Ce livre est le récit d'une aventure, celle de la théorie moderne de la gravitation, depuis ses premiers balbutiements de 1907, lorsqu'Einstein énonce sa version du principe d'équivalence, jusqu'aux premières images d'un trou noir en 2019. L'auteur évoque aussi bien les doutes, les impasses et même les erreurs des scientifiques que leurs exploits et leurs succès intellectuels et technologiques. Ces exploits ont permis, entre autres, de lever le voile sur les objets les plus monstrueux du cosmos, les trous noirs.

Les scientifiques furent des aventuriers, qui n'ont pas hésité à emprunter des chemins extraordinairement périlleux afin de tester toutes les facettes de la théorie d'Einstein de la gravitation : depuis les voyages sous les Tropiques d'Eddington et ses collaborateurs pour observer l'éclipse de Soleil de 1919 à la construction de détecteurs d'ondes gravitationnelles, en passant par le réseau mondial de télescopes capable de faire l'image d'un trou noir.

Dans un style concis et alerte, Ron Cowen nous fait vivre l'histoire de la relativité générale et de ses protagonistes, sans oublier les applications à la théorie du Big Bang et les pistes de recherches actuelles sur la gravitation quantique.

Un siècle de gravitation - De l’éclipse de 1919 à l’image d’un trou noir

En 1905, la relativité restreinte bouleverse nos conceptions de l'espace et du temps : il n'existe pas de temps universel, et une conséquence spectaculaire est le paradoxe des jumeaux vérifié quotidiennement par le système GPS. Dix années après la relativité restreinte, la relativité générale interprète la gravitation comme une propriété géométrique de l'espace-temps. Il n'existe plus d'espace absolu où l'on pourrait disposer étoiles et galaxies et l'espace-temps est déformé au voisinage d'objets astrophysiques compacts. Dans un environnement de gravité forte, le temps diffère radicalement du temps usuel et la lumière peut faire du surplace ou même se retrouver piégée.

Ce livre expose les concepts fondamentaux introduits par Einstein et il les confronte aux expériences les plus récentes en physique des particules élémentaires et en astrophysique. Le lecteur découvrira comment la relativité décrit ces objets étranges et fascinants que sont les étoiles à neutrons, les trous noirs ou les ondes gravitationnelles, et comment elle rend compte de l'histoire de l'Univers.

Extrait de la préface de Thibault Damour : « .l'exposé des théories est fait d'une façon très vivante, et en prise avec l'univers conceptuel et technologique dans lequel nous baignons tous aujourd'hui. »

Les relativités : Espace, Temps, Gravitation

Qu'est-ce que le temps ? L'écoulement du temps est-il une illusion ? Le temps a-t-il une flèche ? Peut-on voyager dans le temps ? Est-ce que le libre arbitre existe ou bien le futur est-il prédéterminé ? En s'appuyant sur les résultats les plus récents des neurosciences, ce livre expose comment on peut tenter de répondre aujourd'hui à ces questions.

Le cerveau humain est un organe complexe qui ne se contente pas de percevoir le temps, il le construit. Il fabrique notre sens de la chronologie et c'est aussi une machine à explorer le temps qui nous permet de simuler les événements passés et futurs, une faculté qui a joué un rôle déterminant dans l'évolution de l'humanité.

L'ouvrage combine neurosciences, physique et philosophie. La première partie décrit les différents types d'horloges biologiques qui permettent au cerveau de percevoir le temps. La deuxième partie est consacrée à la nature du temps et à la manière dont la physique en rend compte, en particulier dans le cadre des relativités d'Einstein. Le livre se conclut en développant les aspects psychologiques de la perception du temps et la façon dont la conscience fait le lien entre le passé et l'avenir.

Dean Buonomano est professeur de neurobiologie et de psychologie à l'Université de Californie à Los Angeles. Il mène une activité de recherche de pointe comme théoricien des neurosciences du temps. Il a écrit un livre de vulgarisation « Brain Bugs » (Les dysfonctionnements du cerveau). 

Michel Le Bellac est professeur émérite de physique à l'Université de Nice. Il a écrit de nombreux livres de physique et il est co-auteur dans cette collection de « Le temps : mesurable, réversible, insaisissable ».

