Rayons
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Cnrs
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Einstein et les révolutions quantiques
Alain Aspect
- Cnrs
- Les Grandes Voix De La Recherche
- 21 Novembre 2019
- 9782271125392
La première révolution quantique qui naît notamment sous l'impulsion d'Einstein au début du XXe siècle, bouleverse notre vision du monde, fait émerger des concepts surprenants comme la dualité onde-particule, et conduit à des inventions majeures : le transistor, le laser, les circuits intégrés des ordinateurs.
Moins connu est le développement d'une deuxième révolution quantique initiée en 1935 par le débat entre Albert Einstein et Niels Bohr, et rendue possible à partir de la fin des années 1960 par l'expérimentation sur des particules individuelles. Cette révolution, qui se déroule encore sous nos yeux, repose sur la notion étrange de particules intriquées qui se comportent de manière extraordinairement similaire même lorsqu'elles sont éloignées. Cette notion a été vérifiée en particulier dans les expériences d'Alain Aspect au début des années 1980 et connaît déjà des applications concrètes, notamment en matière de cryptographie. Elle pourrait déboucher à terme sur des technologies nouvelles comme l'informatique quantique.
Tourné vers une physique d'avenir, cet ouvrage raconte une magnifi que histoire de science, dans laquelle l'expérimentation a permis de trancher des débats philosophiques.
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Ondes gravitationnelles et trous noirs
Thibault Damour
- Cnrs
- Les Grandes Voix De La Recherche
- 6 Juin 2019
- 9782271125385
En novembre 1915, Einstein finalise sa très révolutionnaire Théorie de la Relativité générale qui postule que l'espace est une structure élastique, déformée par la présence en son sein de masse ou d'énergie. Deux masses en mouvement l'une par rapport à l'autre vont engendrer une onde de déformation de l'espace, appelée « gravitationnelle ».
Une telle onde, arrivant sur Terre, cause une fluctuation de la distance entre les objets. Bien que l'effet soit très difficile à observer, des détecteurs ont pu être construits, dont les dimensions s'étendent sur plusieurs kilomètres. Le 14 septembre 2015, une onde gravitationnelle a enfin été observée. La comparaison entre cette observation et les prédictions tirées de la théorie d'Einstein a montré que cette première onde avait été émise par la coalescence de deux trous noirs, situés à 1 milliard d'années-lumière. Outre la considérable prouesse technique, fruit d'une collaboration internationale d'une rare ampleur, c'est une nouvelle fenêtre d'observation de l'Univers qui s'ouvre.
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À la fin du XIXe siècle, de nombreux physiciens pensaient être arrivés au bout de leur discipline. La gravitation de Newton, la thermodynamique de Carnot, les équations de Maxwell : on pensait avoir tout compris, ou presque. Il restait bien quelques observations inexpliquées, que l'on pensait être des points de détail.
Il n'en était rien. Un phénomène anodin va conduire les physiciens à la découverte des rayons cosmiques, ces particules extra-terrestres qui bombardent la Terre. Leur étude les accompagnera pendant près d'un siècle, et les aidera à formuler, à comprendre et à mettre en lumière de nouvelles théories. Pas à pas, l'observation attentive de ces rayons et de leurs propriétés les guide vers d'étonnantes découvertes, comme celle de l'antimatière. Peu à peu, le monde de la physique quantique s'ouvre, servant de base arrière à la physique fondamentale moderne, et repoussant sans cesse les limites de nos connaissances.
C'est cette aventure scientifique et humaine que nous raconte Antoine Letessier Selvon qui mêle avec talent la grande épopée historique au récit de son expérience personnelle et de son quotidien de chercheur.
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Et si notre Univers n'était qu'un parmi d'autres ? Et si chaque homme possédait une infinité de doubles ? Idée folle ? Pas si sûr. Multivers, mégavers, plurivers... Cette idée n'est pas neuve. Dès l'Antiquité, des philosophes comme Démocrite ou Lucrèce en ont évoqué la possibilité. Au XXe siècle, elle revient en force sur le devant de la scène. Pour les théoriciens du Big Bang comme pour ceux de la mécanique quantique, elle est une hypothèse qui permet de résoudre quelques-unes des questions demeurées sans réponse : par quel miracle les lois de l'Univers sont-elles réglées de telle façon que la vie y est possible ? Comment deux théories en apparence irréconciliables, la Relativité générale et la physique quantique, peuvent-elles être assemblées en un seul système unificateur ?
