Jim Al-Khalili, The World According to Physics, 2020 ✓

Jim Al-Khalili and Jim Al-Khalili , The World According to Physics, Princeton University Press , 2020, xvi + 313 pages, ISBN : 978-0-691-20167-2.

viiPreface

Jim Al-Khalili entend présenter l’état le plus actuel de la physique. Il ne taira pas certaines difficultés…

For example, down at the subatomic scale, separated particle communicate with each other instantaneously despite being far apart, in a way that violates common sense.

P. x-xi.

(De cela, il parle au troisième paragraphe du chapitre 5.)

Il entend bien cependant toujours faire clairement la différence entre ce qui est connu et ce qui reste mystérieux ou ce qui n’est que spéculation.

11 The Awe of Understanding51.1 What We Don’t Know101.2 How We Progress141.3 The Search for Simplicity242 Scale

Building on the work of the medieval Arab phyisicist Ibn al-Haytham, Galileo ‘mathematised’ physics itself.

P. 27.

352.1 Universality

On considère généralement qu’Ibn al-Haytham est le premier scientifique de l’histoire. (Les Grecs de l’époque classique étaient surtout philosophes. Ils ont indéniablement fait de la bonne mathématique, mais la mathématique, c’est un cas à part.)

La formation de la Terre est un processus et la surface a été affectée encore par des évènements divers. Admettons cependant un moment où ça commence à ressembler à un corps céleste, du centre à la surface. Considérons que c’est la naissance de la Terre (du centre comme de la surface), il y a environ 4,54 milliards d’années dit Wikipédia. Eh bien, aujourd’hui, le centre est plus jeune que la surface de deux ans et demi.

… a gravitational field will slow down the passage of time : the stronger the field, the slower time runs. This effect has the strange consequence that time ticks by ever so slightly slower in the Earth’core … than it does on the surface. This difference of age that has accumulated over the four and half billion years of our planet’s existence means that the core is in fact two and a half years younger than the crust. Put it another way, for every sixty years of Earth’ history, its core has aged one second less than its crusts.

P. 36-37.

402.2 Symmetry

Galilée, dans la lignée d’Ibn al-Haytham (ci-dessus la citation de la page 27) arrive à la conclusion que le livre de la nature est écrit dans la langue des mathématiques. On pourrait se dire que les mathématiques sont juste un outil utile que nous créons, qui se trouve nous rendre de grands services dans l’étude de la nature. Mais le théorème (1915) d’Emmy Noether (trop difficile pour moi) indiquerait que la nature est elle-même mathématique en un certain sens, comme le pressentait Galilée. (P. 42.)

442.3 Reductionism492.4 The Limits of Universality533 Space and Time573.1 How Does a Physicist Define Space and Time ?603.2 Einstein’s Special Theory713.3 Einstein’s General Theory783.4 Expansion of Space824 Energy and Matter834.1 Energy864.2 Matter and Mass904.3 The Building Blocks of Matter

… you can fit more atoms in a single glass of water than there are glass of water in all the oceans of the world.

P. 91

974.4 A Brief History of Matter and Energy1085 The Quantum World1115.1 A Quantum Mechanics Primer

The uncertainty principle puts a limit on what we can measure and observe, but many people, even physicists, are prone to misunderstanding what it means. Despite what you will find in physics textbooks, the formalism of quantum mechanics does not state that an electron cannot have a definite position and a definite speed at the same time, only that we cannot know both quantities at the same time.

A related common misunderstanding is that humans must play some kind of crucial role in quantum mechanics: that our consciousness can influence the quantum world, or even bring it to existence when we measure it. This is nonsense. Our universe, all the way down to its elementary building blocks at the quantum scale, existed long before life began on Earth — it wasn’t sitting in some fuzzy limbo state waiting for us to come along, measure it and make it real.

P. 115-116.

J’ai coupé en deux pour le discuter ce qui dans le livre n’est qu’un seul alinéa. Je l’ai fait pour pouvoir régler d’abord le compte de la deuxième partie : il me semble qu’elle ne fait plus problème que pour quelques philosophes en retard, par pour des physiciens, sauf exception rare.

