« L’essence des mathématiques, c’est précisément leur liberté. ».
Il y a un siècle, le 6 janvier 1918, est mort d’une crise cardiaque à l’âge de 72 ans le grand mathématicien allemand Georg Cantor. Même s’il fut reconnu de son vivant comme le fondateur de la théorie des ensembles, ses dernières décennies de vie ne furent pas vraiment la gloire : il est mort dans la pauvreté, dans un hôpital psychiatrique, à Halle où il vivait, en Allemagne, soigné pour une dépression voire pour des troubles bipolaires qu’il a développés à partir de 1884.
C’est vrai qu’il fallait être un peu fou pour proposer ce qu’il a proposé : jouer avec les ensembles, jouer avec l’infini et même, avec les infinis, parler d’infinité d’infinis. Au moins, il fallait avoir une forte intuition et une idée de l’harmonie qu’il développa en jouant très bien du violon (son grand-père maternel fut un violoniste réputé et soliste dans un orchestre impérial russe). En 1896, il disait notamment : « Pour la première fois, grâce à moi, la philosophie chrétienne disposera de la vraie théorie de l’infini. La plus haute perfection de Dieu est la possibilité de créer un ensemble infini et son immense bonté conduit à le créer. ».
Cité en 1990 par Yehuda Rav (du Département de mathématique de l’Université de Paris-Orsay) dans la "Revue d’histoire des sciences" (tome 43, n°2-3) à propos d’une biographie réalisée par Walter Purkert et Hans-Joaquim Ilgauds, le mathématicien allemand Ernst Zermelo (1871-1953), qui compléta la théorie des ensembles, a écrit en 1932 : « Il est rare, dans l’histoire des sciences, qu’une discipline scientifique tout entière, d’une importance fondamentale, soit le produit du travail d’une seule personne. C’est le cas de la création de la théorie des ensembles par Georg Cantor. ».
Né le 4 mars 1845 à Saint-Pétersbourg dans une famille aisée et cultivée (un père danois luthérien, probablement d’origine hispano-portugaise, qui a fait fortune et une mère autrichienne, Maria Böhm, catholique qui s’est convertie), Georg Cantor s’installa en Allemagne en 1856 (à cause de son père malade qui avait besoin d’un climat plus clément), à Wiesbaden puis Francfort. Bon élève et excellent en mathématiques, Cantor fit ses études d’abord à l’École polytechnique de Zurich, puis à Berlin et aussi un été à Göttingen. À Berlin, ses professeurs avaient notamment pour nom Karl Weierstrass (1815-1897), Ernst Kummer (1810-1893) et Leopold Kronecker (1823-1891), ce dernier fut l’un de ses contradicteurs les plus acharnés, au point de tout faire pour lui bloquer sa carrière universitaire.
Cantor a soutenu en 1867 sa thèse de doctorat à l’Université de Berlin sur la théorie des nombres et les solutions des équations du second degré ("De aequationibus secundi gradus indeterminatis"). Après avoir "galéré" pendant quelques années (comme de nombreux jeunes docteurs de nos jours), Cantor a obtenu un poste à l’Université de Halle en 1869 et ce fut là qu’il s’est définitivement établi (il y enseigna jusqu’en 1914). Malgré sa nomination comme professeur d’université à l’âge de 34 ans (en 1879), il n’a cependant pas eu la carrière qu’il souhaitait car il voulait enseigner dans de plus prestigieuses universités comme Berlin et Göttingen. Parmi ses amis, on peut citer les mathématiciens Hermann Amandus Schwarz (1843-1921) qu’il a connu à Berlin et qui diffusa les idées de Weierstrass en Europe, Richard Dedeking (1831-1916), proche de Kummer, avec qui Cantor a eu une longue et fructueuse correspondance entre 1872 et 1889, également Gösta Mittalg-Leffler (1846-1927).
Les premiers travaux de Cantor ont porté sur l’unicité du développement des fonctions périodiques en séries de Fourier, qu’il a résolue en 1869. C’était un problème sur lequel avaient buté notamment Johann Dirichlet (1795-1859), Bernhard Riemann (1826-1866), et Edouard Heine (1821-1881) qui conseilla à Cantor de se tourner vers l’analyse après sa thèse.
Ce problème l’amena vers la notion d’ensemble infini et d’infini. Il publia ses travaux principalement sous forme d’une dizaine de publications entre 1874 et 1877 dans la prestigieuse revue scientifique de mathématiques, le Journal de Crelle (exactement : "Journal für die reine und angewandte Mathematik" fondé en 1826 à Berlin par le mathématicien August Leopold Crelle) et de six publications entre 1879 et 1884 dans "Mathematische Annalen". Trois autres importants articles furent publiés entre 1891 et 1897.
Parmi ses conclusions, l’ensemble des nombres entiers naturels et l’ensemble des nombres rationnels sont dénombrables mais l’ensemble des nombres réels n’est pas dénombrable. Il démontra ainsi plusieurs niveaux d’infini, que l’ensemble des nombres réels contenait plus d’éléments que l’ensemble des nombres entiers naturels.
En définissant une bijection entre tous les éléments de deux ensembles, il pouvait prouver que ces deux ensembles avaient le même cardinal (c’est-à-dire, le même nombre d’éléments, bien qu’il soit infini). Pire, en définissant une bijection entre une droite réelle et une surface, il démontra qu’il y avait autant de points sur un segment de droite que dans un carré ! (Galilée avait déjà remarqué qu’il y avait autant de carrés de nombres entiers naturels que de nombres entiers naturels eux-mêmes). Pareil pour un cube, un hypercube, etc. Cantor a écrit ainsi à Dedeking : « Je le vois, mais je ne le crois pas. ».
Cantor proposa le "théorème de Cantor" qui s’énonce ainsi : "le cardinal d’un ensemble E est toujours strictement inférieur au cardinal de l’ensemble de ses parties P(E), c’est-à-dire qu’il n’existe pas de bijection entre E et P(E)". Cantor l’a démontré en 1891 avec une astuce, l’argument diagonal. Ce théorème peut aussi s’imager avec le paradoxe suivant : « Soit un cahier comportant autant de pages que l’on veut. On numérote chaque page, et, sur chacune d’entre elles, on écrit un ensemble d’entiers (tous différents), de telle sorte à ne jamais écrire deux fois le même ensemble. On dit qu’un nombre N est ordinaire si l’ensemble écrit à la page N ne contient pas N ; dans le cas contraire, on dit que N est extraordinaire. Supposons que l’on ait écrit sur ce cahier tous les ensembles possibles. La question est : à quelle catégorie appartient l’entier sur la page duquel on a écrit l’ensemble des nombres ordinaires ? ».
Le site Wikipédia décrit ainsi une conséquence de ce théorème combiné avec d’autres axiomes : « Ce théorème implique qu’il existe une hiérarchie infinie d’ensembles infinis en termes de cardinalité. ». De quoi devenir un peu fou !
Le site Futura Science, quant à lui, fait le lien entre la conception paradoxale de l’infini de Cantor et le fameux paradoxe du menteur. Quand une personne dit : "Je mens", soit elle dit la vérité et alors, elle ment, donc elle ne dit pas la vérité ; soit elle ment et alors, elle ne dit pas la vérité, donc elle ne ment pas. Les deux cas sont absurdes. L’introduction de l’infini peut éviter l’autoréférencement : on prend une infinité de personnes dans un ordre donné, et chacune d’elles dit : "Au moins une personne derrière moi ment". Ce qui aboutit à la situation également paradoxale suivante. Derrière toute personne qui dit la vérité, il y a au moins un menteur, et derrière un menteur, il n’y a que des personnes qui disent la vérité. Ce qui est impossible et absurde car tout menteur doit n’être suivi que de personnes qui disent la vérité (selon l’affirmation initiale).
Voici une vidéo assez courte (avec sous-titres en français) du Dr. James Grime qui explique les différents niveaux d’infinis selon Cantor (vidéo qui a reçu plus de 5,4 millions de visiteurs en cinq ans).
Ceux qui ont plus de temps peuvent écouter l’exposé du mathématicien anglais Raymond Flood, professeur de géométrie au Gresham College de Londres, en mars 2015.
Ce fut cette capacité à concevoir, distinguer, nuancer les infinis qui suscita une très forte opposition d’un de ses enseignants et ancien mentor, Kronecker qui fit tout son possible, lui le réputé universitaire en charge des mathématiques à Berlin, pour que Cantor ne fût jamais nommé parmi ses collègues à l’Université de Berlin. Cantor n’était cependant pas rancunier car il se réconcilia avec Kronecker et lorsqu’il fut élu en 1890 à Halle à la présidence de l’Association des mathématiciens allemands (DMV, Deutsche Mathematiker-Vereinigung) qu’il a fondée (il fut son premier président de 1890 à 1893, ce qui montra son importance et son prestige ; cet organisme remet depuis 1990 la Médaille Georg-Cantor), il a proposé à Kronecker de participer à la première rencontre en septembre 1891 mais ce dernier y a renoncé pour rester auprès de son épouse mourante à la suite d’une suite d’une chute en escalade.
Cantor se démena pour structurer les communications entre mathématiciens, tant au sein de l’empire allemand qu’au niveau international. En 1897, il participa au premier congrès international des mathématiciens à Zurich. Certains orateurs y ont fait l’éloge de sa théorie des ensembles et sa reconnaissance internationale a grandi quelques années plus tard. Malgré son état dépressif, Cantor fit une communication sur les paradoxes de la théorie des ensembles lors d’une rencontre de la DMV en septembre 1903 et fut présent au congrès international des mathématiciens à Heidelberg en août 1904.
À partir de sa première dépression au printemps 1884 dont il se remit assez vite (son état dépressif a empiré lors de la mort d’un de ses six enfants, le plus jeune de ses fils, le 16 décembre 1899), Cantor préféra enseigner la philosophie aux mathématiques (à part un cours en 1885, il semblerait qu’il n’ait jamais enseigné lui-même la théorie des ensembles), voyant dans ses travaux sur l’infini, sur les nombres transfinis, et sur la théorie des ensembles beaucoup matières à "philosopher".
De plus, il perdit confiance en ses capacités à produire encore des travaux mathématiques pertinents. Cantor a eu aussi une correspondance entre 1886 et 1901 avec son ami Edmund Husserl (1859-1938), père de la phénoménologie, qu’il a connu comme collègue à Halle au début de la carrière de Husserl (qui préparait alors un doctorat de mathématiques dirigé par un élève de Weierstrass). Invité au 500e anniversaire de la création de l’Université de St Andrews, en Écosse, en septembre 1911, Cantor fit le trajet jusqu’à Londres puis repartit en Allemagne à cause de sa mauvaise santé et de celle d’un de ses enfants. Il n’a donc pas pu rencontrer le mathématicien et philosophe britannique Bertrand Russell (1872-1970) avec qui il aurait voulu parler à propos de son récent "Principia Mathematica" (publié en 1910). Russell avait été beaucoup influencé par les travaux de Cantor.
Dépassant très largement le cadre des mathématiques et même de la philosophie, Cantor participa à la vie intellectuelle du moment, correspondant avec le pape Léon XIII et enquêtant pendant une quinzaine années sur la polémique qui attribuait des œuvres de Shakespeare à Francis Bacon (1561-1626). Il portait aussi un grand intérêt aux débats sur la physique théorique et à la théologie. Baptisé protestant, de mère catholique et de grands-parents paternes juifs, Cantor s’était marié à une femme juive de naissance, ce qui expliqua que leurs enfants furent persécutés par le régime nazi.
Lors du 2e congrès international des mathématiciens réuni à Paris en août 1900, le mathématicien allemand David Hilbert (1862-1943), qui a participé à la diffusion des travaux de Cantor, proposa une liste de vingt-trois problèmes mathématiques qui domineraient les mathématiques du XXe siècle, et il plaça "l’hypothèse du continu" (formulée en 1878 par Cantor) à démontrer en première place : « Tout sous-ensemble infini des réels peut être mis en bijection avec l’ensemble des entiers naturels ou avec l’ensemble des réels lui-même. ». Autrement dit, il n’existerait aucun ensemble dont le cardinal (le nombre d’éléments) soit strictement compris entre le cardinal de l’ensemble des nombres entiers naturels et le cardinal de l’ensemble des nombres réels. Le logicien américain Paul Cohen (1934-2007), qui a obtenu la Médaille Field en 1966, démontra en 1963 que l’hypothèse du continu est indécidable : la théorie des ensembles n’engendre aucune contradiction, que cette hypothèse soit vraie ou qu’elle soit fausse. Mais la recherche se poursuit encore sur ce thème.
Avec cette communication de David Hilbert, essentielle dans l’histoire des mathématiques, les travaux de Cantor furent mis au premier rang des préoccupations des mathématiciens du XXe siècle. Et cela, de son vivant.
« La vie n’est facile pour aucun de nous. Mais quoi, il faut avoir de la persévérance, et surtout, de la confiance en soi. Il faut croire que l’on est doué pour quelque chose, et cette chose, il faut l’atteindre coûte que coûte. » (Citée par sa fille Ève dans sa biographie "Madame Curie", éd. Gallimard, 1938).
Ce mardi 7 novembre 2017 marque le centenaire de la Révolution dite d’Octobre. C’est aussi un autre anniversaire intéressant : il y a cent cinquante ans, le 7 novembre 1867, est née à Varsovie celle qui fut connue sous le nom de Marie Curie. En France et même dans le monde, Marie Curie est un véritable "monument" national (qui, soit dit en passant, démontre une fois encore l’intérêt de l’enrichissement de la communauté nationale par l’immigration). Elle est même devenue un symbole non seulement de la science "française" (je mets entre guillemets car le concept de nationalisme scientifique est très scabreux, la science est par essence mondiale car avant tout humaine), mais aussi de la "femme française" (histoire que les Français se décomplexent un peu du retard historique de la considération des femmes dans les sciences et en politique).
Tout Français a nécessairement déjà entendu parler de Marie Curie tant elle est devenue une sorte d’héroïne nationale. De manière justifiée. Le tort, sans doute, c’est qu’elle ne fut pas la seule, mais les autres ont eu moins de notoriété. Son nom est souvent associé à celui de son époux et collègue chercheur à l’université, Pierre Curie.