En un style clair et accessible, Tobias Hürter et Max Rauner racontent la vertigineuse épopée des théories physiques, faite de changements radicaux de paradigme et de violentes controverses. Ou quand la physique devient métaphysique, et la science rejoint la fiction...
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À l'écart du monde, loin des laboratoires, en contact avec la nature, des savants réputés du monde entier viennent enseigner les grands sujets de la physique et partager les dernières avancées avec de nombreux élèves. Ces hauts-lieux sont propices à la méditation et procurent autant d'opportunités de rencontres et d'échanges. La liberté de pensée qui y règne permet d'explorer de nouvelles pistes pour la physique de demain. Car les grandes découvertes surviennent rarement comme des illuminations : elles résultent plutôt de lentes maturations, accompagnées de travail acharné et de discussions suivies.
De tels lieux existent depuis les années 1950 en France : l'Institut d'Études scientifiques de Cargèse, en Corse, et l'École de Physique des Houches, dans les Alpes, sont nés de l'ambition de porter au plus haut niveau la physique française, en rassemblant des scientifiques de toutes générations et de tout horizon.
Ce livre rend hommage aux personnalités remarquables qui en sont à l'origine et à tous celles et ceux qui, collectivement, continuent d'oeuvrer pour la pérennité de ces lieux exceptionnels. Si la physique reste souvent nimbée de mystère, l'intention est ici de faire découvrir la vision du monde des physiciens, de montrer comment la communauté scientifique se fédère et travaille pour le bien de tous, loin des regards, mais ouverte sur le monde qu'elle contribue à construire.
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En 1752, Benjamin Franklin, « l'homme qui arracha la foudre aux nuages », prouva, lors d'une expérience fort dangereuse, la nature électrique de la foudre. Le « fluide électrique », jusque-là objet d'amusantes manipulations, curiosité de savants, se hisse soudain au rang de phénomène universel, à l'oeuvre dans une des manifestations les plus spectaculaires de la nature : l'orage.
Trop de mythes, de légendes, de superstitions sont nées du spectacle de l'orage pour que l'on puisse oublier la charge d'imaginaire portée par le feu du ciel et le fracas du tonnerre. Ce phénomène peut être approché par ses figures de rêve et de légende, comme par sa réalité physique qui interroge scientifiques et techniciens. Éclairs et tonnerres se prêtent donc à merveille à une promenade partagée entre raison et imaginaire. On y croise des dieux coléreux et des marins superstitieux, de dignes savants jouant au cerf-volant et des astronautes contemplant depuis l'espace les orages de tout un continent. On y découvre les mécanismes de la foudre et du tonnerre, ceux que la science moderne a permis d'interpréter, mais aussi ceux qu'elle laisse dans l'ombre, puisque l'orage garde, encore aujourd'hui, une part de mystère.
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La physique du potentiel ; étude d'une lignée de Lagrange à Duhem
Cyril Verdet
- Cnrs
- Cnrs Alpha
- 23 Août 2018
- 9782271122643
La notion de potentiel est l'une des rares en physique qui ne tire son origine, ni de l'expérience, ni même de l'intuition, mais seulement de considérations théoriques. La fonction inventée par Lagrange pour résoudre le problème à N corps ne se déduit de rien, au contraire, c'est à partir d'elle qu'on peut déduire l'expression de la force de gravitation et tout ce qui s'ensuit.
Un pareil objet théorique ne devait pas tarder à prendre une place de choix dans la physique en tant qu'organisation déductive. Et cela ne concerne pas seulement la théorie de la gravitation mais aussi celle de l'électromagnétisme. En outre, le cheminement de la fonction potentielle traverse les domaines conceptuels pour permettre l'émergence de grandeurs nouvelles et tout aussi fondatrices : l'énergie potentielle et les potentiels thermodynamiques.
