techniques. Si les premiers essais sont favorables, dès 2025, la voie s'ouvrira vers les premiers réacteurs à fusion - étape décisive vers une énergie abondante et propre. Alain Bécoulet, physicien, spécialiste de la fusion nucléaire, est chef de l'Institut de recherche sur la fusion par confinement magnétique (IRFM), directeur de recherche au CEA et représentant de la France auprès du consortium européen sur la fusion, EUROfusion. 

  • Explication du monde à très petite échelle, monde peuplé d'atomes et de photons, la physique quantique n'est pas avare de propriétés singulières. À notre échelle, la supraconductivité, les lasers et l'effet tunnel résultent de phénomènes quantiques. Mais cette science a aussi des implications plus fondamentales, qui constituent de véritables défis à la logique ordinaire. La notion d'« intrication », en particulier, explorée depuis une trentaine d'années, mène à l'existence, très contre-intuitive, d'un hasard ubiquitaire, capable de se manifester simultanément en plusieurs endroits de notre univers... Cette stupéfiante « non-localité » n'est pas une abstraction gratuite ou un jeu de l'esprit?; elle a des applications bien concrètes en cryptographie, pour la protection des données financières et médicales, et a permis la démonstration d'une « téléportation quantique » dont les auteurs de science-fiction les plus imaginatifs ont du mal à entrevoir les infinies possibilités. À l'opposé de la littérature ordinaire sur le sujet, ce petit livre ne tente pas de contourner les réelles difficultés logiques imposées par la physique quantique. De « jeu de Bell » en expériences d'intrication quantique, il mène vers une solide compréhension d'un des domaines les plus fascinants de la physique actuelle. Physicien théoricien, directeur du département de physique appliquée de l'Université de Genève, Nicolas Gisin est un pionnier de la téléportation et de l'informatique quantiques. Il est cofondateur de la société ID Quantique, leader mondial en cryptographie quantique. Il a reçu en 2009 le premier prix John Stewart Bell. 

  • Après ses stupéfiantes avancées du siècle dernier - la découverte de l'expansion de l'univers, du Big Bang et des trous noirs -, la cosmologie serait-elle en voie de perdre son objet d'étude ? L'avènement de la « matière noire », invisible mais nécessaire pour expliquer les mouvements des galaxies, celui de l'« énergie noire », insaisissable mais indispensable pour rendre compte de l'accélération de l'expansion de l'univers, et celui des trous noirs, qui font disparaître la matière ordinaire comme un lapin dans un chapeau de magicien, donnent l'image d'un univers élusif dont une part grandissante échappe à l'observation. Faisant toute la lumière sur ce qu'il appelle le « triolet noir de notre ignorance », l'auteur cherche les biais susceptibles de dérober l'univers à notre regard, en analysant cinq « illusions » possibles. Manque-t-il vraiment de la matière ? Nos observations sont-elles fautives ? Voyons-nous en trois dimensions un univers holographique à deux dimensions ? C'est d'un autre regard sur l'univers qu'il est question dans ce livre très accessible qui met en scène les questions cruciales de la cosmologie actuelle. David Elbaz, astrophysicien, travaille au laboratoire « Cosmologie et évolution des galaxies » au Commissariat à l'énergie atomique. Auteur de documentaires et de spectacles, il a publié des romans scientifiques : Le Vase de Pépi et ...et Alice Tao se souvint du futur. 

  • Où est l'Homme dans l'Univers ? Que se passe-t-il à l'intérieur des atomes ? Einstein avait-il toujours raison ? Comment apparaissent les formes dans la nature ? Peut-on démêler l'ordre du chaos dans l'écheveau du monde ? Où allons-nous ? À ces questions, et à d'autres encore, les réponses de Sébastien Balibar, physicien mondialement connu pour ses travaux sur les liquides et les cristaux, surprendront. Car la physique qu'il nous invite à partager commence en regardant le ciel, l'écoulement d'un liquide, la couleur d'une flamme, la forme d'un cristal ou celle d'une fleur, en soupesant une table, en écoutant le vent, le son d'une flûte ou le tintement d'un verre, en faisant de la bicyclette ou en jouant du piano. Et pourtant, c'est bien des plus grandes questions qu'il traite, avec humour et passion, portant le regard d'un chercheur sur la vie quotidienne. Sébastien Balibar, physicien, est directeur de recherche CNRS au laboratoire de physique statistique de l'école normale supérieure.