L’appellation "Pierre-et-Marie-Curie" fait partie de la douzaine d’appellations les plus fréquentes pour un des 67 000 établissements scolaires en France (aux côtés de "Jules-Ferry", "Victor-Hugo", "Jean-Jaurès", "Jacques-Prévert", "Louis-Pasteur", ou de noms religieux, comme "Notre-Dame", "Sainte-Marie", "Saint-Joseph", "Jeanne-d’Arc", etc.). En Pologne aussi, d’où elle fut originaire, elle a une forte notoriété. Mais la plus grande reconnaissance, c’est d’avoir laissé son nom et celui de son époux à l’Université Paris-6, qui est considérée comme la meilleure université française selon les critères du classement de Shanghai. Une promotion porte aussi le nom de Marie Curie à l’ENA (École Nationale d’administration), celle de 2012.
Née alors dans ce qui était l’Empire russe, avec une politique de russification de ce qu’est aujourd’hui la Pologne, d’un père professeur de mathématiques et de physique, Marie Sklodowka fit de brillantes études malgré le traumatisme de la mort d’une sœur et de sa mère. Elle profita du départ de sa sœur aînée qui allait faire des études de médecine en France pour l’accompagner et y suivre des études scientifiques à Paris avec le projet de revenir en Pologne.
L’annuaire statistique de la France de 1895 (volume 16), cité par Wikipédia, indique qu’en janvier 1895, à la Faculté des sciences de Paris, il y avait 27 femmes sur 776 étudiants. Elle-même y était étudiante depuis le 3 novembre 1891. Parmi ses professeurs, elle a eu Paul Painlevé (1863-1933) et Marcel Brillouin (1854-1948). Ses résultats brillants lui ont permis d’obtenir des bourses et de pouvoir rester séjourner en France : reçue première en licence de physique en juillet 1893, et reçue deuxième en licence de mathématiques en juillet 1894.
À partir de 1894, "hébergée" (professionnellement) par l’un de ses professeurs, Gabriel Lippmann (1845-1921), futur Prix Nobel de Physique en 1908 pour ses travaux sur les interférences et leurs applications à la photographie en couleurs, elle commença à travailler sur les propriétés magnétiques des aciers. Elle fut amenée à travailler avec Pierre Curie qui travaillait aussi sur le magnétisme (le ferromagnétisme et le paramagnétisme) et sur la piézoélectricité de plusieurs systèmes cristallins (effet mutuel d’une contrainte mécanique et d’un champ électrique sur un matériau) et qui venait de soutenir sa thèse de doctorat.
Pendant un an, la collaboration se passa très bien. Mais comme prévu, Marie Sklodowka retourna en Pologne pour rejoindre sa famille et enseigner les sciences (c’était son objectif lorsqu’elle alla en France : rentrer en Pologne une fois formée). Pierre Curie lui demanda de revenir en France. Ils se marièrent le 26 juillet 1895 à Sceaux et continuèrent à travailler ensemble. Lorsque leur fille Irène est née le 12 septembre 1897, Marie Curie avait alors presque 30 ans. Quant à Pierre Curie, né le 15 mai 1859, il avait 38 ans.
Reçue première à l’agrégation de mathématiques en 1896, Marie Curie laissa de côté son poste d’enseignante et préféra préparer son doctorat de physique en consacrant ses travaux de recherche aux "nouveaux" rayonnements découverts par Henri Becquerel (1852-1908) et produits par l’uranium (on les appelait alors les rayonnements "uraniques"). Dans ses expériences, elle a pu mesurer certaines grandeurs grâce à l’instrumentation qu’avait conçue son mari (basée sur l’effet piézoélectrique). Son laboratoire était assez isolé et assez sobre, avec très peu de moyens matériels : « Ce laboratoire tenait à la fois de l’étable et du hangar à pommes de terre. Si je n’y avais pas vu des appareils de chimie, j’aurais cru que l’on se moquait de moi. », avoua plus tard l’Allemand Wilhelm Ostwald (1853-1932), futur Prix Nobel de Chimie en 1909 pour ses travaux sur la catalyse.
L’un des objectifs fut de pouvoir caractériser les échantillons de matériaux sur leur capacité à ioniser l’air. Elle a ainsi pu démontrer que ces rayonnements "uraniques" étaient également produits par d’autres matériaux que l’uranium, et qu’ils étaient intrinsèques (ne dépendant pas d’autres considérations physicio-chimiques sur le matériau). Gabriel Lippmann, le directeur du laboratoire qui supervisait ces travaux, présenta cette découverte de la radioactivité (la nouvelle appellation) le 12 avril 1898 à l’Académie des Sciences. Cette date fut marquante dans l’histoire des sciences.
À partir de 1898, Pierre Curie se consacra aussi à cette découverte de la radioactivité (alors qu’avant, il n’avait participé à ces travaux que sur l’aspect caractérisation, en utilisant l’effet piézoélectrique). La petite équipe (le couple et un autre chercheur un peu plus tard) caractérisèrent de nombreux échantillons de minerais radioactifs pour rechercher les éléments radioactifs en cause.
Cela a abouti à l’isolement de deux nouveaux éléments atomiques (du tableau périodique), le polonium (annoncé le 18 juillet 1898) et le radium (annoncé le 27 décembre 1898). Le nom du "polonium" provient du pays d’origine de Marie Curie, montrant son très grand attachement à sa terre natale (qu’elle fit visiter régulièrement à ses deux filles, Irène et Ève qui est née le 6 décembre 1903). Inutile de préciser que la séparation de ces deux éléments (polonium et radium), beaucoup plus radioactifs que l’uranium, fut procédée d’une manière très dangereuse dans un "hangar" près du laboratoire, sans aucune protection...
Si les travaux des époux Curie étaient connus depuis 1898, l’année 1903 fut l’année de leur consécration. Double consécration. D’une part, une consécration universitaire, Marie Curie a soutenu sa thèse de doctorat en physique le 25 juin 1903 à Paris en présentant ses "Recherches sur les substances radioactives". D’autre part, une consécration internationale prestigieuse, Pierre et Marie Curie reçurent le 19 décembre 1903 le Prix Nobel de Physique pour la découverte de la radioactivité, en partage avec Henri Becquerel.
Marie Curie avait alors 36 ans. Cette triple récompense du Prix Nobel 1903 fut justifiée : Henri Becquerel avait "déniché" un nouveau rayonnement, Marie Curie l’avait analysé, expliqué, compris, et son mari l’avait aidée à le comprendre (par des instruments de caractérisation). Néanmoins, on pourrait imaginer que si Marie Curie n’avait pas choisi de faire d’investigation dans ce domaine, il n’y aurait pas eu de connaissances dans ce domaine à court (ou moyen) terme (à plus long terme, il aurait été en revanche sûr qu’un jour ou l’autre, un autre physicien aurait eu la même curiosité d’en savoir plus).
Notons que Marie Curie fut ainsi la première femme à être récompensée d’un Prix Nobel (qui venait d’être institué quelques années auparavant). À l’origine, elle n’aurait même pas dû figurer dans la liste des candidats lauréats, "oubliée" par l’Académie française des Sciences (ce qui aurait été profondément injuste). Pierre Curie, au courant de cet oubli par une indiscrétion inopinée, a fait pression pour que le nom de son épouse y figurât.
Cette récompense fut à l’origine de la notoriété des époux Curie et aussi de celle de la radioactivité. Alors qu’il avait un poste dans la future École Supérieure de Physique et de Chimie industrielle de Paris (ESPCI Paris, dit Physique-Chimie), Pierre Curie fut nommé professeur de physique à la Faculté des sciences de Paris en octobre 1904. Marie Curie fut nommée aussi auprès de lui en novembre 1904 et fut chargée de construire un nouveau laboratoire mieux équipé.
Le couple avait donc la reconnaissance scientifique et académique, des financements pour poursuivre leurs travaux : tout était donc bien dans le meilleur de mondes pour développer leurs recherches. Un événement tragique pourtant allait contrarier cet enthousiasme.
Le 19 avril 1906, après une réunion avec les physiciens Jean Perrin (1870-1942), futur Prix Nobel de Physique en 1926, et Paul Langevin (1872-1946), Pierre Curie alla corriger un article scientifique qu’il devait publier dans une revue scientifique. En traversant la rue Dauphine, à Paris, il tomba sur le sol mouillé et fut alors renversé et tué par une hippomobile, à l’âge de 46 ans. Au-delà de sa contribution à la découverte et à la compréhension de la radioactivité, Pierre Curie fut un acteur majeur de la physique moderne par ses travaux sur le magnétisme et sur la piézoélectricité qu'il a découverte en 1880 avec son frère Jacques Curie (1855-1941), sous la direction du chimiste Charles Friedel (1832-1899), fondateur de l'École Nationales Supérieure de Chimie de Paris en 1896, et arrière-grand-père du physicien Jacques Friedel (1921-2014).
En effet, Pierre Curie, qui avait soutenu sa thèse de doctorat en physique le 6 mars 1895 sur les propriétés magnétiques des matériaux (il proposa la "loi de Curie" avec sa fameuse "température de Curie" à partir de laquelle un matériau ferromagnétique perd son aimantation permanente et devient paramagnétique ; il avait mesuré la courbe de susceptibilité magnétique en fonction de la température de plusieurs matériaux, et la température de Curie correspond à un changement de phase magnétique, caractéristique intrinsèque du matériau), fut, comme Pierre-Gilles de Gennes (1932-2007), Prix Nobel de Physique en 1991 et directeur de l’ESPCI Paris de 1976 à 2003, un descendant direct du mathématicien et physicien bâlois Jean Bernoulli (1667-1748) et du grand industriel de Mulhouse Jean-Henri Dollfus (1724-1802), le petit-fils de ce dernier.
Cette mort prématurée provoqua évidemment un véritable traumatisme pour son épouse, 38 ans, mère de deux enfants en bas âge (8 ans et 2 ans). Mais elle a permis à prendre officiellement la "direction" des recherches alors que jusqu’alors, c’était son mari qui était véritablement honoré à l’université. Dès le 1er mai 1906, elle remplaça son mari dans l’enseignement, première femme à enseigner à la Sorbonne, et son premier cours à la rentrée universitaire suivante, le 5 novembre 1906, fut suivi par de nombreux journalistes. Elle était une star des médias. Elle fut nommée formellement professeur de physique générale et de radioactivité le 16 novembre 1908. Elle échoua à se faire élire à l’Académie française des Sciences en 1910 (face à Édouard Branly, inventeur de la radio) probablement parce qu’elle était une femme.
Considérée comme l’une des scientifiques les plus importantes du monde, elle participa aux fameux Congrès Solvay regroupant toute l’élite scientifique mondiale à l’initiative de l’industriel et chimiste belge Ernest Solvay (1838-1922). Ainsi, au premier Congrès Solvay, du 30 octobre au 3 novembre 1911 à Bruxelles, sur le thème de la théorie de la radiation et des quanta, présidé par Hendrik Lorentz (1853-1928), Prix Nobel de Physique en 1902, Marie Curie, seule femme, se retrouva assise aux côtés de prestigieux physiciens comme Albert Einstein, Jean Perrin, Marcel Brillouin, Wilhelm Wien, Henri Poincaré, Max Planck, Maurice de Broglie (frère de Louis de Broglie), Ernest Rutherford, Édouard Herzen, Arnold Sommerfeld et Paul Langevin.
Le 10 décembre 1911, elle a reçu un second Prix Nobel, de Chimie cette fois-ci, pour ses travaux sur la découverte du polonium et du radium. Ce fut la seule personne à avoir reçu deux Prix Nobel de disciplines scientifiques différentes.
Le grand laboratoire, qu’elle a conçu (l’Institut du Radium) et qui fut plus tard appelé "Institut Curie", fut décidé en 1909 et mis en service en 1914, juste avant la guerre. Il comprenait deux sections, une directement dirigée par Marie Curie sur les effets physiques et chimiques de la radioactivité et une autre sous la direction de l’Institut Pasteur pour les effets médicaux et biologiques de la radioactivité. Ce fut au siège de ce laboratoire, rue d’Ulm à Paris, que le Président François Hollande a choisi de s’incliner en hommage à Marie Curie le jour de son investiture à l’Élysée le 15 mai 2012.
Ce laboratoire fut par la suite financé par des subventions publiques et des dons voire des legs. Ce fut dans ce cadre que dans les années 1920, on commença pour traiter les cancers par radiothérapie et chirurgie. De nombreux changements statutaires, des fusions etc. ont abouti à un établissement de recherche, d‘enseignement et de soins employant 3 400 personnes de haut niveau en 2013 (budget de 350 millions d’euros) soignant plus de 13 000 patients et produisant 650 publications scientifiques chaque année issues de 80 équipes de recherche comprenant 81 nationalités différentes. Il est un modèle de recherche médicale car il permet la mise en commun des expériences des chercheurs, des médecins et des patients, ce qui facilite la définition de traitements innovants basés sur la pratique et sur la théorie.
Pendant la Première Guerre mondiale, Marie Curie utilisa son institut pour former des dizaines de radiologues et créer des unités mobiles pouvant sur rendre sur le front et radiographier les blessés pour localiser avec exactitude l’endroit de la blessure par balle ou éclat d’obus. Après la guerre, elle employa, dans son institut de recherche, sa fille Irène ainsi que des dizaines de femmes.
Hélas, la maladie prit rapidement le pas sur la grande énergie de Marie Curie consciente trop tardivement que l’exposition à la radioactivité était très nocive au corps humain. Elle a développé ainsi une leucémie qui l’emporta le 4 juillet 1934 à l’âge de 66 ans, après un séjour d’un mois dans un sanatorium savoyard.
Le Président François Mitterrand a transféré son corps ainsi que celui de Pierre Curie au Panthéon le 20 avril 1995 en présence du Président polonais Lech Walesa. Son cercueil fut placé dans une chemise en plomb pour écranter la radioactivité de son corps. Auparavant, le Président Vincent Auriol avait transféré les dépouilles des physiciens Jean Perrin et Paul Langevin au Panthéon le 17 novembre 1948. Marie Curie fut la première femme honorée au Panthéon pour son mérite personnel, la précédente femme fut Sophie Berthelot, l’épouse du chimiste Marcellin Berthelot (1827-1907) pour ne pas être séparé. Les époux Veil suivront probablement les époux Curie dans un futur proche.
La plus jeune fille de Pierre et Marie Curie, Ève Curie, fut une écrivaine, journaliste et diplomate. Elle publia la biographie de sa mère qui connut un grand succès mondial dès 1938. Résistante, elle se maria en 1954 avec l’ambassadeur américain Henry Labouisse (1904-1987) qui fut directeur exécutif de l’UNICEF de juin 1965 à décembre 1979 et qui a reçu le Prix Nobel de la Paix le 10 décembre 1965 au nom de l’UNICEF. Ève Curie est morte à l’âge de 102 ans le 22 octobre 2007 à New York.
