Tous les articles par Aurélien Barrau

Science et Vérité, une dernière fois !

Je reproduis ici un petit éditorial invité qui m’a été demandé par une revue Suisse.

La vérité n’est pas négociable. Elle ne devrait évidemment l’être nulle part mais, en sciences peut-être plus qu’ailleurs, aucun compromis n’est en ce domaine acceptable. Les récents débats autour d’une ère « post-vérité » (bien que le phénomène ne soit en réalité absolument pas nouveau) ont souligné la dangerosité de tout laxisme avec l’exigence de vérité. Le respect de la vérité est plus qu’un guide : il est la condition de possibilité du discours rationnel.

Pour autant, comme cela fut rappelé avec finesse par Foucault et Deleuze (parfois victimes d’une lecture à contre-sens radical), il ne suffit pas de proclamer – à la manière d’un rituel presque magique – son attachement inconditionnel à la vérité. Encore faut-il avoir le courage de questionner la vérité pour mieux la comprendre, pour mieux la servir.

Que cela plaise ou non, ça ne fait pas question : le concept de vérité a évolué avec le temps. Et sauf à nous croire les incarnations de la « fin de l’histoire », il nous faut convenir qu’il évoluera sans doute encore. De plus, même à une époque donnée, il n’est pas le même pour toutes les cultures. En Grèce antique il était parfois synonyme d’éloquence et de capacité à convaincre, sans lien ferme avec ce qui peut advenir hors du discours – en opposition presque totale avec l’acception usuelle contemporaine. Respecter la vérité exige donc de la scruter, de la travailler et de la comprendre dans la diversité de ses significations (fut-ce pour en réfuter certaine).

La Vérité, abstraction personnifiée, toile de Jules Joseph Lefebvre — Art Renewal Center

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Et si les atomes d’espace avaient été détectés ?

Que l’espace soit peut-être une structure granulaire, composée de petits « atomes », c’est ce que de nombreuses théories de gravitation quantique suggèrent. L’idée est simple et presque évidente. Mais comment la tester ? Si ces « atomes » existent, ils sont certainement si petits qu’aucun de nos instruments actuels et futurs ne permet d’en envisager l’observation.

Dans un milieu cristallin, la lumière interagit avec les atomes de matière et il s’ensuit une relation de dispersion. Cela signifie essentiellement que les rayons de lumière de différentes couleurs ne se propagent pas de la même manière. Rien d’étonnant : la lumière est une onde et suivant que sa longueur d’onde est plus ou moins grande par rapport à la taille de la maille du réseau dans laquelle elle se propage, les chose ne se passent pas « de la même manière ».
Si tout l’univers, même sans matière, est lui-même composé de petits atomes d’espace, le même phénomène ne devrait-il pas se produire ?

Copyrights Alamy

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Le problème immense de l’accélération de l’Univers est-il enfin résolu ?

En mathématiques, on utilise souvent ce qu’on nomme un développement limité. Cela consiste à approximer une fonction suffisamment régulière par une série de termes dont chacun fait intervenir une dérivé d’ordre plus élevée que le précédent (la dérivé renseigne sur la vitesse de variation de la fonction).

Si l’on considère le facteur d’échelle de l’Univers – que l’on peut intuitivement penser comme sa taille si la courbure est positive – et son évolution en fonction du temps, on peut là aussi mener un développement limité de cette fonction.
Le terme d’ordre zéro de ce développement est connu depuis toujours : c’est l’existence de l’Univers.
Le terme d’ordre un de ce développement est la grande découverte du début du vingtième siècle : l’Univers est en expansion.
Le terme d’ordre deux de ce développement est la grande découverte de la fin du vingtième siècle : l’expansion de l’Univers est accélérée.

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Vérité dans les sciences, encore …

Ce petit billet est issu de 3 questions qui m’ont été posées par Christophe Pébarthe, Maître de conférences en histoire grecque ancienne à l’Université Bordeaux Montaigne, pour un interview destinée au mensuel du SNESUP.

1) Comment définiriez-vous la vérité en sciences Pensez-vous qu’une vérité puisse être qualifiée de scientifiquement démontrée ?