  • Prix Nobel de physique 1991, Pierre-Gilles de Gennes a exploré un nombre impressionnant de domaines différents, de la supraconductivité aux cristaux liquides, de la « matière molle » aux polymères et à la mécanique des cellules biologiques. Comme Isaac Newton, à qui l'a comparé le jury Nobel, de Gennes fut un savant d'exception. L'homme lui-même n'était pas moins extraordinaire. Humour, sensibilité, opinions hétérodoxes, insatiable curiosité : il y eut un « style » de Gennes, que restitue fort bien ce livre conçu par trois de ses plus proches collaborateurs. On y perçoit la logique de son parcours de chercheur qui tenta toujours de créer des ponts entre laboratoire et industrie, comme entre science et grand public : à l'instar de Richard Feynman (prix Nobel 1965), Pierre-Gilles de Gennes avait le don de transmettre avec clarté des notions très complexes, et la volonté de rénover l'enseignement des sciences. Françoise Brochard-Wyart est biophysicienne à l'Institut Curie. David Quéré est physicien à l'ESPCI-Paris et à l'École polytechnique. Madeleine Veyssié est physicienne au Collège de France. 

  • Richard Feynman fut un professeur prodigieux, véritable homme de scène sachant allier le rire et la rigueur. Son Cours de Physique est devenu le manuel en usage dans le monde entier. Les Leçons sur la Physique sont constituées à partir des chapitres les plus accessibles de son Cours. Elles présentent aux physiciens professionnels ou amateurs, comme aux simples curieux, les idées essentielles de la physique contemporaine, les idées de conservation, de symétrie, de relativité de l'espace et du temps, de même que les principes quantiques qui régissent les processus atomiques. Richard Feynman est né à Brooklyn en 1918 et a passé son doctorat à Princeton en 1942. Il a enseigné à Cornell et au Caltech. Il a reçu le prix Nobel de physique en 1965 pour ses travaux en électrodynamique quantique.

  • Avec les théories de la relativité, la physique quantique est une de ces révolutions conceptuelles qui ont, au cours du XXème siècle, tout changé à notre compréhension de la nature. Si fascinantes que soient ses applications - laser, cryptographie, GPS, ordinateur, imagerie médicale -, la physique quantique fait cependant intervenir des paradoxes déroutants pour notre logique ordinaire. Pénétrer les arcanes du monde quantique, c'est donc aussi accepter d'utiliser le langage des équations, dont les auteurs donnent ici une approche accessible et graduée, n'excédant pas le niveau du premier cycle universitaire et n'oubliant jamais les vertus de l'approche historique. Se révèle ainsi l'univers fabuleux des particules élémentaires, des forces fondamentales de la nature, de la cosmologie et des énigmes de l'espace-temps, thèmes sur lesquels doit s'édifier toute réflexion moderne sur la nature et ses lois. Mais acquérir une certaine familiarité avec le monde quantique ne signifie pas en pénétrer tous les mystères. À propos de la déconcertante « non-localité », qui met en communication deux systèmes quantiques que rien ne relie, les auteurs préviennent qu'il est tout juste possible de développer une « intuition quantique ». Voilà de quoi réveiller les neurones les plus assoupis. Philippe Miné est ancien élève de l'École normale supérieure, directeur de recherches émérite au CNRS. Il a enseigné à l'École polytechnique et à Mines ParisTech. Il est l'auteur de Bizarre Big Bang et d'À la découverte de l'antimatière. Jean-Pierre Pharabod, ancien élève de l'ENST (aujourd'hui Télécom ParisTech), collègue de Philippe Miné au laboratoire Leprince-Ringuet de l'École polytechnique, est l'auteur du Cantique des quantiques (avec Sven Ortoli) et du Rêve des physiciens (avec Bernard Pire). 

  • La mécanique quantique est l'un des domaines de la physique les plus surprenants et controversés. Depuis le début, elle a suscité les plus vifs débats quant à sa signification et à son lien avec le réel. L'atomisme, la lumière ou les théories relativistes ont aussi défrayé la chronique, mais rien ne semble devoir arrêter les polémiques qui entourent l'interprétation des phénomènes quantiques. De Heisenberg à Schrdinger en passant par la fameuse controverse entre Einstein et Niels Bohr, Jean-Pierre Pharabod et Gérard Klein n'omettent aucune péripétie de cette saga de la physique quantique qui mène aujourd'hui à l'affirmation pour le moins surprenante de la « non-localité » de la nature. C'est un nouveau défi à nos modes de pensée ordinaires. Jean-Pierre Pharabod est ingénieur de recherche. Il a travaillé jusqu'en 2000 dans un laboratoire de physique de l'École polytechnique. Il est l'auteur de plusieurs ouvrages dont Le Rêve des physiciens, avec Bernard Pire, et La Miraculeuse Efficacité de la théorie quantique, avec Philippe Miné. Gérard Klein, écrivain, économiste et éditeur, est un observateur assidu de l'évolution de la science. 