Irène Joliot-Curie et son mari Frédéric Joliot-Curie (depuis 1926) ont eux-mêmes pris le chemin d’une carrière scientifique et universitaire prestigieuse et ont obtenu ensemble le Prix Nobel de Chimie en 1935 pour la découverte de la radioactivité artificielle. Ils ont en effet produit les premiers radioéléments artificiels, le phosphore 30 et l’azote 13, démontrés par l’existence des positons. Marie Curie a pu connaître ces découvertes avant de mourir.
Frédéric Joliot-Curie fut professeur au Collège de France et académicien, contribua à la construction du premier cyclotron français. Il déposa (avec d’autres chercheurs) le 4 mai 1939 le brevet de la bombe nucléaire. Il fut nommé directeur général du CNRS du 20 août 1944 au 3 février 1946 et fut ensuite jusqu’au 29 avril 1950 le premier haut-commissaire du CEA, révoqué à cause de son appartenance au parti communiste et remplacé par le physicien Francis Perrin (1901-1992), fils de Jean Perrin. En 1956, il prit la succession de sa femme (disparue) à la Sorbonne et à l’Institut Curie.
Notons entre parenthèses que le physicien Francis Perrin fut un très proche de responsables politiques comme Jacques Chaban-Delmas, de Maurice Bourgès-Maunoury et Félix Gaillard, du général Pierre Gallois, du physicien Yves Rocard (père de Michel Rocard), de Pierre Guillaumat, etc., ce qui a permis aux chercheurs en physique nucléaire de développer sans contrainte la bombe nucléaire malgré les instabilités politiques de la IVe République (au point que le Général De Gaulle fut tenu informé du développement des travaux même pendant sa "traversée du désert", entre 1953 et 1958).
Irène Joliot-Curie accepta de manière symbolique d’être l’une des trois premières femmes à entrer dans un gouvernement français, celui de Léon Blum, comme Sous-secrétaire d’État à la Recherche scientifique du 4 juin 1936 au 28 septembre 1936, laissant ensuite le ministère à son ami physicien Jean Perrin. Elle initia la création du CNRS. En octobre 1938, elle a presque atteint la fission du noyau d’uranium après une réaction nucléaire en chaîne. Elle fut commissaire au CEA entre 1945 et 1951 et reprit les responsabilités de sa mère tant à la Sorbonne qu’à l’Institut Curie qu’elle implanta à Orsay avec un accélérateur de particules. À partir de 1951 et chaque année jusqu’à sa mort, elle se présenta à l’Académie française des Sciences sans succès, pour protester contre la misogynie des académiciens.
Les deux époux Joliot-Curie sont morts assez jeunes, Irène à 58 ans le 17 mars 1956 à Paris, d’une leucémie aiguë à cause de son exposition à la radioactivité du polonium, et Frédéric à 58 ans aussi, le 14 août 1958 à Paris (il est né le 19 mars 1900).
Il faut aussi évoquer le fait que les familles de Marie Curie, Jean Perrin et Paul Langevin étaient très amies et passaient chaque été des vacances communes avec leurs enfants en Bretagne (à Ploubazlanec) qui suivaient les mêmes cursus. Ces familles ont été ensuite liées par des mariages d’enfants ou de petits-enfants par la suite. De la même génération que Marie Curie, l’industriel et chimiste Eugène Schueller (1881-1957), fondateur de L’Oréal et père de Liliane Bettencourt (1922-2017), ainsi que le dirigeant communiste Marcel Cachin (1869-1958), passèrent aussi leurs vacances à Ploubazlanec.
Ainsi, la fille des époux Joliot-Curie, Hélène Langevin-Joliot, née le 19 septembre 1927 (90 ans), a épousé en 1948 le physicien Michel Langevin (1926-1985), docteur en physique nucléaire et petit-fils de Paul Langevin, et est une physicienne réputée de physique nucléaire à l’Institut de physique nucléaire d’Orsay. Un de leur enfant est Yves Langevin, né le 25 juillet 1951 (66 ans), astrophysicien spécialiste de la planète Mars et ancien directeur de l’Institut d’astrophysique spatial d’Orsay.
Quant à l’autre enfant des époux Joliot-Curie, Pierre Joliot-Curie, né le 12 mars 1932 (85 ans), il est un biologiste réputé du CNRS puis de l’École Normale Supérieure, professeur honoraire au Collège de France (chaire de bioénergétique cellulaire), membre de l’Académie française des Sciences et en 1982, lauréat de la Médaille d’or du CNRS (plus grande récompense scientifique en France).
Du côté du frère de Pierre Curie, Jacques Curie, devenu professeur de minéralogie de l'Université de Montpellier, a eu trois enfants, Évelyne qui a épousé en 1935 Jacques de Hauteclocque (1901-1979), cousin du Général Philippe Leclerc (1902-1947), Madeleine (1886-1989), qui est morte plus que centenaire, et Maurice Curie (1888-1975), physicien qui travailla avec sa tante Marie Curie sur la photoluminescence et sur le radium et qui fut professeur à la Sorbonne.
Comme on le voit, il est des familles de scientifiques comme il est des familles de politiques ou d’artistes, avec les Curie, les Perrin, les Langevin, les Debré, les Jeanneney, les Joxe, les Casadesus, les Rocard (Francis Rocard, astrophysicien réputé et petit-fils d’Yves Rocard), les Friedel, les Seigner, les Vasseur, etc.
Enfin, pour terminer et pour montrer l’importance de l’école Physique-Chimie (ESPCI Paris), voici ceux qui ont été diplômés ingénieurs de cette école avec leur date de diplôme, parmi les personnes que j’ai citées dans cet article : Paul Langevin (1891), Frédéric Joliot-Curie (1923), Hélène Langevin-Joliot (1948) et Michel Langevin (1948). Parmi ceux qui ont enseigné ou qui ont réalisé des travaux de recherche au sein de cette école, on peut citer Pierre Curie et son frère Jacques Curie, Marie Curie, Paul Langevin, Irène et Frédéric Joliot-Curie, Pierre-Gilles de Gennes et Georges Charpak (1924-2010), Prix Nobel de Physique en 1992.
Je conclus par cette réflexion essentielle de Marie Curie : « Je ne crois pas (…) que l’esprit d’aventure risque de disparaître dans notre monde. Si je vois quelque chose de vital autour de moi, c’est précisément cet esprit d’aventure, qui me paraît indéracinable et s’apparente à la curiosité. Sans la curiosité de l’esprit, que serions-nous ? Telles sont bien la beauté et la noblesse de la science : désir sans fin de repousser les frontières du savoir, de traquer les secrets de la matière et de la vie sans idée préconçue des conséquences éventuelles. » (Citée par sa fille Ève dans sa biographie "Madame Curie", éd. Gallimard, 1938).
Une publication scientifique, parue le 25 septembre 2017 dans la revue "Current Biology", est en train de révolutionner l'approche médicale des patients qui sont en conscience minimale (qu'on dit improprement et irrespectueusement "en état végétatif"). On peut lire en entier la publication en question.
"Restoring consciousness with vagus nerve stimulation" by: Martina Corazzol, Guillaume Lio, Arthur Lefevre, Gianluca Deiana, Laurence Tell, Nathalie André-Obadia, Pierre Bourdillon, Marc Guenot, Michel Desmurget, Jacques Luauté, Angela Sirigu "Current Biology", Vol. 27, No. 18. (25 September 2017), pp. R994-R996 doi:10.1016/j.cub.2017.07.060
« Notre vie quotidienne est bercée par les découvertes scientifiques les plus récentes. Écouter la radio ou la télévision, prendre la voiture ou l’avion, téléphoner, communiquer, utiliser Internet ou un GPS, aller à l’hôpital, etc., nous conduit à bénéficier d’une batterie de nouveaux instruments dont nous ne pouvons plus nous passer. Par exemple, notre téléphone mobile fonctionne grâce aux applications de la mécanique quantique et de la relativité générale. Pourtant, la science est malheureusement absente de la société civile. Il est frappant de constater l’absence de scientifiques parmi les ministres, les députés, les sénateurs, les directeurs des journaux ou des moyens audiovisuels, les membres des cabinets ministériels, les capitaines d’industrie ou les acteurs des lieux de décision. Les chercheurs portent leur part de responsabilité dans cette absence d’engagement, mais ce hiatus est dommageable pour la bonne marche de notre pays et favorise nombre d’attitudes irrationnelles. Par exemple, les municipalités qui souhaitent à juste titre réduire la circulation automobile dans les villes ne devraient pas ignorer les principes de bases de la mécanique des fluides. Cela leur éviterait de prendre des décisions aberrantes qui conduisent à une augmentation des embouteillages et de la pollution. » (André Brahic, "Le Figaro Magazine", le 5 juillet 2012).
La maladie l’a terrassé le matin du dimanche de la Pentecôte, ce 15 mai 2016, à Paris. L’astrophysicien André Brahic est parti dans les étoiles à l’âge de 73 ans. Bien trop tôt. Il attendait impatiemment la fin de la mission Cassini-Huygens (prolongée jusqu’au 15 septembre 2017) pour analyser toutes les informations recueillies sur la planète Saturne (la sonde euro-américaine avait été lancée le 16 octobre 1997) et il comptait bien participer à la conception d’une nouvelle mission de lancement de sonde qui étudierait précisément les anneaux de Neptune. Pour des questions d’optimisation des distances interplanétaire, cette sonde devrait quitter la Terre en 2032 et arriver à destination en …2057, soit à ses 115 ans : « Si vous m’interviewez en 2059, je serai peut-être un peu fatigué. ».
J’ai eu la chance de l’avoir rencontré le samedi 23 février 2013 à la Sorbonne. Il participait entre autres à un forum sur les sciences organisé par la radio France Culture. Il avait débattu avec l’astrophysicien Francis Rocard, responsable de l’exploration du Système solaire au Centre national d’études spatiales (fils de Michel Rocard et petit-fils du physicien Yves Rocard), le spationaute Patrick Baudry et Violaine Sautter (médaille d’argent 2016 du CNRS), minéralogiste des roches endogènes des profondeurs du manteau terrestre à la surface martienne, sur le thème : "Curiosity sur Mars, l’Espace est-il l’avenir de l’Homme ?" et très vite, la discussion a dérivé sur la pertinence, ou pas, de faire venir des humains sur la planète Mars.
Je n’ai hélas pas retrouvé sur le Web la vidéo de ce forum mais un numéro de l’émission "C dans l’air" diffusé sur France 5 le 7 août 2012 donnait déjà quelques éclaircissement sur cette idée d’aller ou pas sur Mars.
À la Sorbonne, André Brahic avait montré la passion frétillante du scientifique qui voulait transmettre la compréhension des principaux enjeux de la science actuelle au grand public, et notamment aux citoyens. Il râlait périodiquement, et avec raison, contre l’ignorance récurrente des dirigeants politiques en France à propos de la science, et sa triste disparition en a même fait une magistrale démonstration puisque, dans un communiqué publié par l’Élysée le 15 mai 2016 à 19 heures 31, le Président de la République François Hollande s’est emmêlé dans les planètes en attribuant à André Brahic la découverte des anneaux de Saturne, anneaux découverts en fait il y a plus de quatre siècles, aperçus par Galilée en 1610 et analysée par Christiaan Huygens en 1655, puis par Robert Hooke en 1666 et par Giovanni Domenico Cassini en 1675.
En fait, André Brahic avait personnellement contribué à la découverte des anneaux de… Neptune, et pas de Saturne (le communiqué présidentiel avait aussi failli sur l’appellation des arcs que les services de l’Élysée avait confondus avec les anneaux). Pas étonnant que l’astronome avait milité (en boutade) pour que les candidats à la Présidence de la République fussent « au moins titulaires d’une thèse » !
André Brahic, astrophysicien majeur, spécialiste de la formation du Système solaire et de la dynamique des anneaux planétaires, était aussi un vulgarisateur hors pair, à l’instar d’un Hubert Reeves, très présent tant dans les médias que dans les amphithéâtres des universités où il faisait très fréquemment des conférences à destination du grand public. Sa verve l’a même parfois rendu un peu cabotin, au point même de postuler, sans succès, le 26 juin 2014 à l’Académie française, au fauteuil du Prix Nobel François Jacob.
Le découvreur
Né le 30 novembre 1942 à Paris, André Brahic a suivi ses études secondaires au lycée Voltaire de Paris puis a obtenu sa licence de mathématiques. C’est un peu par hasard qu’il est devenu astrophysicien en suivant les cours d’astronomie du passionnant Evry Schatzman, père de l’astronomie française. Après une thèse sur la formation des galaxies dirigée par le mathématicien et astrophysicien Michel Hénon, il démarra une brillante carrière universitaire.
Professeur à l’Université Paris-VII (Paris-Diderot) et directeur du Laboratoire Gamma-Gravitation au Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives de Saclay, il participa aux grandes découvertes de l’exploration spatiale de la fin du siècle dernier qui lui apporta une réputation mondiale. Il a toujours insisté pour rappeler l’importance, dans son cursus et dans sa vocation, de ses deux "parrains", Evry Schatzman et surtout Michel Hénon, et encourageait régulièrement les jeunes à aller rencontrer directement les spécialistes des disciplines qui les passionneraient.
Travaillant sur les collisions des nuages interstellaires, André Brahic a pu trouver des explications à l’aplatissement des galaxies en spirale. Il a alors testé son modèle mathématique sur la formation des anneaux de Saturne. Un travail qu’il estima au départ de quelques mois et qui n’avait que valeur de confirmation de son étude. Il voulait plutôt travailler sur les étoiles qu’il pressentait comme porteuses de bien plus d’intérêt scientifique que les planètes. En fait, il s’aperçut que le sujet était bien plus compliqué qu’il ne le croyait. Beaucoup de physiciens et de mathématiciens de réputation historique n’étaient pas parvenus à trouver des explications satisfaisantes.