Déjà, je me réjouis qu’on pose la question de la définition et qu’on prenne conscience qu’elle ne va pas d’elle-même. Le premier affront fait à la vérité consiste à la supposer transparente et évidente. En réalité, le concept a drastiquement évolué à travers le temps et, à un instant donné, est également très variable d’une culture à l’autre. Et même au sein d’une société et d’une époque, il n’est pas sans variations essentielles entre différents modes de création ou de découverte. Je viens de relire « Le temps scellé » du génial réalisateur Andreï Tarskovski – son Saltker en dit autant sur le monde qu’une équation de physique quantique. Le mot Vérité y revient sans cesse, presque obsessionnellement. Mais il est parfaitement évident qu’il ne signifie pas la même chose que pour un physicien évoquant son modèle.

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Trous noirs et gravitation quantique : une nouveauté

Les trous noirs sont des zones de l’espace dont rien, pas même la lumière, ne peut s’échapper. Bien que très étranges à plus d’un titre, ils sont globalement bien compris et bien décrits par la grande théorie d’Einstein. L’existence de trous noirs dans notre Univers est maintenant presque avérée et plus personne n’en doute sérieusement. Leurs propriétés, en particulier l’émissions d’ondes gravitationnelles – de petites vibrations de l’espace – lorsque deux trous noirs fusionnent, sont correctement expliquées par les modèles usuels de l’astrophysique.

Néanmoins, si l’on s’intéresse aux petits trous noirs, les choses ne sont plus si simples. Il devient alors indispensable de tenir compte des effets quantiques. Or, une théorie tout à fait convaincante de la gravitation quantique est précisément ce qui manque le plus cruellement à la physique théorique depuis un siècle. Dans un article récent publié dans Physical Review Letters (voir la version PRL ou le preprint téléchargeable), je me suis intéressé à la possibilité d’entrevoir des effets de gravitation quantique grâce aux trous noirs.

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La gravitation est-elle émergente ?

La vision usuelle de la physique suggère qu’il existe quatre forces fondamentales :
– la force électromagnétique
– la force nucléaire faible
– la force nucléaire forte
– la force gravitationnelle

Mais rien n’assure que ces forces fondamentales soient … vraiment fondamentales ! Elles pourraient émerger de quelque chose de plus fondamentale encore. Pour ce qui concerne la gravitation, quelques indices existent en ce sens : pourquoi est-elle si faible ?, pourquoi ne se laisse-t-elle pas quantifier simplement ?

Les ondes sonores, par exemple, sont émergentes. Elles proviennent d’effets collectifs dans les molécules de l’air. Elles ne sont pas des phénomènes fondamentaux et, pour cette raison, il n’est par exemple pas envisagé de les quantifier. La connaissance du processus d’émergence change notre façon de comprendre le phénomène de façon non-triviale.

La question essentielle est ici celle du « type » d’émergence. Il se pourrait par exemple que la gravitation émerge de la théorie des cordes. Il s’agit d’une description unificatrice du monde dans laquelle les entités fondamentales seraient des sortes de petits élastiques en vibration. C’est une hypothèse ancienne, spéculative, qui serait évidemment très novatrice mais à mon sens pas révolutionnaire au sens de l’émergence. Une autre possibilité serait celle de la gravitation quantique à boucles que je décris en détails ici.

Mais la forme d’émergence particulière que je veux évoquer dans ce billet est différente. Elle est thermodynamique. La thermodynamique est une science qui montre que les propriétés d’un système physique constitué d’un grand nombre de petits éléments peuvent être comprises indépendamment des détails des constituants fondamentaux. C’est une science extraordinairement belle et fiable.

Représentation imagée de la légende de la pomme de Newton (de LOTHARLORRAINE)

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Plaidoyer pour une économie de l’amour

(Cet article n’est pas strictement scientifique au sens usuel du terme. Je le publie néanmoins sur ce blog car il dit quelque chose du monde, au moins il propose un rapport au monde. Dans une visée absolument non-polémique.)