C'est donc le récit de cette aventure intellectuelle qui est retracé ici. On peut voir comment la notion de potentiel est la marque flagrante de l'émergence d'une physique mathématique, où le terme de mathématique n'est pas à entendre comme un support utile à la pensée du physicien, mais bien comme la matrice idéelle. Au coeur de la physique du xixe où les physiciens sont avant tout des « géomètres » (c'est-à-dire, en réalité, des virtuoses de l'analyse), la notion de potentiel vient réordonner, tant d'un point de vue déductif qu'ontologique, l'ancienne physique mathématique encore balbutiante. Il s'agit alors de montrer comment ces objets physiques se constituent en refuge pour la métaphysique.
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Jusqu'au XIXe siècle, nous n'avions, pour observer l'Univers, qu'une seule source d'informations : la lumière visible émise par les objets du cosmos. À cela se sont ajoutées, au XXe siècle, la détection d'autres rayonnements électromagnétiques - notamment radio, rayons X ou infrarouge -, puis celle des neutrinos ainsi que de particules à haute énergie, que l'on appelle « rayons cosmiques ».
Le 17 août 2017 a eu lieu un événement d'une importance considérable pour l'astronomie et la physique. Pour la première fois, on a détecté conjointement, en provenance d'une même source, un rayonnement électromagnétique et une onde gravitationnelle. Contrairement aux autres ondes connues, une onde gravitationnelle ne se propage pas à l'intérieur de l'espace-temps, elle est une fluctuation de la trame de l'espace-temps lui-même, engendrée par des masses accélérées. À son passage, l'espace s'étire ou se contracte, le temps « accélère » ou « ralentit ».
Phénomène physique extraordinaire prédit par la relativité générale, dont la détection est le fruit de véritables prouesses sur le plan aussi bien théorique que pratique, les ondes gravitationnelles, en ouvrant une nouvelle fenêtre d'observation de l'Univers, ont également vocation à révolutionner nos connaissances.
Un ouvrage simple et lumineux revenant sur la genèse du concept, l'histoire de cette détection hors du commun, et les riches promesses qu'elle porte.
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Insondable ou microscopique, abyssal ou infime, incommensurable ou imperceptible, mais toujours paradoxal, l'infini nous attire et nous dépasse. De l'Antiquité à nos jours, cet impensable n'a cessé d'interroger l'humanité. Ce livre raconte l'histoire de cette épopée de l'intelligence.
Quels sont les grands épisodes de cette conquête ? Comment la physique, en franchissant les confins de l'univers, s'affranchit-elle des bornes de la connaissance ? Comment, âge après âge, avons-nous cherché à concilier les deux infinis ?
De Démocrite à Einstein, de la physique stoïcienne à la physique quantique, des lunettes aux télescopes, en passant par les scolastiques, Galilée, Newton, Hubble, voici, versions macro et micro, le plus extrême des voyages à l'un et l'autre bout du Cosmos.
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La physique quantique ne décrit-elle que l'univers microscopique ? Ne serait-elle qu'un recueil de paradoxes ? Voici un livre qui montre, au contraire, comment elle se manifeste à toutes les échelles du monde qui nous entoure. Morceaux de métal, étoiles, métaux supraconducteurs, agrégats métalliques nanométriques, hélium liquide ou encore noyaux atomiques : tous ces objets sont des liquides quantiques dont les propriétés permettent d'appréhender, transversalement, un grand nombre de systèmes, de l'infiniment petit à l'infiniment grand. Un regard inédit sur notre monde.
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Nouv.
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En bref Les grandes questions de la physique rendues accessibles sur l'infiniment grand et l'infiniment petit. Le livre Petits, nous regardions les adultes en nous disant qu'ils étaient grands. Devenant grands, nous avons ouvert les yeux sur ce qui nous dépassait. Du toit de l 'immeuble à l'astre qui nous éclaire, du Soleil aux étoiles... Jusqu'au jour où nous nous sommes demandés : « Et plus loin, qu'y a-t-il ? » Cet emboïtement de poupées russes nous a également conduits à nous émerveiller des confettis, de la poussière, d'une cellule de notre sang... Et toujours la même envie : pousser plus loin l'investigation, comprendre le plus en plus petit. Ce mouvement naturel de notre curiosité, la physique l'a suivi tout au long de son histoire. Infiniment grand, infiniment petit, les échos d'un même défi lancé à l'esprit humain en général et à la science moderne en particulier. Les auteurs Philosophes de formation, Sophie Fromager et Patricia Laporte ont fondé une agence spécialisée dans la vulgarisation des connaissances. Arguments Laporte/Fromager : des auteurs qui s'installent dans la vulgarisation. 20 000 exemplaires vendus des Cahiers de vacances philo.