André Brahic est devenu ainsi planétologue et spécialiste de la formation des anneaux planétaires. Comme peu de monde dans la communauté scientifique internationale avait étudié ce sujet, ce fut très logiquement qu’on l’appela pour participer aux missions des sondes Voyager (I et II) dans les années 1970 et 1980. Il travailla ainsi pour le prestigieux California Institute of Technology où collaboraient de grands physiciens comme le Prix Nobel Richard Feynman et surtout l’astrophysicien Carl Sagan (fondateur de l’exobiologie et grand vulgarisateur avec sa célèbre série télévisée "Cosmos" diffusée en 1980), qui fut son collègue et ami au sein de l’équipe d’imagerie des sondes Voyager au sein du Jet Propulsion Laboratory.
À cette époque, où l’instrumentation devenait de plus en plus sophistiquée, de nombreux physiciens ont pensé avec raison que l’observation de l’Espace donnerait beaucoup de compréhension aux lois de la Nature et aussi à la formation de la Terre. Mais inversement, c’est aussi grâce aux progrès récents de la physique (physique quantique et relativité générale) que les astronomes ont pu acquérir des outils très puissants.
Neptune
Le 22 juillet 1984, sur des observations de l’Observatoire de La Silla, au Chili (faites par Patrice Bouchet, Reinhold Häfner et Jean Manfroid), André Brahic démontra l’existence d’anneaux de Neptune et aussi l’existence d’arcs de matière, avec d’autres physiciens de l’Observatoire de Meudon (Bruno Sicardy et Françoise Roques) grâce à son programme d’observation d’occultation d’étoiles proposé dès 1974.
L’idée était assez simple : quand une planète passe devant une étoile, elle cache le rayonnement de cette étoile. Si la planète a des anneaux, la lumière de l’étoile est cachée avant et après le passage de la planète. Les premières observations eurent lieu le 10 mai 1981 par plusieurs équipes. Une autre occultation a eu lieu le 15 juin 1983 mais n’a apporté aucun résultat non plus.
Ainsi, une soixantaine de scientifiques qui cherchaient en vain les anneaux de Neptune désespéra et publia un article disant que Neptune n’avait pas d’anneau. André Brahic, plus persévérant, refusa de signer un tel article. Une autre équipe de chercheurs, dirigée par William B. Hubbard (avec Faith Vilas et L.-R. Elicer), a contribué, elle aussi, à la découverte de ces cinq anneaux de Neptune. Après le renoncement des autres, il ne restait en effet plus que deux équipes pour observer le 22 juillet 1984 l’interruption de signal durant 0,8 seconde seulement avant le passage de Neptune et pas après (car ils avaient observé des arcs : « détection probable d’un arc d’anneau situé à trois rayons neptuniens de la planète et qui aurait environ dix kilomètres de large »).
Ces cinq anneaux furent confirmés et même photographiés par la sonde Voyager II le 25 août 1989, lors de son survol à 29 240 kilomètres de la surface de Neptune. Rappelons que l’observation depuis la Terre, très lointaine et polluée par son atmosphère, est très différente de l’observation depuis une sonde venue au voisinage de l’astre à observer. La perspicacité d’André Brahic a contribué à sa renommée mondiale sur ce sujet.
Dans le dernier anneau, trois arcs ont également été découverts (confirmés) en 1989 et nommés par André Brahic Liberté, Égalité et Fraternité en l’honneur du Bicentenaire de la Révolution française. Un quatrième arc fut découvert par une de ses doctorantes, Cécile Ferrari (aujourd’hui professeure à l’Université Paris-VII et astrophysicienne au CEA), appelé Courage pour le C de son prénom (les quatre arcs devenant CLEF : « Leur étude est peut-être la clef de la théorie du confinement de la matière. »). Il y a quatre siècles, Johannes Kepler avait pourtant exclu l’existence d’arcs de matière.
Fort des succès des deux sondes américaines, André Brahic encouragea fortement la mise en place d’une mission euro-américaine pour lancer la sonde Cassini-Huygens et explorer encore plus précisément les astres du Système solaire, surtout Saturne (une opération qui a coûté à peu près le prix du grand accélérateur du CERN de Genève, le LHC). Il fut alors membre de l’équipe d’imagerie de Cassini à partir de 1991 (la sonde est arrivée près de Saturne le 1er juillet 2004) et avait prévu d’y rester jusqu’en 2021.
Une petite parenthèse justement concernant le coût astronomiques des programmes scientifiques. André Brahic avait coutume de dire que le retour sur investissement est encore plus élevé et rappelait que Frédéric II du Danemark avait consacréprès de 5% du PNB de son pays à la construction de l’Observatoire d’Uraniborg (le plus grand d’Europe) dont la première pierre fut posée le 8 août 1576 (l’histoire de ce grand centre de recherche fut néanmoins tragique). Cela a permis au grand astronome danois Tycho Brahe de faire ses premières observations rompant avec la pensée traditionnelle sur les astres et amorçant un véritable foisonnement de découvertes dans toute l’Europe (Kepler utilisa notamment ces données).
Le vulgarisateur
Auteur de nombreux articles et ouvrages scientifiques de référence, André Brahic fut aussi reconnu internationalement pour ses talents de vulgarisation, en recevant, en 2001, la Médaille Carl-Sagan pour l’excellence de la communication publique en planétologie (remise par l’Union américaine d’astronomie), et, en 2006, le Prix Jean-Perrin destiné à récompenser les effort pour populariser la science (remis par la Société française de physique). Parmi les précédents lauréats du Prix Jean-Perrin, on peut citer Haroun Tazieff (1975), Jean-Marc Levy-Leblond (1980), Michel Chevalet (1981), Hubert Reeves (1983), Jean-Marie Pelt (1985), Stéphane Deligeorges (1988), Jean-François Augereau (1995), Gilles Cohen-Tannoudji (1996), Étienne Klein (1997) et Marie-Odile Monchicourt (1999).
L’une des premières idées qu’avait souhaité diffuser André Brahic fut la raison de la très grande éclosion des découvertes récentes en astronomie (plus de 2 000 exoplanètes en 2016) : « Nous pouvons maintenant recevoir et interpréter toute l’information envoyée par les astres, quelle que soit la longueur d’onde du rayonnement reçu. (…) Aujourd’hui, nous ne sommes plus aveugles ni en radio, ni en ultraviolet, ni en X, ni en gamma, c’est un progrès considérable. » (1994). C’est comme si, avant, on n’entendait que le triangle, et maintenant, les cent cinquante instruments qui jouent une symphonie.
Il n’hésitait jamais à faire des digressions très instructives, comme celle-ci à propos de l’observation spatiale évoquée juste avant : « Nos deux yeux sont bien adaptés pour le visible, bon écartement des deux récepteurs pour percevoir le relief, bonne sensibilité des bâtonnets et des cônes de la rétine pour être touchés par les photons de lumière visible (de 0,4 à 0,8 micromètre de longueur d’onde). Pour percevoir avec la même sensibilité des ondes radio, il faudrait des récepteurs de 300 mètres de diamètre placés à quelques kilomètres l’un de l’autre. Un individu aussi gigantesque est irréalisable, sa masse proportionnelle au cube de sa taille serait énorme et devrait être portée par un squelette dont la résistance est proportionnelle à la section des os (donc au carré de la taille) : toutes ces contraintes permettent de calculer la taille maximale des être vivants, soit environ 50 mètres ; effectivement, les plus longs diplodocus avaient moins de 30 mètres de long. » (1994).
Vertige du très grand
L’univers est gigantesque à l’échelle humaine. C’était ce sentiment de vertige que voulait aussi transmettre André Brahic. Par exemple, le vertige des distances : la distance entre la Terre et la Lune (environ 384 000 kilomètres) est 20 000 milliards de fois plus petite que le rayon de l’univers observable.
Le vertige du temps, aussi : si un an s’était écoulé depuis le Big-Bang (qui aurait eu lieu le 1er janvier), la Voie lactée se serait formée le 1er avril. Le Système solaire serait apparu le 9 septembre. La Terre se serait formée le 14 septembre. La vie y aurait surgi le 25 septembre. Les algues seraient apparues le 9 octobre. Les microorganismes se seraient sexués le 1er novembre. La photosynthèse des plantes aurait démarré le 12 novembre. L’atmosphère se serait oxygénée le 1er décembre. Les premiers dinosaures auraient conquis les territoires le 24 décembre et les derniers auraient disparu le 28 décembre. L’homme serait apparu le 31 décembre à 22 heures 30.
Et la Renaissance en Europe aurait eu lieu une seconde avant le premier des douze coups de minuit : « L’humanité est un grain de poussière sur un grain de poussière un peu plus gros. Nous essayons de comprendre ce qu’est cet univers mais nous arrivons tard et depuis si peu de temps que nous ne pouvons avoir tout compris. Il reste à la science un immense travail à accomplir. ». Et de revenir ainsi sur le passé : « Il a fallu près de 4 000 ans à l’humanité pour qu’elle explore toute la surface de la Terre, 500 ans pour qu’elle comprenne la position de la Terre dans l’univers, un petit demi-siècle pour qu’elle commence à explorer le Système solaire par robots interposés. Tout cela n’est vraiment qu’un début. L’humanité est en enfance, il lui reste beaucoup à apprendre, il est temps de s’en occuper, priorité à la science ! » (1994).
Autre vertige, l’origine du matériau biologique : « Se rappeler que dans les matériaux des [êtres] vivants, tous les éléments autres que l’hydrogène et l’hélium ont été formés au sein d’une étoile qui n’était évidemment pas le Soleil. ».
L’origine des planètes du Système solaire n’est pas solaire : les planètes sont issues d’un disque qui se serait formé autour du Soleil au début de la formation du Soleil (c’est aujourd’hui le scénario le plu probable) : « Quand la température au centre du Soleil atteint le million de degrés, les réactions nucléaires s’engagent, la contraction s’arrête, la pression de radiation équilibrant la gravitation. Le Soleil adopte son régime de croisière, celui d’une petite étoile économe de ses réserves. À la périphérie du disque, le gaz se refroidit. (…) Dans le disque, des défauts d’homogénéité entraînent la formation de planétoïdes, fragments de toutes dimensions qui s’entrechoquent et se brisent ou s’agglomèrent. ».
La diversité est à tous les étages : « Un rêve ancien, aller sur d’autres mondes, est devenu réalité. Le Système solaire a été bien inventorié dans sa diversité (…). Retenir que la diversité des objets est la conséquence naturelle de la diversité des masses. ». Le projet Rosetta a pour but justement d’étudier ces petits astres . Plus les corps sont petits, plus ils sont « descendants directs de morceaux de la nébuleuse primitive, la comète un planétoïde du froid des confins du Système solaire, l’astéroïde un planétoïde des régions plus chaudes ». En effet, le 12 novembre 2014, le module Philae de la sonde Rosetta s’est posé sur le sol de la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko à… 510 millions de kilomètres de la Terre !
Existe-t-il de la vie extraterrestre ?
Ce qui est en quelques sortes reposant et soulageant, c’était d’entendre André Brahic se poser les seules questions qui vaillent vraiment à l’être humain : d’où venons-nous ? comment l’univers s’est-il formé ? y a-t-il des extraterrestres ? Cela rehaussait un peu le niveau de préoccupation qu’on peut avoir l’habitude d’entendre ou de lire dans les médias et la presse.
Sur les "petits bonshommes verts", André Brahic, comme tout bon scientifique, c’est-à-dire, comme toute personne rigoureuse mais aussi ouverte, n’excluait rien mais n’hésitait pas à reconnaître sa totale ignorance sur le sujet. Il ne pouvait que supposer que dans les milliards de milliards de galaxies que compte l’univers, les milliards d’étoiles que compte chaque galaxie, et les dizaines de planètes que compte chaque étoile, sans compter les galaxies qui ont disparu et celles qui vont naître, il serait quand même très étonnant que ne se soit développée la vie que sur ce petit bout de Terre, autour d’une étoile très moyenne au milieu de nulle part.
Il l’a exprimé dans ses livres et aussi dans ses nombreuses interviews, comme celle-ci dans le journal télévisé de France 2 le 27 février 2008.
Malgré sa prudence, cela ne l’empêchait quand même pas de faire un pronostic : s’il existait de la vie à proximité de la Terre (reste à définir le mot "proximité"), il a parié que l’humanité le saurait avant la fin de ce XXIe siècle car nous avons des moyens d’investigation très performants (il les comparait à l’époque de Christophe Colomb : aujourd’hui, nous ne faisons qu’envoyer des robots dans l’Espace, c’est beaucoup moins dangereux que les expéditions pour découvrir l’Amérique).
Casseur de mythes
Cet esprit à la fois indépendant et rentre-dedans n’hésitait pas à casser des mythes, comme celui de la cause antinucléaire : « Trop de radioactivité tue, mais sans elle, la vie n’existerait pas sur Terre. Grâce au nucléaire, nous pouvons soigner les cancers. Le Soleil nous fournit la chaleur de ses réactions nucléaires. (…) Il est paradoxal de voir des manifestants tenter de bloquer la progression d’un train chargé d’oxyde d’uranium tout en fumant. Alors qu’ils pensent lutter contre la radioactivité, ils inhalent volontairement du polonium radioactif introduit dans leurs cigarettes par les fabricants. La cause écologique est trop importante pour que certains la déconsidèrent par une attitude irrationnelle. » ("Le Figaro Magazine", le 5 juillet 2012).
Autre mythe, l’escroquerie astrologique : « Je recommande à mes étudiants de boycotter toutes les maisons de presse, d’édition et de moyens audiovisuels qui diffusent un horoscope, une rubrique d’astrologie ou des histoires de soucoupes volantes. Je n’ai évidemment aucun ressentiment contre ceux qui croient à ces fadaises, leur naïveté pourrait m’attendrir, mais je ne supporte pas que d’autres, qui n’y croient pas, en fassent commerce. (…) La République, qui consacre avec raison d’importantes sommes d’argent à l’éducation, ne devrait pas tolérer ces escroqueries. La pollution intellectuelle qu’elles engendrent est tout aussi dangereuse que les autres formes de pollution. » (Université de tous les savoirs, le 7 juillet 2000).
Une finalité à l’univers ? Rien du tout, affirmait André Brahic : « Dans le débat "entropie et anthropie", [certains scientifiques] arguent de la complexité croissante de l’étoile à la planète, puis de la planète à l’homme, pour suggérer que celui-ci soit bien le but de l’univers. Quelle ambition démesurée ! Quelle mégalomanie ! » (2000).