Ce que je voudrais exprimer ici est extrêmement simple, presque outrageusement désuet. Cela pourrait se résumer à : l’essentiel, ils ne peuvent pas nous le prendre. Ou encore : sans abandonner les luttes nécessaires, redonnons aussi à l’inaliénable son inestimable valeur. L’amour n’est pas à vendre et ne se laisse jamais acheter. C’est évident, trivial même, mais il faut l’écrire aujourd’hui parce l’ultime violence de notre temps serait peut-être celle-ci : nous contraindre à oublier l’incommensurable richesse qui échappe radicalement à toutes les formes de régulation, d’institutionnalisation et de marchandisation. Si le mot vérité a encore un sens – et je le crois – c’est bien celui de mémoire, celui qu’il avait d’ailleurs dès les origines, celui donc de l’anamnèse portée par la parole du poète.

En grec ancien, économie, oikonomía, signifie littéralement gestion de l’habitat. Mais il y a plus d’une manière de gérer et plus d’une manière d’habiter. La gestion pourrait n’être pas financière et l’habitat pourrait n’être pas la demeure. Ce qu’on pense usuellement comme « administration d’un foyer » pourrait aussi – c’est à nous d’en décider – signifier « réagencement de l’espace ».

Kandinsky

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Contre les « faits alternatifs », la nuance radicale

La nouvelle administration américaine ne nous aura rien épargné. À la vulgarité, à la misogynie, au racisme, à l’ignorance, au mépris du pauvre et du faible, ils auront ajouté une nouvelle strate de bêtise dangereuse (qui n’est d’ailleurs pas hétérogène aux autres méfaits juste mentionnés) : la haine de la vérité.

Nier, par exemple, le réchauffement climatique n’est pas qu’un geste symbolique stupide et pathétique, c’est un acte criminel. C’est peut-être même commettre l’ignominie suprême : faire par avance payer à ceux qui ne sont pas encore (pas seulement les hommes mais aussi les milliers de milliards d’animaux concernés) le prix exorbitant, c’est-à-dire létal, du petit supplément de luxe que les privilégiés de note temps veulent s’octroyer encore, pour jouir sans frémir une dernière fois, jusqu’à l’ivresse.

Entraver la liberté de communication des scientifiques est un symptôme. Celui d’une angoisse pathologique qui traverse les hautes sphères de l’Etat américain : l’angoisse de la vérité.
Soyons donc parfaitement clairs et sans la moindre ambiguïté : ce comportement négationniste et falsificationiste, cette généralisation du mensonge délibéré, doivent être combattus et réfutés avec la plus grande virulence. Il est exclusivement nuisible et ne peut bénéficier d’aucune circonstance atténuante. C’est là, me semble-t-il, un point qui n’appelle aucune discussion supplémentaire.

Kellyanne Conway, conseillère de Donald Trump, ayant inventé un massacre qui n’a jamais existé. (Eduardo Munoz/ Reuters)

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Les ondes gravitationnelles révèlent-elles une physique au-delà de la relativité générale ?

Il y a peu, l’expérience LIGO a mesuré les ondes gravitationnelles – petites vibrations de l’espace – engendrées par la danse de deux trous noirs. Il ne s’agissait pas vraiment d’une découverte puisque les ondes gravitationnelles ont été détectées il y 40 ans grâce à un système binaire de pulsars (le prix Nobel a été donné il y a 20 ans pour cela). Il ne s’agissait pas vraiment d’une détections tout-à-fait directe puisque nous n’avons jamais accès à l’en-soi des choses en physique et toute mesure est une très complexe et très indirecte mise en évidence du phénomène recherché. Il ne s’agissait pas non plus d’une « preuve » de la théorie d’Einstein puisqu’aucune théorie n’a été prouvé en sciences de la Nature et aucune ne le sera jamais (pour la simple raison que toutes les théories sont fausses, elle sont seulement la meilleure proposition dont nous disposons à un instant donné).

Pour autant, ces mesures sont très loin d’être inutiles ! Tout au contraire, elles ouvrent un champ nouveau et fascinant ! C’est une véritable astronomie gravitationnelles qui va maintenant émerger et donner accès à des visages du cosmos qui nous sont pour le moment inconnu. Une nouvelle ère s’ouvre. Nous disposons d’un « nouveau sens » pour scruter et comprendre notre environnement.

Simulation d'Alain Riazuelo
Simulation d’Alain Riazuelo

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Gravitation quantique : où en est-on ?

