Vertigineuses symétries

Anthony Zee, Michel Le Bellac

Description

Le concept de symétrie est présent dans de nombreux domaines. Ses applications vont des mathématiques aux sciences expérimentales, en passant par l’architecture. Cependant, ainsi que l’a établi la physique du XXe siècle, la symétrie, qui joue un rôle fondamental dans notre compréhension de la Nature, est parfois violée de façon énigmatique. Ce livre met à la portée du grand public les découvertes extraordinaires qui découlent de la juxtaposition de la symétrie et de l’asymétrie dans la physique contemporaine.

L’auteur retrace la passionnante histoire des physiciens qui, suivant la voie ouverte par Einstein au début du XXe siècle, se sont efforcés de révéler la beauté et la simplicité du monde qui nous entoure. Ce livre, où le respect pour l’oeuvre d’Einstein se nuance d’une touche de fantaisie, décrit l’itinéraire et les succès impressionnants de la physique du XXe et des débuts du XXIe siècles.

Sujets

• Sciences expérimentales
• Physique
• Physical attractiveness
• Science
• Physics
• Sciences et techniques

Informations

• Publié par: EDP Sciences
• Date de parution: 15 février 2018
• Nombre de lectures: 0
• EAN13: 9782759821860
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 26 Mo

Extrait

VERTIGINEUSES SYMÉTRIES La recherche de la beauté en physique contemporaine

Anthony Zee Traduction de Michel Le Bellac Préface de Roger Penrose

Collection « Une Introduction à » dirigée par Michèle Leduc et Michel Le Bellac

Vertigineuses symétries La recherche de la beauté en physique contemporaine

Anthony Zee Traduction de Michel Le Bellac Préface de Roger Penrose

17, avenue du Hoggar Parc d‘activités de Courtaboeuf, BP 112 91944 Les Ulis Cedex A, France

Dans la même collection Le nucléaire expliqué par des physiciens Bernard Bonin, préface d’É. Klein La cryptologie Philippe Guillot L’aventure du grand collisionneur LHC Daniel Denegri, Claude Guyot, Andreas Hoecker et Lydia Roos, préface de C. Rubbia Le climat : la Terre et les hommes Jean Poitou, Pascale Braconnot et Valérie MassonDelmotte, préface de J. Jouzel Aux origines de la masse : particules élémentaires et symétrie fondamentales Jean Iliopoulos, préface de F. Englert Les relativités : espace, temps, gravitation Michel Le Bellac, préface de T. Damour Le temps : mesurable, réversible, insaisissable ? Mathias Fink, Michel Le Bellac et Michèle Leduc La révolution des exoplanètes James Lequeux, Thérèse Encrenaz et Fabienne Casoli À l’orée du cosmos Alain Omont

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Authorized French translation from the English language edition, entitled “Fearful symmetry, the search for beauty in modern physics”, by A. Zee, published by Princeton University Press, 9780691173269. Copyright © 1986, Anthony Zee; Preface & Afterword © 1999, Princeton University Press; Foreword © 2007, Princeton University Press. Licensed by Princeton University Press, Princeton New Jersey, U.S.A. in conjunction with their duly appointed agent, L’Autre agence. All rights reserved. No part of this book may be reproduced or transmitted in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, recording or by any information storage and retrieval system, without permission in writing from the Publishers.

Imprimé en France ISBN (papier): 9782759821259 –ISBN (ebook): 9782759821860 ©2018, EDP Sciences , 17, avenue du Hoggar, BP 112, Parc d’activités de Courtabœuf, 91944 Les Ulis Cedex A

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Tyger ! Tyger ! burning bright In the forests of the night What immortal hand or eye Could frame thy fearful symmetry ?  William Blake

Tigre Ô Tigre ! Toi qui luis Au fond des forêts de la nuit, Quel esprit immortel sut faire Ta symétrie meurtrière ?  Traduction de A. Z. Foreman