Science et démocratie
André Brahic savait distinguer ce qui devait faire partie de la démocratie et le reste : « La science, profondément, n’est pas démocratique. Aucune découverte n’a jamais été faite par le vote d’une majorité, en général, même, la majorité est contre : voyez Galilée, Darwin, Einstein, Marie Curie… Les découvreurs bousculent les idées préexistantes, ils sont souvent rejetés pour finalement être reconnus avec beaucoup de retard. Par contre, la science est nécessaire à la démocratie. Sa démarche et ses résultats sont essentiels pour l’éducation du citoyen. (…) Ne confondons pas la science et la technologie ! Développons la culture scientifique ! » ("Le Figaro Magazine").
Et de faire ainsi l’apologie de la science : « La science a pour seul but d’essayer de comprendre le monde. Elle nous apprend à raisonner. Elle nous enseigne le doute et l’humilité. Elle est un rempart contre l’obscurantisme. Elle est un moyen de lutte contre la violence, fille de l’inculture. Elle est le moyen de lutter contre le chômage en développant l’innovation. (…) Il faut apprendre aux jeunes la nature de la démarche scientifique et leur enseigner qu’elle repose sur des allers et retours permanents entre ses deux piliers : d’une part, l’observation ou l’expérience, et de l’autre, la théorie ou l’interprétation. Il faut insister sur le caractère ludique des expériences scientifiques. Il faut leur faire comprendre que la science ne permet pas de savoir ce qui est vrai, mais qu’elle nous révèle ce qui est faux. » ("Le Figaro Magazine"). Cette dernière phrase est dans la pensée de Karl Popper.
André Brahic trouvait d’ailleurs loufoque l’organisation de l’enseignement supérieur en France, entre des grandes écoles accessibles uniquement sur concours (pour raison historique, les révolutionnaires avaient créé de grandes écoles pour court-circuiter les universités tenues alors par l’Église) et des universités sans sélection : « La préparation au concours s’opérera selon la technique du foie gras avec un bourrage de crâne. Les étudiants sélectionnés sont de grande qualité, mais ces concours d’entrée récompensent essentiellement la résistance au stress, la rapidité et la puissance de travail alors que la recherche demande du temps et de la réflexion. » ("Le Figaro Magazine").
Une conférence type, celle du 17 mars 2016
Parmi les nombreuses conférences qui ont été filmées, je propose l’une des dernières (peut-être la dernière ?), à l’Université libre de Bruxelles le 17 mars 2016, où André Brahic expliquait qu’il y avait deux sciences : « La science appliquée a pour seul but de nous rendre la vie plus facile (…) [et] la science fondamentale, elle a pour seul but de comprendre le monde. » et cette dernière repose sur deux postulats : « Le monde obéit à des lois, et nous sommes capables de comprendre ces lois. ».
Certes, sa comparaison avec les photographies de personnes poilues en contre-jour sur la plage au soleil couchant n’était pas forcément du meilleur goût, mais il était comme cela, justement, André Brahic, parlant précisément de choses intéressantes et en même temps, aimant faire son petit effet de style parfois avec un peu de facilité.
Tout est possible chez les homo rigolus
Parce qu’il était devenu un homme public très écouté, André Brahic n’hésitait pas à faire plus que de la science. Il militait pour combattre « les homo tristus » pour favoriser les « homo rigolus, moins nombreux et plus utiles » et pour que le monde gagne « une petite dose d’enthousiasme et d’envie » en plus, en imaginant, forcément de façon utopique, que le programme des candidats à l’élection présidentielle se résume à trois mots : recherche, culture et éducation : « Je rêve d’un Ministère de l’Avenir ou du Long Terme où l’urgence n’occulterait pas l’important. » ("Le Figaro Magazine").
Pour "Science et Avenir", Cécile Ferrari avait exprimé son émotion en apprenant la disparition d’André Brahic : « André était une présence, une empathie, une joie, une impulsion, un futur, une force gravitationnelle, une ouverture à tous les possibles, une transmission, un don… Il visait au cœur. Ceux qui l’ont côtoyé sont porteurs, sans doute, d’une petite pépite, d’une pensée, d’un souvenir qui, à peine effleuré, les fait sourire, leur donne un nouvel élan, leur fait croire en un avenir brillant. (…) C’était un chercheur ouvert à la discussion, au débat, à la diversité. Il était hors norme, libre. C’était la vie au grand air, une vie où tout est possible. » (17 mai 2016).
Je ne résiste pas à la tentation de proposer une autre conférence, celle du 19 janvier 2012 à Supélec, à Gif-sur-Yvette, au début de laquelle André Brahic a raconté comment il avait rencontré Cécile Ferrari, à l’époque stagiaire élève-ingénieure de Supélec travaillant dans son équipe et qu’il a emmenée avec lui à Pasadena, en Californie, pour regarder en direct le survol de Neptune par Voyager II, ce qui fut une formidable opportunité pour l’étudiante. Le reste de la conférence est commune aux autres.
Quant à la radio (André Brahic y fut un excellent conteur de science), Mathieu Vidard lui a consacré un hommage dans son émission "La Tête au carré" du lundi 16 mai 2016 sur France Inter.
« Je ne considère d’aucune manière que la signification essentielle de la théorie de la relativité générale soit le fait qu’elle ait prédit des événements observables durant quelques minutes, mais plutôt la simplicité de ses fondements et sa consistance logique. » (Albert Einstein, 1930).
La théorie de la relativité générale a été proposée par le physicien Albert Einstein il y a exactement cent ans, dans un article en allemand "Die Feldgleichungen der Gravitation" publié le 25 novembre 1915 dans la revue "Sitzungsberichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften zu Berlin" (pages 844 à 847). On pourrait même imaginer qu’elle aurait un peu moins d’un siècle si elle avait voyagé à grande vitesse pendant tout ce temps !…
Le contenu de l’article a été soumis à l’Académie de Prusse des sciences de Berlin le 18 novembre 1915 avec un exposé aux académiciens le même jour.
Comme l’illustre la citation de 1930 mise en tête de l’article, Einstein avait une vision intuitive et esthétique de la science et considérait qu’une théorie devait être "propre" et "nette", ce qui n’était pas le cas, selon lui, de la physique quantique, pleine de probabilités et d’indétermination, qu’il a tenté en vain de contester au profit d’une théorie du tout. Le problème, toujours d’actualité, reste l’unification de la physique de l’infiniment grand (relativité générale) avec la physique de l’infiniment petit (physique quantique). Ce qui revient, dit en d’autres termes simplifiés, à l’introduction de la théorie quantique dans la gravitation.
La théorie de la relativité générale prenait la suite des premiers travaux d’Einstein présentés en 1905 : d’une part, la relativité restreinte (avec la limite infranchissable de la vitesse de la lumière dans le vide et l’équivalence entre masse et énergie), d’autre part, l’effet photoélectrique qui apportait un "éclairage" nouveau de la lumière et qui a donné une accélération aux développements de la physique quantique.
La relativité générale permettait de compléter la relativité restreinte dans le cas des champs gravitationnels élevés. Ce n’est donc pas une théorie sur l’espace ou sur le temps mais une nouvelle conception de la gravitation.
Trois conceptions de la gravitation
Pour faire simple, il y a aujourd’hui trois principales notions de ce qu’est la gravitation.
La première, provenant de Newton, c’est de dire que c’est une interaction (force) qui s’applique entre deux masses, l’une influençant sur l’autre en fonction de la masse et de la distance (inversement proportionnelle au carré de la distance). Cette notion est largement suffisante pour des observations à la taille humaine (lancement d’une pomme, etc.). Elle définit une équation horaire d’un corps soumis à certaines forces, qui détermine la position dans l’espace à un instant donné. J’ai utilisé le verbe "déterminer" à dessein, puisque cette mécanique newtonienne ainsi que l’électromagnétisme maxwellien furent des théories déterministes.
La deuxième conception provient d’Einstein. Elle consiste à dire que la gravitation n’est qu’une déformation de l’espace-temps. Plus les forces gravitationnelles sont élevées, plus l’espace-temps est déformé, avec l’image d’un goulot d’entonnoir. L’analogie la plus facile à imaginer, c’est de placer une bille sur un matelas mou. Plus la bille est lourde, plus le matelas se déforme (le trou dans le matelas s’appelle alors un puits gravitationnel).
Cette notion de courbures de l’univers, imaginée avec la relativité générale, a permis d’aller assez loin dans la compréhension de l’univers et de proposer quelques modèles cosmologiques intéressants : le Big Bang, l’expansion de l’univers et l’existence de trous noirs qui sont des corps à gravitation quasi-infinie, si bien que la déformation de l’espace-temps est quasi-infinie. L’expansion de l’univers ne signifie pas que les galaxies sont en mouvement les unes par rapport aux autres, même si c’est ce qu’on constate dans les mesures relatives (il n’y a pas de référentiel statique absolu), mais cela veut dire que l’univers lui-même se dilate, d’où l’hypothèse du Big Bang lorsqu’on "remonte" le temps.
Enfin, la troisième conception, purement imaginaire et vraiment hypothétique, c’est de ramener la gravitation dans le giron quantique des trois autres interactions (forte, faible, électromagnétique) avec une particule de champ qu’on a appelée graviton. Le graviton pour la gravitation est l’équivalent du photon pour l’interaction électromagnétique. Si quelques laboratoires, dont un à Milan, essaient de détecter des gravitons, pour l’instant, aucune observation expérimentale n’a pu démontrer leur existence. Celle-ci serait "géniale" dans le sens où elle montrerait que la gravitation obéirait aux mêmes modèles que les autres forces dans l’univers.
La relativité générale dans la "moulinette" de Karl Popper
Je reviens donc sur la deuxième conception de la gravitation, celle proposée par Einstein, qu’il considère donc comme simple et logique. Elle débouche sur un certain nombre de conséquences qui peuvent être testée selon les préceptes de Popper. Je rappelle la théorie de Karl Popper : une théorie n’est scientifique que si l’on est capable de prouver qu’elle est fausse. Ou pas. Plus exactement, une théorie est scientifique si et seulement si elle est réfutable.
Cette réfutabilité est le point clef de Popper qui a même cité Einstein pour se faire comprendre : « S’il avait été prouvé que l’effet ne devait pas exister dans la Nature, alors toute la théorie aurait dû être abandonnée. » (Lettre à Arthur Eddington du 15 décembre 1919). En d’autres termes, il est impossible de prouver factuellement qu’une théorie scientifique est vraie. En revanche, il faut être capable de pouvoir prouver qu’elle soit fausse : « [La Nature] ne répond jamais "oui" à une théorie. Dans le cas le plus favorable, elle dit "peut-être", le plus souvent, et de loin, elle dit simplement "non". » (1922).
Ainsi, une théorie "prédictive" permettra de savoir si elle "prédit" correctement ou pas les événements. Si elle prédit mal, la théorie est mauvaise, l’histoire s’arrête là. Si elle prédit correctement, elle n’est donc pas invalidée, ce qui ne veut pas dire qu’elle est validée pour autant puisqu’il peut y avoir un cas (non connu à ce jour) d’observation qui contredirait cette théorie. C’est le cas notamment des "trous" dans la théorie de l’électromagnétisme de Maxwell ou de la gravitation universelle de Newton. Dans ce cas, ce serait le domaine d’application qui serait en question, mais la volonté d’Einstein était justement de présenter une théorie valable pour tous les cas.
Des "prédictions" vérifiées par l’expérience
Parmi les observations qui ont consolidé la théorie de la relativité générale, il y a eu le déplacement du périhélie de Mercure qui était connu avant la relativité générale. Parce que son orbite est très excentrée, Mercure subit à chaque révolution une influence de la gravitation provenant du Soleil, et la théorie d’Einstein a permis d’expliquer un décalage angulaire que la théorie de Newton ne pouvait pas justifier. La différence entre la valeur observée et la valeur calculée avec la relativité générale a donné moins d’un dixième de secondes d’arc par siècle, ce qui est dans la marge d’indétermination des mesures.
L’observation qui a convaincu toute la communauté scientifique de l’intérêt de la relativité générale, ce fut lors de l’éclipse totale du Soleil du 29 mai 1919 au cours de laquelle l’astronome britannique Arthur Eddington a confirmé la prédiction d’Einstein par ses observations, à savoir la déviation des rayons lumineux provenant d’étoiles plus lointaines et passant près d’un champ gravitationnel élevé (le Soleil). Là, encore, Newton ne pouvait expliquer que la moitié d’une telle déviation.
D’autres résultats expérimentaux ont consolidé la relativité générale, comme le retard de signal à proximité d’un champ gravitationnel (l’effet Shapiro). Ainsi, dans le cas d’un alignement Terre, Soleil, Mars, le Soleil étant entre les deux, le signal qui provient de Mars met un temps de 250 microsecondes supplémentaires à cause du ralentissement dû à la proximité du Soleil, sur les 42 minutes qu’il faut à la lumière pour parcourir le trajet Mars-Terre.
Le décalage vers le rouge (ou vers le violet) est aussi un corollaire de la relativité générale. Dans un phénomène semblable à l’effet Doppler pour l’onde sonore, le rayon lumineux voit sa longueur d’onde modifiée à proximité d’un champ gravitationnel à cause d’une accélération ou décélération au voisinage du corps massif (augmentant ou diminuant l’énergie transportée).
L’une des expériences assez fantastiques qui a été réalisée en 1976 fut de comparer la "course" de deux horloges atomiques, l’une restée sur Terre et l’autre embarquée dans un véhicule spatial à une certaine vitesse et à une certaine altitude. De retour sur Terre, l’horloge embarquée a accusé un retard de quelques dizaines de microsecondes par rapport à celle restée sur Terre ! L’explication est qu’il y a un décalage de fréquence vers le bas (l’horloge retarde donc) quand le champ gravitationnel est plus fort (Einstein a montré l’équivalence accélération/gravitation). C’est la raison pour laquelle que les GPS doivent intégrer dans leurs calculs une correction relativiste.
Pour bien comprendre cette théorie, il faut toujours avoir à l’esprit l’invariant de la vitesse de la lumière. Malgré le décalage des signaux en présence d’un champ gravitationnel, la vitesse de la lumière reste invariante mais c’est l’espace-temps qui se courbe. Les déviations constatées ne proviennent donc pas du rayonnement mais de l’univers lui-même.
Génie d’Einstein et paternité de la relativité
Pour raisonner ainsi, et surtout, en avoir eu l’intuition, il a fallu à Einstein une très forte imagination, un anticonformisme exceptionnel et une grande capacité de synthèse, notamment en demandant de l’aide à certains mathématiciens (son ami Marcel Grossmann notamment). Certains ont eu la malhonnêteté intellectuelle de parler de plagiat concernant les théories de la relativité d’Einstein, en évoquant deux très grands mathématiciens.