  • Irène Joliot-Curie a traversé la première moitié du XXe siècle comme une personnalité triplement symbolique : elle a été à la fois une scientifique nobélisée comme sa mère Marie Curie, l'une des trois femmes ministres du gouvernement Blum de juin 1936 et une militante des droits des femmes qui se revendiquait féministe. Sa vie s'est frottée aux grands événements internationaux, comme les deux guerres mondiales, et aux moments de tension nationale et de crispation internationale qu'ont été la crise de 1929 et la guerre froide après 1945. Elle a aussi contribué à la mutation des sciences, à l'avè-nement de la physique nucléaire et à la création du campus universitaire d'Orsay. Elle a enfin été le témoin de trois moments clés de l'histoire du féminisme : le temps des suffragettes à la Belle Époque, le front sanitaire durant la Grande Guerre et la difficile émancipation qui a suivi, le militantisme antifasciste et procommuniste au moment de la Seconde Guerre mondiale et aux heures tragiques de la guerre froide. À travers le cheminement de cette chercheuse de talent éprise d'égalité et d'équité, c'est aussi l'histoire d'un couple, d'une famille et de tout un milieu intellectuel et politique qui est ici proposée. Le destin hors du commun d'une femme d'exception enfin révélé dans ses facettes multiples. Louis-Pascal Jacquemond est inpecteur d'académie honoraire. Agrégé d'histoire, diplômé en droit et sciences politiques, il enseigne à Sciences Po Paris. Il a participé à l'ouvrage collectif La Place des femmes dans l'histoire. Une histoire mixte. 

  • L'atome et la France

    Robert Belot

    La France, pays le plus nucléarisé au monde, manifeste à l'égard de l'atome un étrange paradoxe. Tout en frémissant d'horreur à l'évocation de la bombe et des problèmes écologiques posés par l'industrie nucléaire, elle accorde un large consensus au nucléaire civil et militaire. Où trouver les racines de cette attitude ? Est-ce la nécessité de redresser le pays et de lui rendre sa dignité à la Libération qui a suscité un enthousiasme général pour la science et la technique ? Dès 1945, le « gaullisme technoscientifique » et le communisme militant du prix Nobel Frédéric Joliot-Curie s'allièrent pour fonder le Commissariat à l'énergie atomique (CEA), tandis que les journalistes et les artistes vantaient en choeur les futurs bienfaits de l'atome pour l'humanité. À cette communion progressiste succédèrent bientôt l'ère du soupçon, puis de la défiance envers la « civilisation de la puissance » et l'équilibre de la terreur. Cette période où l'atome n'avait pas encore perdu son innocence a profondément marqué l'imaginaire français. Soixante-dix ans après Hiroshima et la création du CEA, ce livre unique par la nouveauté et l'exhaustivité de ses sources donne pour la première fois à comprendre l'histoire, singulière et troublante, du mariage de la France et de l'atome. Robert Belot, historien, professeur des universités, enseigne la géopolitique. Sa recherche se partage entre l'étude des mutations politiques provoquées par les conflits internationaux et l'histoire culturelle de la technique. 

  • Voulez-vous connaître la mécanique quantique ?Voulez-vous apprendre à calculer une équation de Schrdinger ?Voulez-vous comprendre la décohérence ou le passage du microscopique au macroscopique ? Ou l'irréversibilité du temps ? La causalité ? La dualité onde-corpuscule ? Le paradoxe de Einstein-Podolsky-Rosen ?Roland Omnès a écrit cette introduction à la mécanique quantique pour en démonter pas à pas le formalisme et en expliciter les concepts fondamentaux. Il veut faire comprendre la puissance expérimentale de cette physique jamais démentie, et sa puissance théorique qui oblige à repenser la matière et le fonctionnement de notre esprit. Roland Omnès, physicien, est professeur émérite à l'université Paris-Sud (Orsay).

  • Richard Feynman était un calculateur prodige. Dans le Projet Manhattan, il fut chargé du calcul à la main de l'énergie libérée par l'explosion d'une bombe atomique. Il connaissait mieux que personne les possibilités et les limites du calcul électronique. Dans ces leçons, il expose les bases de l'informatique : les machines de Türing, l'architecture des ordinateurs, la théorie du calcul informatique, la théorie du codage et de l'information. Il livre aussi ses réflexions sur les relations profondes entre physique et informatique : thermodynamique, ordinateurs quantiques et physique des semi-conducteurs. On retrouve ici avec délectation le style brillant et humoristique de Feynman. Richard Feynman, prix Nobel de physique en 1965, était professeur de physique théorique au California Institute of Technology. Les éditions Odile Jacob ont notamment publié ses célèbres Leçons sur la physique et ses Leçons sur la gravitation.

