Reflets de la Physique n°59 sep/oct/nov 2018
Reflets de la Physique n°59 sep/oct/nov 2018
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°59 de sep/oct/nov 2018

  • Périodicité : bimestriel

  • Editeur : Société Française de Physique

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 48

  • Taille du fichier PDF : 6 Mo

  • Dans ce numéro : des gouttes qui s'éclatent.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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Notes de lecture Les Ondes gravitationnelles Nathalie De ruelle Jean-Pierre Lasota 0'111* Jacob...e. Les auteurs annoncent qu’ils vont retracer trois aventures  : celles « des expérimentateurs, des astrophysiciens et des théoriciens de la relativité générale » ; ces derniers pour extraire de nouveaux objets à partir des équations, les astrophysiciens pour convaincre de l’existence de ces objets  : trous noirs, étoiles à neutrons puis ondes gravitationnelles (O.G.), et enfin les expérimentateurs pour construire des détecteurs d’une précision étonnante capables de mesurer une variation de distance « d’un cent-millionième de fois de la taille d’un atome ». Les auteurs ne suivent pas – heureusement – un tel ordre déductif (ni inductif), mais déroulent leurs chapitres selon une succession qui mêle la chronologie et la logique de la découverte. Après avoir décrit en première partie les ingrédients de cette découverte  : signaux, instruments et institutions, on entre dans l’histoire en deuxième partie avec les « barres de Weber », puis les contributions de Rai Weiss et Ron Drever aux détecteurs interférométriques, et enfin le détecteur européen Virgo dirigé par Alain Brillet, avec les détails de l’organisation. Le chapitre 3, très intéressant à mon avis, a été consacré au risque d’artefact – et même de malveillance – au sein d’un consortium de plus de mille personnes, et à la critique socio-historique de Harry Collins (b) qui avait déjà écrit sur les expériences de Weber et de ses contemporains dans les années 1970. Collins décrit aujourd’hui dans son enquête les cinq mois passés entre la détection du premier événement et sa publication comme ayant eu « pour but de forger un consensus psychosociologique autour du fait que GW150914 (le premier et le plus intense des signaux) était bien la signature gravitationnelle de la fusion de deux trous noirs. ». Les physiciens s’efforçaient de leur côté d’évaluer techniquement le risque d’une fausse détection par des analyses statistiques sophistiquées portant sur l’éventualité d’un signal obtenu par hasard, ce qui peut comporter des biais techniques, certes, mais pas psychosociologiques. Je ne commenterai pas ici la notion de « réalités scientifiques » du coauteur (p. 45), ni les conceptions historiques de la coauteure qui suivent en troisième partie (ch. 10 et 11), avec la délicate question du vide et de l’éther entre le 17 e et le 19 e siècle, les 46 Reflets de la Physique n°59 Les Ondes gravitationnelles Nathalie Deruelle et Jean-Pierre Lasota (Odile Jacob, collection Sciences, 2018, 336 p., 25  € ) Ce livre est écrit par deux théoriciens spécialistes de la relativité générale (R.G.). L’une a publié plusieurs fois sur le sujet et l’autre – qui a étudié les pulsars et les trous noirs – a participé comme représentant de l’INSU (a) à la gestion du détecteur européen Virgo entre 1994 et 2000. Cet ouvrage comporte des notes et un index, mais malheureusement pas de bibliographie. équations de Maxwell et la relativité restreinte qui s’ensuit en 1905. L’une comme les autres ont le mérite d’être clairement exprimées. Le chapitre 12, très bien fait me semble-t-il, explique pourquoi on parlera de perturbation de l’espace au passage de l’onde gravitationnelle plutôt que de déplacement des miroirs sous l’effet d’une force, en conséquence du principe d’équivalence et de sa mise en forme par Einstein en 1915 dans sa Relativité générale, et de l’absence de tout repère absolu. De façon générale, les auteurs affrontent courageusement la difficulté – propre au traitement de la gravitation par une courbure géométrique – des mesures des distances ainsi que des énergies gravitationnelles (voir ch. 16). « Einstein ne croyait pas aux trous noirs. Il aurait dû », annonce le titre du chapitre 14 ; il avait douté également de la réalité des O.G. en raison des difficultés de définition de l’énergie en relativité générale, et c’est Heinrich Brinckmannqui a, en 1925, démontré l’existence d’ondes planes dans le système complet des équations non linéaires de la R.G. (c). L’histoire passionnante du concept d’« horizon » met en lumière l’introduction de la constante cosmologique par Einstein en 1917 en réaction à la solution de Schwarzschild, puis les modèles cosmologiques de De Sitter, mais aussi les rôles d’Herman Weyl, Félix Klein, puis de Georges Lemaitre, jusqu’à l’article d’Oppenheimer et Snyder en 1939. À partir de là interviennent les équations d’état des étoiles, et donc l’astrophysique qui est l’objet de la quatrième partie du livre. Les étoiles meurent et peuvent se transformer en étoiles à neutrons, pulsars ou trous noirs qui, s’ils se trouvent sous forme de systèmes doubles, forment la plupart des sources de rayonnement gravitationnel. La cinquième et dernière partie traite des O.G.comme nouvelle astronomie. « Lire le ciel avec une théorie » évoque, de plus, le test que constitue cette nouvelle façon d’observer les astres pour la théorie d’Einstein. Les deux derniers chapitres décrivent l’épopée de l’établissement de la forme prévue pour le signal à détecter lors de la coalescence de deux astres compacts, depuis les années 1980, à partir du moment où il a été bien établi – quoique difficilement – que les ondes prévues théoriquement devaient vraiment transporter