Henri Poincaré avait en effet développé des équations assez proches de celles d’Einstein pour la relativité restreinte (Poincaré est mort en 1912) mais il a toujours reconnu qu’il n’en avait pas donné la portée comme Einstein. Hendrik Lorentz aussi a travaillé sur un terrain proche de la relativité restreinte. Einstein témoigna plus tard ainsi : « Il est hors de doute que si l’on jette un coup d’œil rétrospectif sur son évolution la théorie de la relativité était mûre en 1905. Lorentz avait déjà découvert, par l’analyse des équations de Maxwell, la transformation qui porte son nom. De son côté, Henri Poincaré a pénétré plus profondément dans la nature de ces relations. Quant à moi, je n’avais connaissance, à cette époque, que de l’œuvre importante de 1895 de Lorentz mais pas des travaux ultérieurs de Lorentz et, pas davantage, des recherches consécutives de Poincaré. En ce sens, mon travail de 1905 est indépendant. Ce qui est nouveau dans ce mémoire, c’est d’avoir découvert que la portée de la transformation de Lorentz dépassait sa connexion avec les équations de Maxwell et mettait en cause la nature de l’espace et du temps. Ce qui était également nouveau, c’est que l’invariance de Lorentz est une condition générale pour la théorie physique. » (les quatre équations de Maxwell décrivent les lois de l’électromagnétisme et sont d’une importance aussi fondamentale en physique que la loi de Newton).
David Hilbert avait été sollicité par Einstein quelques mois avant la publication de son article sur la relativité générale pour résoudre un problème mathématique qu’il n’arrivait pas à résoudre. Une semaine avant la publication, passionné par le sujet et plus aguerri à la recherche mathématique, Hilbert proposa une équation du champ qui était en fait la même que celle qu’Einstein avait fini par trouver par un autre cheminement. Hilbert soumit le 20 novembre 1915 à l’Académie royale des sciences de Göttingen un article contenant cette équation mais l’article de Hilbert ne fut publié qu’en avril 1916 et Hilbert avait annoté sur son manuscrit une référence aux travaux d’Einstein, ce qui n’a laissé aucun doute sur la paternité de l’équation que David Hilbert a accepté lui-même d’appeler "équation d’Einstein".
Loin des rivalités nationalistes voire racistes (les controverses contre Einstein ont aussi pris dans le terreau de l’antisémitisme de l’époque), Einstein, Planck, Poincaré, Lorentz, Hilbert et d’autres furent des collègues qui s’enrichissaient mutuellement de leurs nombreux échanges, conversations, rencontres, séminaires et correspondances, et tous étaient passionnés par leur sujet, d’autant plus que pour ceux cités, de grande réputation, ils n’avaient plus rien à prouver en terme de reconnaissance scientifique.
Trou de ver
Parmi les conséquences de la relativité générale, il y a aussi, au-delà des trous noirs (des puits gravitationnels "sans fond"), les trous de ver (appelés ainsi en décembre 1957 par les physiciens John Wheeler et Charles Misner, mais envisagés dès le 1er juillet 1935 par Einstein et Nathan Rosen), qui sont deux singularités de l’espace-temps reliées par une connexion (appelée pont d’Einstein-Rosen).
Repris en 1985 par Kip Thorne et Richard Morris à la demande de Carl Sagan pour les besoins d’un roman d’anticipation, le concept de trou de ver est une vue très optimiste des voyages dans l’Espace puisqu’il s’agirait de faire des sortes de courts-circuits dans l’espace-temps (un peu comme les raccourcis chez Ikea !) pour aller d’un endroit donné à un autre, endroit à prendre au sens de quatre dimensions, en y incluant le temps bien sûr. Stephen Hawking et Sidney Coleman ont travaillé aussi sur le sujet. En septembre 2013, des récents travaux de Juan Martin Maldacena et Leonard Susskind laissaient entendre un lien avec l’intrication quantique (que j’évoquerai peut-être plus tard).
Même si pour l’instant, le trou de ver n’est que du ressort de la science fiction, notamment parce qu’il faudrait trouver de la matière à masse négative (pas de l’antimatière mais de la masse négative pour pouvoir stabiliser un trou de ver), il reste néanmoins aujourd’hui la seule expérience de la pensée plausible pour une odyssée interstellaire très lointaine, étant donné la limite infranchissable de la vitesse de la lumière.
J’ai rendez-vous avec le professeur Micromégas sur une exoplanète de Sirius, j’attends donc avec impatience (mais sans état d’urgence) l’ouverture au grand public du premier trou de ver au centre de Paris !…
Né le 15 août 1931 à Springfield, Richard Fred Heck a défendu sa thèse de doctorat en chimie en 1954 à Los Angeles. Après des travaux à Zurich, Los Angeles et Wilmington, il enseigna au département de biochimie du Delaware de 1971 à 1989. Il a notamment travaillé sur la réaction catalysée par le palladium en synthèse organique, appelée réaction de Heck, qui permet la production de naproxène (anti-inflammatoire non stéréoïdien). Ces travaux lui ont valu le Prix Nobel de Chimie en 2010, qu'il a partagé avec Ei-ichi Negishi et Akira Suzuki.
« Déjà la physique classique nous apprenait qu’alors que le caillou est pour nous le symbole du “plein”, il est, en fait, principalement constitué de vide (le vide entre les noyaux et les électrons). Mais la non-séparabilité nous laisse entendre qu’à rigoureusement parler il n’existe même pas en qualité d’être distinct. Que son “état quantique” est “enchevêtré” (c’est le mot technique) avec celui de tout le reste de l’univers » ("Traité de physique et de philosophie", 2 avril 2002).
Les mots sont venus de Roger Balian (82 ans), son ancien collègue, membre de l'Académie des sciences, chercheur au CEA et professeur à Paris XI-Orsay, lorsqu’il fut reçu à l’Académie des sciences morales et politiques : « une pensée complexe, exhaustive, extrêmement nuancée ». Bernard d’Espagnat, physicien et l’un des rares philosophes de la physique quantique, s’est éteint le 1er août 2015 à Paris à trois semaines de ses 94 ans.
Je n’ai jamais eu l’occasion de le rencontrer mais j’aurais été ravi de l’écouter en conférence. J’avais été passionné par les idées qu’il exprimait au début des années 1980, à l’époque où une expérience qu'il avait contribué à mettre en place allait prouver physiquement l’intrication quantique, remisant l’hypothèse des variables cachées locales imaginée par Albert Einstein (1879-1955) aux oubliettes de la science. Le triomphe par chaos (et pas par K.O. !) de Niels Bohr (1885-1962) !
Pour lui rendre hommage, il est extrêmement périlleux de parler de manière pertinente de la pensée très complexe de Bernard d’Espagnat. Heureusement, il a tenu de nombreuses conférences, a écrit de nombreux ouvrages très rigoureux, très soucieux d’être intelligible, pour pouvoir efficacement diffuser ses travaux.
Au départ, Bernard d’Espagnat, né le 22 août 1921 à Fourmagnac, amoureux de la poésie, être très sensible, fut passionné par la géométrie et les sciences en général. Parce qu’il ne savait pas quoi faire, il a poursuivi ses études à l’École Polytechnique en 1942. Dès le début de son existence, il a montré qu’il n’était attiré ni par l’argent ni par le pouvoir : « Les affaires politiques sont toujours des affaires à court terme, alors que moi, je pense à long terme. » (Reuters, 17 mars 2009). Son jugement sur la société actuelle était sévère, au point d’évoquer ainsi la crise financière du 15 septembre 2008 : « C’est un symptôme de gens qui se sont trop excités sur la façon de gagner de l’argent, encore et toujours. S’ils avaient su qu’il y a des problèmes plus importants, plus fondamentaux, peut-être que les choses se seraient passées différemment. » ("La Tribune" du 5 mai 2009).
À l’X et à l’Institut Henri-Poincaré, puis au CNRS où il fut chargé puis maître de recherches (de 1947 à 1957), Bernard d’Espagnat a rencontré deux professeurs. L’un, Louis de Broglie (1892-1987), qui lui enseigna les premiers rudiments de la physique quantique (très peu diffusée en France à l’époque) par son cours d’optique électronique. Hélas, ce chercheur exceptionnel n’était pas très bavard et aucune discussion ne s’est amorcée. L’autre, Louis Leprince-Ringuet (1901-2000), a compris que son élève était passionné par la physique quantique et par sa signification philosophique. Il l’a alors introduit, d’abord auprès d’Enrico Fermi (1901-1954) à Chicago (1951 à 1952), mais ce fut une déception, aucune discussion vraiment philosophique ne fut possible car l’esprit de Fermi était tout entier dans la conception d’un nouvel accélérateur de particules, ensuite après du maître lui-même, Niels Bohr, à Copenhague (1953 à 1954), mais Bernard d’Espagnat se sentait trop jeune pour initier une réelle discussion philosophique avec le concepteur de l’interprétation de Copenhague : « Bohr était à l’époque obsédé par la dissémination de l’arme nucléaire. Il accrochait par le revers du veston tous les diplomates qui passaient par là, et qui n’y connaissaient rien. » ("La Recherche" n°298 de mai 1997).
En fait, les prédictions de la physique quantique fonctionnaient très bien et on se moquait un peu de savoir pourquoi. Ce n’était, pour la plupart des physiciens, que spéculations intellectuelles sans beaucoup d’intérêt. Ce n’était pas l’avis de Bernard d’Espagnat qui a réussi à trouver sa pleine mesure lorsqu’il a contribué à l’accélérateur du CERN (Centre d’étude et de recherche nucléaire) à Genève comme physicien théoricien (1954 à 1959). Très rapidement, il s’est investi dans la classification des particules élémentaires, et a même pressenti l’existence du quark.
Professeur à la Faculté des sciences de Paris (1959 à 1987) et chercheur à Orsay, où se trouve encore aujourd’hui l’excellence de la physique française, Bernard d’Espagnat est parvenu à faire financer une thèse pour départager de manière expérimentale Bohr et Einstein. Il était aidé de John S. Bell (1928-1990), qui avait posé son théorème et ses inégalités de la théorie des groupes en 1964 et qui avait lu avec intérêt le livre "Conceptions de la physique contemporaine" de Bernard d’Espagnat sorti en 1965. Avec de telles inégalités, il était possible de concevoir un dispositif expérimental pour savoir si les particules étaient séparables ou pas (intriquées). Bernard d’Espagnat, John Bell, Olivier Costa de Beauregard (1911-2007) et Abner Shimony (1928-2015) définirent cet essai (ce fut l’expérience d’Alain Aspect réalisée entre 1980 et 1982 à l’Institut d’optique à Orsay pour son doctorat d’État, j’y reviendrai peut-être plus tard). Or, contrairement à ce que John Bell croyait, l’expérience a donné raison à Bohr : la physique quantique ne pouvait pas décrire fidèlement la réalité, juste proposer des prédictions de phénomènes.
C’est fort de cet enseignement (à mon sens, l’un des plus grands progrès de la pensée humaine des cinquante dernières années) que Bernard d’Espagnat s’est forgé cette idée de "réalité voilée", qu’il existait bien une réalité mais qu’il était impossible de l’observer sans la bousculer.
Cette pensée donnait donc la trame d’un élément transcendant qui échapperait aux individus, qu’on pourrait appeler Dieu ou tout autre chose : « Je crois simplement à une réalité indépendante, à l’existence d’une réalité première par rapport à l’esprit humain, mais que celle-ci ne soit pas pleinement connaissable ne me chagrine pas outre mesure. Bell a été déçu, et Einstein l’aurait été. Je pense quant à moi que l’être humain a besoin d’un horizon, attirant mais inaccessible. Le réel voilé est un tel horizon, et j’admets mal que l’on me dise assoiffé de brumes et de mystères. » ("La Recherche" n°298 de mai 1997). Il l’a reformulé quelques années plus tard ainsi : « Dans mon travail, je prétends qu’on n’arrivera jamais à décrire exactement les choses telles qu’elles sont. La physique est limitée à ne décrire que ce que nous voyons. Cela laisse donc la place à de nombreuses conjectures sur ce que nous ne voyons pas. » ("La Tribune" du 5 mai 2009). Bernard d’Espagnat a donné l’exemple de l’arc-en-ciel qui existe indépendamment de tout observateur mais qui a pourtant des propriétés qui dépendent de l’observateur. Les atomes et les particules, ainsi que les galaxies et les étoiles, existeraient de la même façon.
Tout en dirigeant le Laboratoire de physique théorique et particules élémentaires de l’Université Paris XI-Orsay (1980 à 1987), Bernard d’Espagnat a enseigné la philosophie des sciences à la Sorbonne. Il a été un diffuseur des idées de Platon, de saint Augustin qui estimait que les sens nous trompent, et de Kant, idées mises à jour avec les dernières découvertes en physique quantique.
Il a été élu membre de l’Académie internationale de philosophie des sciences à Bruxelles en 1975 et membre de l’Académie des sciences morales et politiques à Paris le 25 mars 1996 dans la section Philosophie. Il a par ailleurs cofondé le Collège de Physique et de Philosophie et a également enseigné à Austin, au Texas (en 1977) et à Santa Barbara, en Californie (en 1984).
Il fut en outre le lauréat du prestigieux Prix Templeton le 13 mars 2009, pour son « exploration des implications philosophique de la physique quantique ». Ce prix, accompagné d’une somme d’argent très élevée (1,42 million de dollars), récompense "le progrès de la recherche dans le domaine des réalités spirituelles" (furent aussi lauréats notamment Mère Teresa en 1973, Frère Roger en 1974, Alexandre Soljenitsyne en 1983, Carl Friedrich von Weizsäcker, ancien Président de la République d’Allemagne, en 1989, le Dalaï-lama en 2012 et Mgr Desmond Tutu en 2013).
D’Espagnat a utilisé son prix en trois parts égales : une première pour promouvoir les études sur la théologie négative (décrire Dieu que par ce qu’il n’est pas), une deuxième pour aider les personnes sans domicile, enfin, une troisième pour adapter sa maison au handicap de son épouse qui voudrait tellement rester chez eux le plus longtemps possible. Quelques jours plus tard, il expliquait : « Le message [à faire passer à l’occasion du Prix Templeton] serait que le but dans la vie n’est pas de manger et boire, regarder la télévision, etc. Consommer n’est pas le but dans la vie. Gagner autant d’argent que possible n’est pas le vrai but dans la vie. Il y a une entité supérieure, une divinité, "le divin" comme on dit en français, qui mérite réflexion, comme le sont nos sentiments de plénitude, de respect et d’amour, si nous le pouvons. Une société sans laquelle ces sentiments son répandus serait plus raisonnable que la "société occidentale" actuelle. » (Reuters, 17 mars 2009).