  • Gravité quantique, supersymétrie, univers multiples : la cosmologie et la physique quantique nous donnent aujourd'hui de l'univers une image stupéfiante, à même de défier l'imagination la plus délirante. Conjuguant la puissance de la science et le souffle de la poésie, Michel Cassé parvient à nous rendre intelligibles les concepts les plus abstraits et les théories les plus ardues. Quand le vide quantique, sous sa plume, fleurit en particules élémentaires puis, en un clin d'oeil cosmique (l'« inflation »), se déploie en stupéfiants « plurivers », la physique et la cosmologie s'éclairent du bonheur de l'écriture. Michel Cassé, astrophysicien, a été directeur de recherche au Commissariat à l'énergie atomique. Il est l'auteur de nombreux ouvrages, dont Du vide et de la création, qui a été un très grand succès. 

  • « Ce livre est le récit de quelques-unes des incertitudes de la physique d'aujourd'hui en devenir, avec l'ambition de montrer que les questions posées sont l'effet d'une logique interne qui nous a conduits immanquablement là où nous sommes. Il nous a semblé qu'il était possible de raconter en mots, sans équations ni long investissement préalable dans la lecture d'ouvrages difficiles, les interrogations auxquelles sont confrontés les physiciens de notre temps. Le monde qui nous entoure est bien présent dans ces pages puisque la physique n'est que confrontation entre concepts et réalité. Rien ne permet de penser que le bouleversement de nos modes de vie dû à la science des siècles derniers est en voie de s'arrêter. Mais notre conviction est que c'est bien le propre de l'homme que de connaître le monde dans lequel il vit, et que c'est à ce prix qu'il pourra en tirer parti sans tomber dans les pièges qui lui sont simultanément tendus. » S. B. et E. B.À l'initiative de l'Académie des sciences, les plus grands savants français sont réunis ici pour nous faire partager les extraordinaires avancées de la physique moderne. Contributions de Alain Aspect, Roger Balian, Gérald Bastard, Jean-Philippe Bouchaud, Bernard Cabane, Françoise Combes, Thérèse Encrenaz, Stephan Fauve, Albert Fert, Mathias Fink, Antoine Georges, Jean-François Joanny, Daniel Kaplan, Denis Le Bihan, Pierre Léna, Hervé Le Treut, Jean-Paul Poirier, Jacques Prost et Jean-Loup Puget.

  • En avril 1963, le prix Nobel de physique Richard P. Feynman est invité à l'université de Washington, à Seattle, pour donner des conférences sur les sujets généraux qui lui tiennent alors à coeur. On y retrouve ce théoricien de haut vol parlant de science bien sûr, mais surtout des rapports entre raison et foi religieuse, des soucoupes volantes, des phénomènes paranormaux, de la responsabilité des scientifiques face à l'humanité, de la confiance qu'on peut accorder aux hommes politiques. Derrière le scientifique perce le brillant causeur, le séducteur plein d'humour et de mordant, l'esprit libre. Voici donc, grâce à un document exceptionnel révélé pour la première fois au public français, Feynman tel qu'en lui-même. En toute liberté. Prix Nobel de physique Lauréat, en 1965, du prix Nobel de physique pour ses travaux sur l'électrodynamique quantique, Richard P. Feynman a aussi joué, alors qu'il était encore très jeune, un rôle important dans le projet Manhattan, pendant la Deuxième Guerre mondiale. Plus tard, il a contribué à expliquer le désastre de la navette américaine Challenger. À côté de ses travaux scientifiques majeurs - dont l'invention des fameux diagrammes qui ont révolutionné les modes de raisonnement et de calcul en physique -, il s'est aussi rendu célèbre pour ses dons de pédagogue.

  • éloge de l'odorat

    André Holley

    Qu'est-ce qu'une odeur ? Comment la percevons-nous ? Quel rôle l'odorat a-t-il joué au cours de l'évolution chez les animaux ? Existe-t-il une mémoire des odeurs ? Et pourquoi ne peut-on imaginer une odeur ? Avec la culture, nous en sommes venus à développer surtout nos facultés les plus élevées. Est-il vrai pour autant que l'odorat ne joue pas un rôle important dans notre rapport à l'environnement et aux autres ? André Holley fait le point sur les mécanismes de ce sens méconnu. Il s'interroge aussi sur la tendance générale de notre société à « désodoriser » tout en créant de nouvelles senteurs grâce à la chimie. N'est-ce pas un peu du lien charnel avec le monde que nous perdons ?André Holley est professeur de neuro-sciences à l'université Claude-Bernard de Lyon. Il est responsable de l'équipe « Processus neurosensoriels et cognitifs de l'olfaction » au sein du laboratoire Neurosciences et systèmes sensoriels du CNRS. Il est également directeur du Groupement de recherche CNRS-Industries des cosmétiques et des parfums.

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