Durant les 15 derniers jours, j’ai eu le plaisir de participer à deux congrès internationaux de recherche sur la gravitation quantique auxquels j’étais invité pour présenter les travaux réalisés avec mes proches collègues (en particulier Boris Bolliet, Julien Grain, Killian Martineau, Francesca Vidotto). Le premier « Experimental Search for Quantum Gravity » avait lieu à l’Institute for Advanced Studies de Frankfort, le second « Emergent Spacetime in quantum gravity and Fundamental Cosmology » se tenait à l’Institut Albert Einstein de Gölm.

Ce fut pour moi l’occasion de mesurer une fois de plus la formidable vitalité des recherches en cours sur ces thématiques ! Commençons par expliquer ce qu’est la gravitation quantique. Nous avons, en physique, deux grandes théories pour décrire le réel. D’une part, il y a la mécanique quantique. Elle rend compte du comportement de la matière, en particulier à l’échelle microscopique. D’autre part, il y a la relativité générale. Elle rend compte de la nature et de l’évolution de l’espace-temps. Autrement dit, la première renseigne sur le contenu, la seconde sur le contenant. Hélas, ces deux théories sont incompatibles l’une avec l’autre !

Variété de Calai-Yau en théorie des cordes (by Stewart Dickson)
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Une galaxie faite à 99.99% de matière noire !

La matière noire a une longue histoire. Son existence a été supposée pour la première fois en 1933 et a été confirmée de façon fiable en 1970. C’est un mystère qui dure et c’est rare ! Il y a quelques temps, une petite anomalie, peut-être un signe de nouvelle physique, a été détectée auprès du grand collisionneur LHC du CERN. S’ensuivit une intense excitation. Hélas il ne s’agissait que d’une fluctuation statistique : rien de sérieux. Au contraire, les indications en faveur de l’existence de matière noire ne font que s’accumuler avec le temps ! Il est maintenant presque certain que la matière noire existe bel et bien.

Mais qu’est-elle ? Ca, nous ne le savons pas ! Il existe de la matière noire « standard », composée de protons et de neutrons. Elle est sans doute 10 fois plus abondante que la matière visible (elle-même essentiellement faite d’étoiles). Mais il existe aussi de la matière noire « exotique » qui n’est pas faite de protons et de neutrons ! Nous ignorons tout des particules qui la compose. Et elle est environ 5 fois plus abondante que la matière noire standard et donc 50 fois plus abondante que les étoiles.

La galaxie Dragonfly 44.
La galaxie Dragonfly 44.

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Rayons gammas et trous noirs en rebond

Le satellite Fermi est dédié à l’étude des rayons gammas, c’est-à-dire des photons de très haute énergie se propageant dans l’Univers. Il a été lancé en 2008 et fonctionne encore. Il est capable de aniesurer, avec l’instrument LAT, ces rayons gammas à des énergies comprises entre 20 millions de fois et 300 milliards de fois celles de la lumière visible. Il a apporté des résultats importants pour la compréhension des phénomènes violents dans le cosmos : pulsars, quasars, microquasars, sursauts gammas, etc.

Le ciel "gamma" mesuré par Fermi
Le ciel « gamma » mesuré par Fermi

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Bon anniversaire, Carlo Rovelli !

Il y a quelques semaines, eut lieu à Marseille une conférence internationale un peu particulière. Il était en effet question à la fois de réunir les spécialistes de gravitation quantique à boucles pour discuter des dernières avancées de la théorie – comme il est d’usage dans les congrès – mais aussi de fêter le soixantième anniversaire d’une personnalité hors du commun : Carlo Rovelli.

Carlo Rovelli
Carlo Rovelli

Carlo Rovelli est d’abord un physicien exceptionnel. Il a inventé – avec Lee Smolin – la gravitation quantique à boucle qui est l’une des rares théories prometteuses tentant de concilier la relativité générale avec la physique quantique. Mais il a aussi contribué de façon notable à la mécanique quantique elle-même (surtout au niveau de l’interprétation) et à la relativité générale. Il a également lancé plusieurs directions de recherche qui se sont avérées très fructueuses. Enfin, c’est aussi un philosophe qui pense avec subtilité et lucidité sa discipline et le sens de la science en général.