Ses réflexions l’ont un peu éloigné de la communauté des physiciens qui séparaient ainsi le Bernard d’Espagnat physicien, à la rigueur scientifique incontestable, du Bernard d’Espagnat philosophe qui présentait des spéculations intellectuelles qui n’avaient rien de scientifique. Pourtant, sa rigueur intellectuelle n’a jamais pu être mise en défaut et il séparait bien les spéculations des choses prouvées : « L’un des inconvénients de la vulgarisation est de mettre sur le même pied ce qui est scientifiquement assuré et ce qui est conjectural. Pour l’heure, la matière noire est une énigme et les théories des cordes et des mondes parallèles de simples hypothèses. En revanche, le fait que la gravitation n’est qu’une déformation de l’espace-temps a été confirmé par nombre d’observations astronomiques et on peut dire que la totalité des physiciens et astrophysiciens le tiennent aujourd’hui pour assuré. » (Revue "Évangile et Liberté" n°201 d’août 2006).
Par pragmatisme, beaucoup de physiciens ignoraient les difficultés philosophiques suscitées par la physique quantique, en particulier l’immense théoricien Paul Dirac (1902-1984) qui pensait que la physique quantique ne serait qu’une étape et qu’une autre théorie la balayerait sans ce problème philosophique, mais des physiciens comme Erwin Schrödinger (1887-1961), célèbre pour avoir réalisé une expérience de la pensée avec un chat qui ne pourrait pas être à la fois mort et vivant, David Bohm (1917-1992) et Eugene Wigner (1902-1995) étaient intéressés par les conséquences philosophiques. Bernard d’Espagnat regretta d’ailleurs de ne jamais avoir rencontré Schrödinger.
Hélas pour Bernard d’Espagnat, son concept de "réalité voilée" fut très rapidement récupéré par un grand nombre de fantaisistes pour justifier leurs propres délires : « Être récupéré par des spirites ou par des aspirants à un prix du concours Lépine : Dieu ! Éloignez-moi de ce sort ! » ("Un Atome de sagesse", 1er mars 1982).
Mais sa pensée originale lui a quand même donné un petit air décalé avec son temps, ne connaissant pas la folle ronde de la mode et des médias : « On aura toujours des questions et les réponses ne seront jamais assurées. La société moderne fait fausse route en allant vers un matérialisme excessif, qui est dépassé par la science elle-même. C’est une fausse route dans laquelle sont engagés la plupart des gens et la vaste majorité des médias, en pensant que le rationalisme peut tout expliquer, et qu’on ira ainsi vers l’essence même du réel. » ("La Tribune" du 5 mai 2009).
Inlassable pédagogue et débateur, Bernard d’Espagnat avait tenu une conférence à l’Université Paris-Diderot le 22 mai 2012 (il avait alors 90 ans) sur : "Physique quantique et réalité, la réalité, c’est quoi ?" (qu’on peut retrouver en texte et vidéo ici). Inséparabilité et coïncidence, une semaine après la mort de Bernard d’Espagnat, le 8 août 2015, son collègue Abner Shimony l’a suivi dans le trépas : physicien américain spécialiste de la physique quantique et de la philosophie des sciences, il avait beaucoup travaillé sur les inégalités de Bell et sur l’intrication quantique.
Laissons à Bernard d’Espagnat le mot de la fin.
« Le réel est lointain, cela est indéniable. Question suivante : est-il physique ou non-physique ? J'entends : est-il dans sa totalité descriptible, au moins en droit, par le moyen d'une science exacte (et, de préférence, unifiée) ? La science, en d’autres termes, peut-elle viser une réalité en soi ? Peut-elle espérer devenir un jour une ontologie ou, plus précisément, l'ontologie ?
Répondront oui sans réfléchir beaucoup d'hommes de science pour qui est impensable toute réponse plus nuancée. Répondront également par l’affirmative beaucoup d'esprits qui, avec Descartes, estiment assurément que la science construit ses concepts mais qui (toujours avec Descartes, même s'ils ne le suivent pas en ses raisons) considèrent qu’en définitive ces construits décrivent ce qui est.
Cette attitude est raisonnable et naturelle et je ne l'attaque pas a priori. Mais je me penche sur la physique fondamentale telle qu’elle existe aujourd’hui, celle des atomes et des particules. Entrant dans le détail du formalisme mathématique qui la sous-tend, je le vois tout entier fondé sur les notions de "préparation des systèmes" et de "mesure des observables". J'observe que ces bases sont anthropocentriques. Je cherche si quelqu'un a réussi à les remplacer par d'autres qui ne le seraient pas. Je constate qu'aucun essai fait dans ce sens n'est convaincant. Et je pense donc pouvoir conjecturer que la physique fondamentale ne saurait décrire fidèlement une quelconque réalité en soi. En d'autres termes, le réel en soi, qui a bien un sens, est voilé : du moins je le crois. » ("Un Atome de sagesse", 1er mars 1982).
Né le 1er mai 1947 à Mexico de parents juifs polonais qui se sont ensuite installés aux États-Unis, après des études à l'Université de Princeton où il prépara son doctorat de science en 1972 sous la direction du grand physicien John A Wheeler, Jacob Bekenstein fut professeur de physique théorique à l'Université de Jérusalem et académicien après avoir travaillé à Austin, au Texas. En 1973, il proposa l'idée que les trous noirs aient une entropie particulière. La découverte par Stephen Hawking du rayonnement Hawking en 1974 a conforté l'hypothèse soulevée par Jacob Bekenstein qui a ensuite formulé le second principe de thermodynamique appliqué aux trous noirs. Il a aussi proposé des relations entre la gravitation et l'information. Il reçut le Prix Wolf en 2012 (prestigieux prix pour les physiciens) ainsi que le Prix Einstein en 2015. Ses trois enfants sont tous également des scientifiques.
Né le 23 août 1941, Michel Perrin commença comme physicien avec un doctorat de science physique. Sa rencontre avec Claude Lévi-Strauss modifia son orientation et il prépara un doctorat en ethnologie en 1973 sous la direction de Claude Lévi-Strauss, puis un autre doctoral en anthropologie en 1987 toujours sous la direction de Claude Lévi-Strauss. Il a beaucoup étudié la mythologie, le symbolisme et le chamanisme auprès de certaines populations amérindiennes d'Amérique latine avec lesquelles il a longtemps vécu (Wayuu, Kuna, Huichol, etc.). Il a enseigné à l'École des hautes études en sciences sociales (EHESS), l'École pratique des hautes études (EPHE), dans plusieurs universités parisiennes, à Neuchâtel et à Clermont-Ferrand. Ses travaux l'ont amené à faire des collaboration notamment avec Austin, au Texas, et Los Angeles. Il a dirigé une quarantaine de thèses d'ethnologie ou d'anthropologie. Il a donné des centaines de conférences en Europe et en Amérique, a publié des centaines d'articles scientifiques et une dizaine de livres scientifiques (dont "Le Chemin des Indiens morts", éd. Payot, en 1976) et a multiplié ses interventions dans les médias pour évoquer le sujet de ses recherches, notamment avec la réalisation de plusieurs films, des expositions, etc.
« Une personne qui n’a jamais commis d’erreur n’a jamais tenté d’innover. » « Si vous ne pouvez expliquer un concept à un enfant de six ans,
c’est que vous ne le comprenez pas complètement. » « J’aime penser que la lune est là même si je ne la regarde pas. »
Il y a juste soixante ans, l’un des plus grands scientifiques de l’histoire de l’humanité s’est éteint. Albert Einstein est mort d’une rupture d’anévrisme à Princeton le 18 avril 1955 à l’âge de 76 ans (né le 14 mars 1879 à Ulm). Allemand, Suisse puis Américain, il incarne la science dans tous ses mythes.
Il fait partie de ces hommes historiques qui appartiennent à toute l’humanité, un peu à l’instar d’un Gandhi ou d’autres personnalités comme Nelson Mandela et Jean-Paul II. À la fois scientifique connu hors du champ scientifique (s’il est facile pour un non historien de citer le nom d’un historien, il est beaucoup plus difficile pour un non scientifique de citer le nom d’un scientifique, sauf s’il a reçu le Prix Nobel… et encore !), connu internationalement, devenu ainsi une conscience mondiale de la science mais aussi de la politique, des droits de l’homme, du pacifisme.
Cette célébrité universelle, Einstein s’en amusait régulièrement : « Cela pourrait bien provenir du désir irréalisable pour beaucoup de comprendre quelques idées que j’ai trouvées, dans une lutte sans relâche, avec mes faibles forces. » (1934). Comme pour beaucoup de personnes célèbres, il a laissé un nombre considérable de "citations".
Loin d’être un homme idéal, il était décrit par Pierre Le Hir dans "Le Monde" du 8 juin 2005 ainsi : « Mauvais mari (…), piètre père (…), toute sa vie, il préférera ses équations, son violon, ses parties de voile et ses conquêtes féminines (…) à ses proches. ».
Fasciné par son Précis de géométrie euclidienne reçu à l’âge de 12 ans, Einstein était plutôt un mauvais élève car incapable de s’adapter à la discipline, à l’autorité et au bachotage. Trop indépendant d’esprit, trop anticonformiste. Il a réussi cependant à suivre des études scientifiques à l’École polytechnique de Zurich (de 1896 à 1900) puis a soutenu sa thèse de physique sur le mouvement brownien le 15 janvier 1906 ("Une nouvelle détermination des dimensions moléculaires").
« L’imagination est plus importante que la connaissance. La connaissance est limitée alors que l’imagination englobe le monde entier, stimule le progrès, suscite l’évolution. » ("Sur la Science")
Sa personnalité très peu conventionnelle, sa créativité, sa sensibilité (il jouait du violon dans des concerts), sa carrière hors des sentiers battus de l’excellence universitaire (il a été recruté petit employé à l’Office des brevets de Berne en juin 1902 après deux ans de situation très précaire, ce qui lui a permis de voir tout ce qui se créait pendant une certaine période), son originalité intellectuelle et sa perspicacité ont donné à Albert Einstein tous les atouts pour devenir le symbole du physicien moderne.
Qu’il fût un génie est indiscutable, qu’il fût le plus grand de sa génération, là, c’est discutable, car Niels Bohr et Paul Dirac furent, de son époque, également des pointures historiques peu égalées, si ce n’est par un James Clerk Maxwell ou un Isaac Newton. C’est-à-dire par des très grands dans l’histoire des sciences.
L’obsession d’Einstein date de son adolescence avec une chose qui le préoccupait et le fascinait : la lumière. Officiellement onde à son époque, il reprit l’idée newtonienne de particule : il montra en effet plus tard que la lumière était aussi corpusculaire (le grain de lumière se fit appeler photon) et le physicien français Louis de Broglie généralisa l’ambivalence de toute la matière entre onde et particule.
« Ce qui est incompréhensible, c’est que le monde soit compréhensible. »
Einstein commença à être connu en 1905, il y a cent dix ans, lorsqu’il publia quatre articles scientifiques majeurs dans la revue "Annalen der Physik". Il y exposa sa théorie de la relativité restreinte (dans un article de trente pages intitulé "Sur l’électrodynamique des corps en mouvement", soumis le 30 juin 1905 et publié le 26 septembre 1905). L’idée était de se demander quelle serait la vitesse constatée si le voyageur se déplaçait à la vitesse de la lumière. À l’aide d’équations assez simples (des générations d’élèves de terminales pouvaient les utiliser), il démontra que la vitesse de la lumière dans le vide (soit environ 300 000 kilomètres par seconde) était une vitesse invariante et aussi une vitesse limite qu’on ne peut pas dépasser.
Pour le proclamer, il suffisait juste de regarder la formulation des principales grandeurs (masse, énergie, etc.) auxquelles Einstein avait adjoint un coefficient, inverse de la racine carrée d’une différence, l’intérieur de la racine carrée s’annulant si la vitesse était égale à la vitesse de la lumière (division par zéro, donc valeur infinie), et si la vitesse était supérieure à la vitesse de la lumière, l’intérieur de la racine carrée serait négatif (donc, valeur complexe).
En clair, la composante relativiste rend la durée et la distance dépendante de la vitesse (dilatation du temps ou de l’espace). À la fin de sa vie, l’économiste Maurice Allais (qui fut de formation scientifique) remit en cause la relativité dans un livre considéré comme fantaisiste par les physiciens : "L’effondrement de la théorie de la relativité" (2004). Le physicien français Jean-Marc Lévy-Leblond a parlé d’un "chauvinisme polytechnicien" pour expliquer certaines oppositions (surtout françaises) aux travaux d’Einstein.
« Placez votre main sur un poêle une minute et ça vous semble durer une heure. Asseyez-vous auprès d’une jolie fille une heure et ça vous semble durer une minute. C’est ça, la relativité. »
Dans un autre article publié quelques semaines plus tard, Einstein est allé jusqu’au bout de sa théorie de la relativité restreinte en proposant une relation simple entre l’énergie et la masse, formule désormais très célèbre, connu même par ceux qui ne comprennent rien en physique : E = mc2.
Cette relation donne en fait une équivalence révolutionnaire entre l’énergie et la masse. Elle permet de mieux comprendre les réactions nucléaire (en particulier, la combustion du Soleil, fusion, et aussi la fission nucléaire) mais aussi la formation de l’Univers, au départ (appelé Big Bang), une énergie immense, qui, au fil du temps (le temps est alors créé avec la création de l’Univers), se condense (refroidit) en se transformant en matière (étoiles, planètes, comètes, etc.).
L’application de l’équivalence a donné aussi la bombe nucléaire : « Le pouvoir débridé de l’atome a tout transformé, sauf notre mode de pensée ! ». Einstein, qui avait initialement encouragé le Président Franklin Roosevelt (dans une lettre le 2 août 1939) à fabriquer la bombe nucléaire pour éviter que l’Allemagne nazie ne parvînt à la posséder avant les Alliés, regretta amèrement les deux explosion à Hiroshima et Nagasaki les 6 et 9 août 1945 : « Je crois que les anciens chinois avaient raison. Il est impossible de tirer toutes les conséquences de ses actes. ».