Par contre, Jim Al-Khalili considère que même des physiciens se trompent sur le principe d’incertitude ; en disant que « le formalisme » ne l’exclut pas, il laisse entendre que, pour lui, un électron peut avoir une position et une vitesse définies en même temps. Je ne suis pas parmi les physiciens qui se trompent — je ne suis pas physicien du tout —, mais ça me surprend. J’ai cru comprendre que le champ commande où et quand il y a des électrons. (Lesquels apparaissent et disparaissent selon l’humeur du champ.) Si on considère la trajectoire d’ « un » électron, le champ dit qu’il y a un électron ici, puis un peu après un électron un peu plus loin et ainsi de suite. Dire que c’est la trajectoire d’ « un seul et même » électron n’a pas de sens parce que les électrons sont tous rigoureusement les mêmes, ils n’ont pas d’identité ; un électron ici puis un électron un peu plus loin, qui constituent cette trajectoire, peuvent être autres aussi bien que le même. « Le même » peut avoir apparu puis disparu, puis réapparu plus loin. Ça me donne l’impression, dans ma représentation imagée de ce champ (la théorie de ce champ n’étant pas à ma portée), que « la trajectoire » d’ « un » électron est quelque chose de tellement différent de la trajectoire d’un minuscule caillou, qu’un électron a une autre manière qu’un caillou d’avoir une position et une vitesse, qu’il y a dans le principe d’incertitude sur la position et la vitesse quelque chose de plus réel que de « ne pas pouvoir savoir ». J’étais (et je reste) tenté de penser qu’il y a là quelque chose qui est de la nature de l’électron et pas seulement de ce que nous pouvons en savoir ou pas. (Certains disent d’ailleurs principe d’indétermination, au lieu de principe d’incertitude.) Je me demande d’ailleurs si on ne pourrait pas invoquer ici quelque chose comme l’argument que Jim Al-Khalili invoque sur la conscience. Mais ce que je propose ici n’est qu’une proposition, dans les limites de ma connaissance issue d’exposés de vulgarisation. Mon argument est, avec les réserves que je viens de faire, quelque chose comme : le monde ne peut pas fonctionner sans cette indétermination ; pour fonctionner, le monde exploite cette indétermination, il en joue, il en a besoin, il en tire profit, il ne pourrait s’en passer. (Comme dans certaine machine où les ajusteurs devraient en certains points laisser « du jeu » sinon ça coince, la machine reste bloquée.) Or le monde, qui existait avant nous, ne dépend pas de ce que nous pouvons savoir ou non.

Ayant écrit ça, je vais voir le mot field dans l’index. Il n’y a pas d’entrée field dans l’index. Le problème est me semble-t-il qu’il discute cette question délicate dans une perspective de « mécanique » quantique et non de champs, auxquels il fait allusion au au chapitre 7, où il semble avoir un point de vue un peu différent de celui-ci.

1205.2 What Does it All Mean ?

Voulons-nous, en physique, avoir seulement une théorie qui nous dit ce qui va se passer (et la théorie quantique, nonobstant ce que ses côtés probabilistes pourraient faire croire, est d’une précision époustouflante) ou bien une théorie qui nous fait comprendre ce qui est ? Avoir des résultats précis et ne pas se poser de questions ontologiques, c’est comme ça que Jim Al-Khalili caractérise ((p. 121-122) l’École de Copenhague (autour de Niels Bohr). Einstein, lui, trouvait que la physique ne pouvait pas se contenter de ça, que la physique devait décrire le monde tel qu’il est. Jim Al-Khalili dit se situer en cela du côté d’Einstein (p. 130).

1315.3 Entanglement, Measurement and Decoherence

Mention (p. 136-137) des idées de David Bohm, dans le prolongement des travaux de Louis de Broglie. Mais Jim Al-Khalili, abandonne ici (p. 137) ces discussions, sur lesquelles il y a beaucoup d’autres livres.

1396 Thermodynamics and the Arrow of Time1416.1 Statistical Mechanics and Thermodynamics1526.2 A Direction to Time1546.3 Determinism and Randomness1626.4 What Then is Time ?1667 Unification1717.1 Quantum Field Theory

So, in the same way that photons are the particle-like manifestations of the electromagnetic field — lumps of pure energy at the quantum scale — so too are the localised particles of matter, such as electrons and quarks, just manifestations of their more fundamental associated quantum fields.

P. 172.

C’est ça que j’avais en tête, d’autres lectures, déjà avant d’attaquer le présent livre et d’en arriver à ce chapitre et c’est ça qui m’a dérangé dans la discussion de l’incertitude au chapitre 5. Je regrette que Jim Al-Khalili n’ait pas discuté l’incertitude (ou l’indétermination) à la lumière des champs quantiques, plutôt que d’une mécanique quantique.

1787.2 The Quest for Quantum Gravity1817.3 String Theory1857.4 Loop Quantum Gravity1928 The Future of Physics1938.1 Dark Matter2018.2 Dark Energy2058.3 Inflation and the Multiverse2198.4 Information2228.5 ER = EPR2238.6 A Crisis in Physics ?2328.7 Reasons to be Optimistic2379 The Usefulness of Physics2419.1 Where Physics, Chemistry and Biology Meet2459.2 The Quantum Revolution Continues2509.3 Quantum Computers and 21st-Century Science25910 Thinking like a Physicist25910.1 On Honesty and Doubt26810.2 On Theory and Knowledge27410.3 On Truth27710.4 Physics is Human

Acheté à la foire aux livres du festival ManiFiesta à Ostende samedi 11 septembre 2021.