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Pourquoi tester le principe d’équivalence ? Le satellite Microscope.

Le satellite Microscope a été lancé, il y a peu, par une fusée Soyouz pour tester le principe d’équivalence. Qu’est-ce que cela et pourquoi vouloir améliorer la précision d’une mise à l’épreuve de cet élément central de la physique déjà fort bien confirmé par de multiples expériences ?

Le principe d’équivalence est le constat suivant : tous les corps chutent de la même manière dans le champ gravitationnel, quelles que soient leurs masses. Il joue donc un rôle central dans la construction de la relativité général car c’est à partir de celui-ci qu’Einstein comprend que, parce que la gravité est la même pour tous, il est peut-être possible de la décrire comme une déformation de l’espace-temps – qui, précisément, nous contient tous – plutôt que comme une force agissant sur les objets.

Satellite Microcsope. Copyrigths CNES. (Illustration de D. Ducros)
Satellite Microcsope. Copyrigths CNES. (Illustration de D. Ducros)

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De la nouvelle physique, enfin !

Le 15 décembre dernier, était annoncé par le CERN une légère anomalie dans les données qui pourrait être interprétée comme une nouvelle particule. Il s’agit d’un excès de paires de photons à une énergie d’environ 750 GeV (soit 750 milliards de fois l’énergie de la lumière visible), potentiellement engendré par la désintégration d’une entité encore inconnue. Cette analyse a été menée conjointement par les deux plus grands détecteurs (ATLAS et CMS) installés sur le collisionneur de protons de 27 km de circonférence situé 100 mètres sous Terre, le LHC.

Le 17 mars, une nouvelle analyse a été présentée, en particulier par l’expérience CMS, et le signal est maintenant légèrement plus significatif.

Événement observé par l'expérience CMS
Événement observé par l’expérience CMS

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De la Vérité dans les Sciences

De la Vérité dans les Sciences est le titre de mon nouveau petit livre qui vient de sortir. C’est une modeste contribution à la question abyssale de l’articulation de la Vérité avec les différents champs cognitifs. Je tente d’y défendre un point de vue mesuré qui se distancie à la fois d’un scientisme hyper-rationaliste à mon sens naïf et d’un obscurantisme nihiliste à mon sens nocif. Il me semble que dans notre époque pétrie de certitudes, une invitation à la nuance, au doute, à la prise de recul, à la mise à distance, pour ne pas dire à la déconstruction, peut être bienvenue.

La science ne dit évidemment pas n’importe quoi. C’est indéniable et il faut le rappeler avec force. Mais tout me semble laisser penser qu’elle n’est pas non plus le dévoilement – suivant le schème de l’alètheia – de l’en-soi ultime du réel. Je tente de montrer qu’il est logiquement incohérent et éthiquement dangereux je considérer que la physique constitue l’unique vérité sur le monde. Pourtant, j’essaye d’arguer qu’elle constitue un magnifique moyen de tenter d’appréhender quelque chose de notre environnement qui dépasse nos simples fantasmes ou fantômes.

On peut voir ici une vidéo où je présente la première partie du livre sur l’excellent site « philosophies.tv ».

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L’énigme des sursauts radios se dévoile

Depuis une dizaine d’années, de mystérieux flashs sont observés dans le domaine des ondes radio. Il semble qu’ils témoignent de phénomènes cosmiques lointains libérant en un bref instant une quantité considérable d’énergie. Différents modèles ont été proposés pour expliquer leur origine. Les plus crédibles se fondent sur des objets astrophysiques bien connus. D’autres sont plus exotiques, comme celui que j’ai suggéré avec Carlo Rovelli et Francesca Vidotto (voir ici), utilisant des effets de gravitation quantique faisant rebondir les trous noirs en trous blancs.

CSIRO's Parkes radio telescope (credit: Swinburne Astronomy Productions)
CSIRO’s Parkes radio telescope (credit: Swinburne Astronomy Productions)

La nouveauté vient de ce que pour la première fois il a été possible, il y a quelques jours, d’identifier la galaxie qui hébergeait un sursaut ! Elle se trouve à 6 milliards d’années-lumière de la Terre.
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