de l’énergie. Il s’agit d’astuces dans le choix des coordonnées et des bonnes variables. Cette partie aurait dû être mieux synthétisée par les auteurs, car le signal qu’ils veulent transmettre se perd un peu dans le bruit des péripéties de la recherche internationale ! Mais c’est sans doute trop proche pour être éclairci et objectivé. Je conseille vraiment la lecture de ce livre, qui aborde tout ce qui concerne les ondes gravitationnelles  : histoire et actualité, qui contient une abondante documentation, avec des qualités techniques et didactiques certaines. Les deux auteurs se complètent bien et chacun est passionnant à sa manière. S’ils ont pris évidemment des risques en abordant tous ces aspects à la fois, en simplifiant trop l’histoire lointaine ou certaines explications théoriques, en se perdant au contraire dans une histoire trop récente, ils ont réussi à démêler pour nous un certain nombre de questions enchevêtrées. Je le recommande donc, pour le grand plaisir que j’ai eu à le lire, comme un roman. Christiane Vilain Laboratoire SPHERE, Université Paris 7 (a) INSU  : Institut National des Sciences de l’Univers du CNRS. (b) Je précise que cet historien de la physique a participé au « Programme empirique du relativisme » (au sens du relativisme en philosophie des sciences et non de celui de la physique !) , proche de l’école d’Edimbourg fondée par David Bloor, dont le but était de reconduire les énoncés scientifiques à leur production sociale et culturelle, et leur adoption comme « vrais » à un consensus ; ce qui ne peut que choquer les physiciens en effet. Il ne s’agit pourtant que d’une approche méthodologique sans jugement sur l’efficacité technique, pratique ou prédictive des résultats, mais seulement sur leur interprétation explicative causale, laquelle est soumise à des biais psychologiques ou socioculturels, voire à des rapports de force. (c) Même si l’existence d’ondes semble naturelle pour tout phénomène dont les variations se propagent à vitesse finie, l’existence même des ondes de gravitation n’était pas prouvée de façon exacte par Einstein qui avait dû linéariser ses équations pour mettre en évidence une propagation d’ondes. La non-linéarité du système aurait bien pu les « absorber », et il fallait revoir la question avec des solutions exactes. Dans l’ignorance de l’article de Brinckmann, Einstein conclut, avec son élève Nathan Rosen, que les O.G. n’existaient pas ; puis plus tard, que l’on ne pourrait jamais les détecter. Reflets de la physique et ses lecteurs Du Sahara au cœur de la physique L’itinéraire d’un travailleur immigré Préface d’Albert Fert, prix Nobel de physique 2007 Sadok Senoussi (The Book Edition, 2015, 294 p., 14  € ) Une bien belle leçon de vie racontée dans cet ouvrage par notre collègue qui, à force de curiosité et de volonté, a su passer d’une enfance saharienne, pauvre mais heureuse, à une carrière de chercheur où, en tant que directeur de recherches au CNRS au Laboratoire de Physique des Solides d’Orsay, il a pu pratiquer de la recherche au meilleur niveau international ! Sadok Senoussi est en fait un vrai personnage de roman, qu’il avait d’ailleurs failli être voici plusieurs décennies sous la plume de Robert Merle. Las, le projet de l’auteur d’Un animal doué de raison n’a pas abouti, mais Sadok s’est rattrapé en racontant sa propre histoire. Je n’ai pas particulièrement retenu ses réflexions sur la vie de chercheur, mais je me suis en revanche régalé avec ces histoires de fabrication du beurre à partir de l’accrétion collisionnelle de la poussière nébuleuse initiale à l’origine de notre système solaire... ou de la préparation des grains de couscous à partir de la semoule. Savoureux également son récit des deux anges perchés sur chacune de ses épaules d’enfant que, perplexe, il ne sentait strictement pas... avant de réaliser qu’étant faits de lumière, ces derniers n’avaient pas de masse au repos... En cette année 2018 où la communauté des physiciens redéfinit certains étalons, savez-vous comment sa grand-mère, certainement pleine de la sagesse des anciens, arpentait les étoiles ? En unité de chameaux. Notre étoile le Soleil, particulièrement ardent, serait grand comme plusieurs chameaux tout en engendrant le bouc Atrous Elgaylal, créature mythique mais maléfique. Que de poésie pour l’enfant qu’il fut ! Enfin, pour les physiciens expérimentés, dans une approche de résolution de problème selon la terminologie contemporaine consacrée, en voici un dernier  : une personne doit traverser un pont très long en un seul trajet, avec deux pastèques d’un kilogramme chacune. Sachant que l’homme pèse 79 kg exactement et que le pont ne supporte pas plus de 80 kg, comment doit-il procéder sans briser l’ouvrage et sans tomber dans l’oued en furie avec ses pastèques ? Indice  : raisonner en termes de forces et d’impulsion et non en termes de masse. Bref, un vrai délice cet ouvrage ! Arnaud Le Padellec Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie, Toulouse Reflets de la Physique n°59 47



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