Cette première entrée dans le bain public de la pensée scientifique avait eu lieu au même moment que la "catastrophe ultraviolette" qui permit à Max Planck de jeter les bases de la théorie quantique. Dès l’été 1909, Einstein fut intégré dans la "communauté scientifique internationale" (il reçut de nombreuses offres d’embauche en Allemagne ou ailleurs) et fut invité pour la première fois au fameux Congrès Solvay en 1911 (où il rencontra Paul Langevin, Marie Curie, Max Planck et plein d’autres éminents collègues).
Comme pour d’autres scientifiques célèbres (la baignoire d’Archimède, la pomme de Newton, et plus tard, le chat de Schrödinger), Einstein a eu droit, lui aussi, à une expérience de la pensée pour mieux faire comprendre sa théorie de la relativité et surtout, la relativité du temps avec le paradoxe des jumeaux présenté par le physicien français Paul Langevin en 1911 à Bologne (on parle aussi des "jumeaux de Langevin", je les aurais plutôt appelés les "jumeaux d’Einstein"). L’un restant sur Terre et sédentaire, l’autre voyageant dans l’Espace à la vitesse de la lumière, et au bout de quelques décennies, le voyageur retrouve son frère vieilli de cinquante années de plus que lui. Chacun ayant pris une horloge, les deux horloges affichent des heures ou des dates différentes.
On aurait pu penser que son Prix Nobel (en 1921) fût attribué pour honorer la relativité restreinte mais non, le prix a récompensé ses travaux sur l’effet photoélectrique (publiés aussi en 1905) qui furent des éléments majeurs de la physique quantique. Il confirmait les premiers travaux de Planck sur les quanta et la nature corpusculaire de la lumière.
La théorie de la relativité restreinte était cependant inopérante dans le cas des champs gravitationnels forts qui déforment trop l’Espace-temps. En 1915, Einstein a donc élaboré la théorie de la relativité générale qui complète la précédente et qui est une nouvelle théorie de la gravitation. Contrairement aux physiciens "expérimentaux" (observent puis essaient de comprendre), Einstein partait de la théorie, du calcul, pour aboutir à des idées qui, ensuite, devaient être validées par l’observation. Or, l’une des idées les plus farfelues (pour le bon sens), c’était que le rayon de lumière d’une étoile était dévié par la masse (d’une autre étoile par exemple).
« Rien n’est plus proche du vrai que le faux. » ("Comment je vois le monde")
Ainsi, l’observation d’étoiles pouvait confirmer ou infirmer cette théorie. À cause de la Première Guerre mondiale, une expédition pour observer une éclipse du Soleil fut annulée (ce qui tombait bien car Einstein avait commis une erreur de calcul qui aurait discrédité la puissance prédictive de sa théorie). Il a pu finalement prouver la justesse de sa théorie avec l’observation de l’éclipse totale du Soleil du 29 mai 1919 grâce aux travaux de l’astronome britannique Arthur Eddington, l’un des très rares scientifiques à être capables de faire les calculs de la relativité d’Einstein (en fait, le mauvais temps avait rendu les mesures très incertaines, mais d’autres travaux avaient au même moment confirmé la théorie).
En 1917, Einstein se tourna vers la physique quantique en imaginant l’émission induite d’un atome excité par un photon, ce qui donna plus tard le maser et le laser. En 1928, le physicien britannique Paul Dirac développa une théorie mettant en relation la relativité et la physique quantique. Cela a abouti au concept de spin d’une particule (le paramètre le plus important) et, en 1932, à la prédiction de l’existence de l’antimatière (qui fut observée par la suite).
Un autre grand pan du travail scientifique d’Albert Einstein fut sa réfutation de la nature probabiliste de la physique quantique. En ce sens, il était le principal "opposant" (mais néanmoins ami) de Niels Bohr qui, lui, "menait" l’école de Copenhague (l’interprétation de Copenhague), très pragmatique, qui refusait toute spéculation philosophique pour ne regarder que ce qui fonctionnait dans la théorie quantique (et qui a donné beaucoup de applications très utiles aujourd’hui).
Or, Einstein ne se satisfaisait pas de ce pragmatisme, intellectuellement et même spirituellement : Juif mais athée en même temps (c’est parce qu’il était Juif qu’il a préféré s’exiler aux États-Unis en janvier 1933, quelques semaines avant l’arrivée au pouvoir du chef nazi Adolf Hitler : « Je passe actuellement en Allemagne pour un savant allemand et en Angleterre pour un Juif suisse. Supposons que le sort fasse de moi une bête noire, je deviendrai au contraire un Juif suisse en Allemagne, et un savant allemand en Angleterre. »), déterministe, il ne concevait pas que… selon sa célèbre formule, Dieu jouât aux dés (« Gott würfelt nicht. » énoncé au Congrès Solvay de 1927, et Bohr lui répondit : « Qui êtes-vous Albert Einstein pour dire à Dieu ce qu’il doit faire ? »).
« Il n’y a que deux façons de vivre sa vie : l’une en faisant comme si rien n’était un miracle, l’autre en faisant comme si tout était un miracle. »
Pendant plusieurs décennies, il a donc cherché une théorie qui unifierait l’ensemble des forces de la nature (aujourd’hui, la gravitation n’est pas confirmée sur le modèle quantique ; en gros, l’infiniment grand et l’infiniment petit ne sont pas conciliables par une seule et même théorie).
Ce fut d’ailleurs bien après sa disparition, grâce au mathématicien John Bell qui formula un théorème en 1964 sur la théorie des ensembles que le physicien français Alain Aspect a pu démontrer expérimentalement l’intrication quantique en 1982 et donc, qu’Einstein, sur ce sujet, avait eu tort (jusqu’à cette date, aucun dispositif expérimental n’était en mesure de départager les différents avis sur le sujet). Alain Aspect, qui a reçu il y a quelques années la Médaille d’Or du CNRS (la plus haute distinction scientifique en France) fait partie depuis plusieurs années des "nobélisables" français.
La bataille d’Einstein contre la physique quantique (pour simplifier) n’a évidemment pas été inutile, au contraire, car toutes ses remarques, ses réticences, ses questions étaient formidablement pertinentes, ses critiques extraordinairement constructives, et ont ainsi permis à la théorie, en lui apportant des réponses solides, de la renforcer (paradoxalement !), de la préciser.
« Il est plus facile de briser un atome que de briser un préjugé. »
Bien avant le début de la Seconde Guerre mondiale, Einstein était devenu également une personnalité mondiale atypique dont l’action, la pensée et surtout l’influence dépassait largement le champ scientifique.
Pacifiste, contre l’utilisation de l’énergie nucléaire à des fins militaires, il avait des mots très durs contre les armées : « Celui qui défile au pas avec plaisir, au son d’une musique, ne mérite que mon mépris. C’est par erreur qu’il a reçu un cerveau, alors que la moelle épinière lui aurait amplement suffi. » (1934).
« La politique, c’est éphémère, mais une équation est éternelle. »
En novembre 1952, le Premier Ministre israélien David Ben Gourion lui proposa de devenir le deuxième Président de l’État d’Israël pour succéder à Chaïm Weizmann qui venait de mourir. Modeste et raisonnable, et aussi déjà fatigué, Einstein déclina l’offre et le remercia par ces quelques mots : « D’abord, si je connais les lois de l’Univers, je ne connais presque rien aux êtres humains. De plus, il semble qu’un Président d’Israël doit parfois signer des choses qu’il désapprouve, et personne ne peut imaginer que je puisse faire cela. » (Lettre du 17 novembre 1952).
Au fait, Einstein, Juif, c’est surtout parce qu’on le disait ainsi, car lui n’avait pas de religion, juste une spiritualité toute personnelle, une sorte de religion cosmique. Est-ce en partie pour cela qu’en France, depuis qu’il y a Internet, des remises en cause sur l’origine de la relativité sont régulièrement émises, comme traduction parfois à finalité chauvine si ce n'est quasi-antisémite ? Pour être bien clair, bien entendu qu’Albert Einstein s’est servi des travaux du grand mathématicien (lorrain) Henri Poincaré, mais aussi du grand physicien néerlandais Hendrik Lorentz et encore des physiciens américains Albert Michelson et Edward Morley, et également du grand mathématicien allemand David Hilbert.
C’est ne rien comprendre au fonctionnement de la science que de croire qu’Einstein aurait usurpé ou plagié Poincaré (qui, lui-même, avait reconnu qu’Einstein ne l’avait pas plagié) : chaque nouvelle découverte se construit à partir des anciennes (qu’on appelle "l’état de l’art"), sinon, aucune progression ne serait possible ou alors, on réinventerait le monde plusieurs fois inutilement. Parfois, ce fut aussi le cas dans la découverte du virus du sida, une même découverte se fait parallèlement et indépendamment parce que l’époque était "mûre" (comme l’a expliqué Einstein en 1946, voir ci-dessous).
Henri Poincaré a en effet présenté à l’Académie des sciences de Paris le 5 juin 1905 les équations des transformations de Lorentz qui furent à la base de la relativité restreinte. Mais il n’a pas du tout fait la même interprétation physique qu’Einstein car Poincaré croyait à l’éther et au temps absolu alors qu’Einstein s’est fondé sur l’invariance de la vitesse de la lumière.
Néanmoins, en 1912, sur proposition du dernier récipiendaire, le physicien allemand Wilhelm Wien, Prix Nobel de Physique 1911 "pour ses travaux sur les lois du rayonnement de la chaleur", le Comité Nobel aurait pu attribuer un Prix Nobel de Physique pour la relativité aux trois chercheurs Albert Einstein, Hendrik Lorentz et Henri Poincaré mais ce dernier est mort trop tôt, le 17 juillet 1912. En octobre 1912, le Prix Nobel de Physique fut finalement attribué au physicien suédois Gustaf Dalen "pour son invention de régulateurs automatiques utilisés en parallèle avec des accumulateurs gazeux, appareils servant à illuminer les phares et les bouées".
D’ailleurs, personne n’a jamais retiré à Lorentz ni à Poincaré leur apport très important à la théorie de la relativité, même si Einstein a su le mieux la concevoir, l’exprimer et la comprendre, notamment en formulant ces deux postulats : « Toutes les lois de la physique (…) sont vraies dans tous les référentiels inertiels. » et « La vitesse de la lumière est la même dans tous les référentiels inertiels. ».
En 1946, Einstein a d’ailleurs très bien résumé l’apport des uns et des autres : « Il est hors de doute que si l’on jette un coup d’œil rétrospectif sur son évolution, la théorie de la relativité était mûre en 1905. Lorentz avait déjà découvert, par l’analyse des équations de Maxwell, la transformation qui porte son nom. De son côté, Henri Poincaré a pénétré plus profondément dans la nature de ces relations. Quant à moi, je n’avais connaissance, à cette époque, que de l’œuvre importante de 1895 de Lorentz mais non des travaux ultérieurs de Lorentz et, pas davantage, des recherches consécutives de Poincaré. En ce sens, mon travail de 1905 est indépendant. Ce qui est nouveau dans ce mémoire, c’est d’avoir découvert que la portée de la transformation de Lorentz dépassait sa connexion avec les équations de Maxwell et mettait en cause la nature de l’espace et du temps. Ce qui était également nouveau, c’est que l’invariance de Lorentz est une condition générale pour la théorie physique. ».
« Le monde est dangereux à vivre. Non pas à tant à cause de ceux qui font le mal, mais à cause de ceux qui regardent et laissent faire. »
Albert Einstein était très photogénique, sa personnalité indépendante, ses moustaches, ses cheveux mal coiffés et son attitude décontractée ont beaucoup aidé à en faire une légende. Le point culminant de cette notoriété fut sans doute le 14 mars 1951, lorsqu’il fêta son 72e anniversaire. Avec beaucoup d’insistance, Arthur Sasse, un photographe, lui demanda de sourire pour sa photo. Einstein, assez lassé par ce harcèlement, lui tira finalement la langue par esprit de contradiction. Le grand savant dédicaça au verso de la photographie : « Ce geste que vous aimerez, parce qu’il est destiné à toute l’humanité. Un civil peut se permettre de faire ce qu’aucun diplomate n’oserait. Votre auditeur loyal et reconnaissant. A. Einstein. » (1953).
Einstein commenta par la suite cette photo : « Cette pose révèle bien mon comportement. J’ai toujours eu de la difficulté à accepter l’autorité, et ici, tirer la langue à un photographe qui s’attend sûrement à une pose plus solennelle, cela signifie que l’on refuse de se prêter au jeu de la représentation, que l’on se refuse à livrer une image de soi conforme aux règles du genre. ». La photographie dédicacée a été vendue aux enchères à David Waxman au prix de quarante-cinq mille livres sterling.
« La folie est de toujours se comporter de la même manière et de s’attendre à un résultat différent. »
Après sa mort, Albert Einstein fut incinéré et ses cendres furent dispersées dans un lieu tenu secret. Néanmoins, le médecin légiste et son ophtalmologiste avaient pris soin de prélever son cerveau et ses yeux pour d’éventuelles analyses ultérieures. Thomas Harvey a ainsi affirmé que le cerveau avait un nombre plus élevé que la moyenne d’astrocytes.
Un autre médecin qui avait analysé également le cerveau, Marian Diamond, a observé lui aussi une forte proportion de ces astrocytes (ce sont cellules qui alimentent le système nerveux central en oxygène et nutriments), qui, selon lui, « occupent une place déterminante dans le développement de l’intelligence ». De plus, la zone du raisonnement abstrait aurait pris une place plus grande que la moyenne au détriment de la zone du langage (à cause de l’inclinaison du sillon latéral). La conclusion de ces observations a cependant été récemment contestée par Terence Hines (dans "Neuromythology of Einstein’s brain", Brain and Cognition, vol. 88, July 2014, pp. 21-25).
Le monde de 2015 vit encore de ces apports monumentaux d’Einstein, avec le GPS, le laser, les smartphones, les centrales nucléaires, la tomographie par émission de positrons (imagerie médicale), l’accélérateur de particules (comme le LHC au CERN de Genève), etc. (et j’oublie plein d’autres applications). S’il n’y avait pas eu Hitler ni Staline, on aurait pu dire que le XXe siècle aurait été le "Siècle d’Einstein" comme le XVIIIe siècle a été le "Siècle de Voltaire". Quant au XXIe siècle…