Préface

Les manifestations de la notion de symétrie sont omniprésentes dans la culture humaine. La symétrie est aussi très souvent évidente dans la manière dont fonc tionne le monde naturel. C’est une notion suffisamment simple pour être appré hendée par un jeune enfant ; cependant elle est aussi suffisamment subtile pour jouer un rôle central dans les théories physiques les plus profondes et les plus couronnées de succès, qui décrivent le fonctionnement intime de la Nature. La symétrie est donc un concept à la fois évident et profond. La symétrie s’applique à de nombreux domaines. Certains sont purement pratiques, tels ceux utilisés en ingénierie – par exemple la symétrie bilatérale dans la conception des avions ou la symétrie dans la construction d’un pont – ou, à un niveau plus banal, dans la confection d’un mobilier élégant. Mais d’autres utilisations de la symétrie sont à l’évidence purement esthétiques et peuvent fournir un ingrédient clé soustendant la beauté sublime de diverses œuvres d’art. De plus, cela est vrai pour un large spectre de disciplines, telles que la peinture, la sculpture, la musique ou la littérature. En mathématiques, la notion de symétrie est le point de départ de vastes domaines de théories profondes, fournissant des intuitions pénétrantes avec de larges perspectives. La symétrie est aussi cruciale en cristallographie, comme elle l’est également en chimie. Il saute aussi aux yeux qu’elle est importante dans les fonctions biologiques. Des symétries superbes peuvent être trouvées en parcourant tout le domaine des plantes et des animaux, et ces symétries peuvent contribuer de plusieurs façons différentes au fonctionnement efficace d’un organisme. La symétrie bilatérale, par exemple, est pratiquement universelle chez les animaux. Cependant, elle est parfois grossièrement violée, par exemple dans la spirale enroulante d’une coquille d’escargot. Mais dans une telle coquille, nous trouvons l’émergence d’un type plus profond de symétrie, pas évident au premier abord : la symé trie par mouvement de rotation, pourvu que ce mouvement de rotation soit accompagné d’une expansion ou d’une contraction uniformes. C’est en physique fondamentale, cependant, que nous découvrons l’inter action la plus subtile entre symétrie et asymétrie car, comme la physique du

e XX siècle l’a révélé, les symétries jouent un rôle particulier dans les forces fondamentales de la Nature, rôle qui est à la fois central et parfois violé de façon énigmatique. Certaines des idées sousjacentes sont plutôt simples à appréhen der, mais d’autres sont à l’évidence nettement plus sophistiquées. Toutefois, je crois que cette sophistication incontestable ne doit pas être considérée comme un obstacle qui ne donnerait pas le droit à un public profane d’accéder à certaines de ces idées, qui déploient souvent une sorte de sublime beauté. Néanmoins, il n’est pas facile de présenter ces idées à un niveau accessible au lecteur profane, tout en maintenant intact l’intérêt du lecteur et en transmettant une compréhen sion non triviale. Le grand mérite de Tony Zee est d’avoir atteint cet objectif de façon magistrale dans son livre classique Vertigineuses symétries . La physique fondamentale est intrinsèquement difficile, et le rôle crucial des symétries est souvent subtil. En conséquence, ce rôle n’est généralement pas ex pliqué de façon suffisamment longue ou approfondie à un public profane. Dans le domaine de l’art, au contraire, il n’est en général pas difficile de produire des œuvres accessibles mettant en évidence l’utilisation des différentes propriétés des symétries, souvent grâce à l’utilisation d’images simples, et c’est aussi le cas en architecture et en ingénierie. Cela semble aussi être vrai des descriptions de biologie et des livres décrivant la beauté naturelle des substances cristallines. Il existe même de nombreux livres de vulgarisation où des formes symétriques de géométrie pure, ou bien d’autres domaines de mathématiques pures, peuvent être rendues accessibles même au lecteur sans connaissances mathématiques ap profondies. Mais il existe quelque chose de particulièrement difficile à commu niquer en ce qui concerne le rôle des symétries en physique fondamentale, en particulier parce que ce rôle est souvent très abstrait et dépend des principes hautement non intuitifs et déroutants de la physique quantique . Les exigences de la physique quantique sont en ellesmêmes difficiles à appréhender. Elles sont souvent subtiles et ont une importance particulière pour le fonctionnement de la Nature au niveau le plus profond auquel l’esprit humain a été capable de péné trer. C’est lorsque les idées de symétrie et de mécanique quantique fusionnent que nous découvrons les subtilités particulières qui sont cruciales pour notre compréhension actuelle des forces fondamentales de la Nature. Tout ce qui précède souligne les difficultés de l’entreprise de Tony Zee et ne peut que décupler notre admiration pour sa superbe réussite. Mais il a utilisé à son avantage un aspect qu’il a parfaitement su expliquer : le fait que symétrie et beauté sont étroitement liées. En mettant l’accent sur la beauté dans l’uti lisation des symétries qui soustendent nos théories modernes des forces de la Nature, plutôt que de s’appesantir sur les détails mathématiques, il a été capable de courtcircuiter la plupart des détails techniques et plusieurs des difficultés de fond qui subsistent et qui aujourd’hui font obstacle à des progrès ultérieurs.

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Préface

En fait, c’est une histoire dont nous ne connaissons pas la fin, et elle est encore parsemée d’énigmes et d’incohérences. Bien sûr, cela rend d’autant plus fasci nante l’étude des progrès qui ont été accomplis jusqu’à présent, et incitera peut être davantage de lecteurs à pénétrer de façon sérieuse ce monde merveilleux – un monde qu’ils n’auraient pas pris en considération auparavant. Et pour cela Tony Zee se révèle ici un guide merveilleux !

VERTIGINEUSES SYMÉTRIES

Roger Penrose, mars 2007

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