Le temps des neurones - Les horloges du cerveau

Depuis l'Antiquité, la nature du temps a fasciné nombre de grands penseurs. Cet ouvrage expose ce que la physique est capable de dire aujourd'hui sur le sujet. La mesure du temps, ou plus exactement celle d'une durée, se fait grâce à des horloges atomiques dont l'exactitude peut atteindre une seconde sur plusieurs milliards d'années. Nous décrivons la façon dont s'effectue le transfert du temps qui permet la synchronisation d'horloges en différents points de la Terre ou de l'espace au milliardième de seconde près, ou même mieux. Les relativités, restreinte et générale, ont bouleversé notre conception du temps et ont un impact considérable sur certains problèmes de la vie quotidienne comme l'utilisation du GPS. On abandonne l'idée d'un temps absolu, le temps devient multiple et insaisissable, et peut-être même une illusion. Enfin la flèche du temps, ou l'irréversibilité, implique que les phénomènes physiques se déroulent toujours dans un sens déterminé, en relation avec la croissance de l'entropie. Cependant il est possible dans certaines conditions d'échapper à cette contrainte et de construire un temps réversible grâce aux miroirs à retournement temporel, dont nous décrivons les nombreuses applications pratiques.

Le temps : mesurable, réversible, insaisissable ?

Cette nouvelle édition de « Physique quantique », qui contient trois nouveaux chapitres et de nombreuses mises à jour, offre tout d'abord une approche originale permettant de traiter immédiatement et de façon simple des applications importantes comme l'atome à deux niveaux, le laser ou la résonance magnétique nucléaire. Le formalisme est ensuite développé en privilégiant l'utilisation des symétries, et les applications usuelles comme la théorie du moment angulaire, les approximations semi- classiques, la théorie de la diffusion ou la physique des atomes et des molécules sont exposées en détail. L'ouvrage accorde aussi une large place à des domaines nouveaux apparus depuis une vingtaine d'années et qui occupent aujourd'hui le devant de la scène : décohérence, cryptographie et information quantiques, refroidissement d'atomes par laser, condensats de Bose- Einstein, électrodynamique en cavité, états du champ électromagnétique..., sujets qui ne sont pas traités dans la plupart des manuels existants.

Ce livre s'adresse aux étudiants de master de physique et aux élèves des écoles d'ingénieurs. Il est également susceptible d'intéresser un large public de physiciens, chercheurs ou enseignants, qui souhaitent s'initier aux développements récents de la physique quantique. Les corrigés d'une sélection d'exercices sont disponibles ici.

« Je suis vraiment admiratif devant l'effort fait par l'auteur pour donner à son lecteur une vision si moderne et si attrayante de la physique quantique. » (Claude Cohen-Tannoudji, préface à la première édition.)
« Je ne saurais trop recommander à tous ceux que la mécanique quantique intéresse, et en premier lieu aux étudiants et à leurs enseignants, ce nouveau livre qui, à mon sens, est celui qui est le plus proche du coeur contemporain de la discipline. » (Édouard Brézin, Bulletin de la Société française de physique.)

Physique quantique (nouvelle édition)

A Short Introduction to Quantum Information and Quantum Computation

La nouvelle science de l'information quantique est destinée à occuper, dans quelques années, une place importante en informatique.
Les ordinateurs quantiques, encore de trop petite taille pour être utilisés efficacement, et la cryptographie quantique, opérationnelle depuis peu, représenteront alors une avancée décisive dans le domaine de la sécurité informatique. L'auteur de ce livre propose une introduction concise et précise, accessible pour l'essentiel aux non-spécialistes en physique, aux bases de cette nouvelle discipline.
Un ouvrage important pour la jonction entre la communauté des informaticiens et celle des spécialistes de la physique quantique. "Le livre de Michel Le Bellac est promis à un beau succès. Il sera utile à tous ceux qui souhaitent comprendre les bases de la nouvelle science en train de naître. Bon voyage dans cet univers bizarre et mystérieux... qui est celui de notre avenir." Jean-Paul Delahaye

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