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Les changements de phase solide-liquide-vapeur t.1 ; fondements et applications
Hervé Combeau, Lounes Ladrist
- Cnrs
- Cnrs Alpha
- 30 Décembre 2016
- 9782271077356
Les phénomènes de changement de phase sont mis en jeu dans la transformation de la matière, la conversion de l'énergie et dans de nombreuses questions environnementales. Cet ouvrage collectif, dédié aux transitions de phase du premier ordre liquide-solide et liquide-vapeur, fait suite à une école CNRS organisée en 2009. Il réunit l'état des connaissances dans ces deux domaines en un même ensemble, afin de permettre au lecteur de se familiariser avec ces phénomènes complexes où de nombreuses similitudes et différences existent. Cet ouvrage est structuré en deux tomes. Le premier aborde les fondements et phénomènes physiques associés aux différents changements de phase et traite ensuite de quelques applications. Le second tome est consacré aux aspects plus spécifiques du changement de phase liquide-vapeur : vaporisation, condensation et liquide-solide : fusion, solidification.
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Il y a cent ans, Jean Perrin, physicien de génie, publiait son ouvrage majeur Les Atomes. Admirablement écrit, l'ouvrage à la fois de vulgarisation et de haute valeur scientifique, explique, entre autres, les lois atomiques, la structure moléculaire, le mouvement brownien, les problèmes de la lumière et des quanta. Ce livre fit date en France comme à l'étranger car il était le premier à apporter la confirmation de l'existence effective des atomes.
Cent ans plus tard, ce livre n'a rien perdu de sa pertinence et CNRS Éditions a tenu à le rééditer dans sa version originale en l'augmentant Cédric Villani et le président du CNRS Alain Fuchs.
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Ces deux ouvrages complémentaires proposent, pour la première fois, une approche unifiée et cohérente de l'électrocinétique fondamentale. S'adressant en priorité aux étudiants, leurs chapitres sont répartis par niveaux, classés à partir du nouveau cursus européen licence-mastère-doctorat en 3-5-8 ans.
Le premier volume présente les aspects généraux du transport d'électricité dans les milieux matériels, en s'appuyant parallèlement sur la thermodynamique, l'électrostatique ou encore la mécanique quantique.
Principaux thèmes abordés :
- Charges mobiles et courants électriques dans les milieux matériels - Diffusion de particules - Conductivité et loi d'Ohm locale - Effet Joule et conduction thermique - Conduction électrique dans un champ magnétique - Induction électromagnétique - Conductivité des solutions et piles électriques - Bio-électricité cellulaire - Contacts de conducteurs électriques - Effets thermo-électriques - Déviations à la loi d'Ohm - Transport de particules en milieu inhomogène - Processus de Markov et équation de Fokker et Planck.
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Ces deux ouvrages complémentaires proposent, pour la première fois, une approche unifiée et cohérente de l'électrocinétique fondamentale. S'adressant en priorité aux étudiants, leurs chapitres sont répartis par niveaux, classés à partir du nouveau cursus européen licence-mastère-doctorat en 3-5-8 ans.
Le second volume propose 137 exercices et problèmes d'électrocinétique. Chacun d'entre eux bénéficie d'une correction détaillée comprenant le raisonnement et la solution. L'électrocinétique de la chimie et de la biologie sont aussi prises en compte.
Principaux thèmes abordés :
- Charges mobiles et courants électriques dans les milieux matériels - Diffusion de particules - Conductivité et loi d'Ohm locale - Effet Joule et conduction thermique - Conduction électrique dans un champ magnétique - Induction électromagnétique - Conductivité des solutions et piles électriques - Bio-électricité cellulaire - Contacts de conducteurs électriques - Effets thermo-électriques - Déviations à la loi d'Ohm - Transport de particules en milieu inhomogène - Processus de Markov et équation de Fokker et Planck.
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