Huitième rencontre « Physique et interrogations fondamentales »

Organisée par la Société française de physique et la Bibliothèque nationale de France




Bibliothèque nationale de France

Grand auditorium

Mercredi 19 novembre 2003, de 9h à 18h


Le réel et ses dimensions

Programme et résumés


Au sens premier, géométrique, le concept de dimension caractérise l’espace de représentation de la réalité physique : espace euclidien à trois dimensions de la mécanique classique ; espace-temps à quatre dimensions de la théorie de la relativité ; espaces abstraits à nombres très grands ou infinis de dimensions comme l’espace de phase de la thermodynamique, ou l’espace de Hilbert de la mécanique quantique ; géométrie fractale à nombre fractionnaire de dimensions représentant les objets auto-similaires. Selon une autre acception, strictement physique celle-là, de la notion de dimension, le « contenu dimensionnel » caractérise les proportions dans lesquelles interviennent les quantités physiques fondamentales (masse, longueur, durée) dans la définition des quantités dérivées (par exemple, une vitesse a le contenu dimensionnel du quotient d’une longueur par une durée). Dans les deux sens, le concept de dimension est l’objet de nouveaux questionnements dans les développements les plus récents de la physique : l’espace a-t-il, et a-t-il toujours eu trois dimensions ? Et au fait pourquoi trois ? Des constantes universelles comme la vitesse de la lumière ou la constante de gravitation sont elles vraiment constantes, alors que certaines observations semblent suggérer qu’elles auraient subi une lente variation sur des échelles de temps cosmologiques ?


Telles sont quelques unes des interrogations, en même temps que d’autres liées au sens figuré de la notion de dimension qui se réfère à l’appréhension, la compréhension ou la représentation du réel, ou à son intervention en biologie, en robotique, en éthologie ou en esthétique, qui seront abordées dans cette huitième rencontre « Physique et interrogations fondamentales » organisée par la Société française de physique et la Bibliothèque nationale de France.

Résumés des interventions


[…] : localisation des documents à la BnF, site de Tolbiac.


Françoise BALIBAR

Professeur émérite de l’Université Pierre et Marie Curie, Paris VI

Le réel a toujours eu quatre dimensions

« Le monde a toujours été décrit en quatre dimensions ». C'est ce que dit en substance Minkowski dans sa conférence de 1907. On impute généralement à Einstein la gloire d'avoir inventé les théories de la relativité restreinte et générale, laissant à Minkowski la gloire (bien moindre) d'avoir donné une « reformulation mathématique » de la théorie, en termes d'espace-temps à quatre dimensions. Cette vision de l'histoire des sciences a été accréditée par Einstein lui-même qui n'avait visiblement aucune sympathie intellectuelle pour l'entreprise de Minkowski.

Je tenterai de préciser quel fut le rôle de Minkowski dans cette histoire qui, si elle ne fut ni « full of sound and furor » ni « told by an idiot », n'en fut pas moins dominée par des enjeux essentiels, notamment celui du sens à donner au mot « monde ».

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Bibliographie de Françoise Balibar

F. Balibar a traduit des textes de A. Einstein, C. Will, R. Penrose, D. Deutsch, R. Feynman, L. Fang, S. W. Hawking, M. Bunge.

Bibliographie complémentaire



Jean-Philippe UZAN

Astrophysicien, Laboratoire de Physique Théorique, Orsay et Institut d’Astrophysique, Paris

Dimensions et constantes fondamentales

Toute grandeur physique peut se décomposer en un produit de deux quantités. La première est un nombre pur et le second un nom représentant les unités dans lesquelles la mesure a été effectuée, sa dimension. L'existence de systèmes d'unités est fortement lié à celui de l'existence de constantes qui apparaissent dans toutes les lois physiques. Ces constantes de la Nature semblent décrire des propriétés universelles et il n'y a pas un calcul qui n'en dépende.

Lors de cet exposé, je rappellerai le rôle des constantes en physique et leur lien avec la métrologie : combien de constantes doit-on considérer ? quelle différence y a-t-il entre constante dimensionnée et constante sans dimension ? quel lien y a-t-il entre constantes et systèmes d'unités ? Les « biographies » de la vitesse de la lumière, de la constante de gravitation et de la constante de Planck seront brièvement exposées afin de mettre en relief leurs rôles dans les lois de la physique et leur aptitude à faire émerger de nouveaux concepts.

Des observations astrophysiques récentes ont relancé les interrogations sur la constance des constantes de la nature, interrogations qui avaient été initiées par Paul Dirac en 1937. Je passerai en revue les diverses contraintes expérimentales et observationnelles sur la constance de la constante de structure fine et j'expliquerai pourquoi ces tests sont en fait des tests de la théorie de la gravitation.

Les constantes qui apparaissent dans la formulation des lois de la physique ont à la fois un caractère local et un aspect global, aspect que la cosmologie se doit de prendre en compte. En les étudiant, nous ouvrirons peut-être une fenêtre sur des théories, telles que par exemple la théorie des cordes, où l'espace a plus de trois dimensions, ce qui ironiquement nous ramène au premier sens du mot dimension discuté dans cette rencontre. Dans ce cadre, la question devient alors de comprendre pourquoi les constantes sont si constantes...



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Bibliographie de Jean-Philippe Uzan


Bibliographie complémentaire



Pierre BINÉTRUY

Professeur à Paris VII –Université Denis Diderot, Laboratoire de Physique Théorique, Orsay

Les nouvelles dimensions de l’Univers

Pourquoi introduire de nouvelles dimensions a côté des trois qui nous sont familières?

Ce type de question oblige à se demander ce qu'est vraiment une dimension et à introduire la notion de taille. Il est en effet probable que ces dimensions supplémentaires, si elles existent, sont de taille microscopique.

Il est aussi important de préciser le contexte dans lequel une telle question se pose: celle des théories cherchant a unifier la gravitation avec les autres forces fondamentales. C'est ainsi que dans le domaine des théories de cordes on a été amené récemment a étudier une nouvelle configuration où matière et lumière restent confinées a une surface tridimensionnelle appelée brane.

La question des dimensions supplémentaires reçoit alors un éclairage différent.


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Pierre Binétruy est physicien théoricien spécialiste de physique des hautes énergies, travaillant à l'interface avec la cosmologie.

Il a été professeur à Paris XI (Orsay) puis, depuis février 2003, à Paris VII (Jussieu) où il dirige la Fédération de Recherche (prochainement Laboratoire) Astroparticule et Cosmologie (APC)

Il est actuellement détaché au CNRS (Laboratoire de Physique Théorique d'Orsay).


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Bibliographie de Pierre Binétruy



Bibliographie complémentaire




Pierre SONIGO

Directeur de recherches INSERM, Laboratoire de Génétique des Virus, Institut Cochin, Paris

L’individu est-il la bonne dimension du vivant ?

Entre la génétique, qui cherche à comprendre la nature du lien héréditaire entre deux individus, et le darwinisme, qui court toujours après son individu de référence, il est difficile de s'intéresser aux bases théoriques de la biologie sans aborder la question classique de l'individualité.

Le problème de l'individu ou du groupe peut être formulé en termes de connexions dans l'espace et le temps. Par définition, l'individu est local et immédiat et le groupe est plus grand et arrive plus tard. Les dimensions spatio-temporelles sont plus étendues dans le groupe que dans l'individu. En génétique moderne, très inspirée de la cybernétique, le corps est un système commandé par un programme centralisé qui doit distribuer des informations. Si le groupe est gouverné par un intérêt commun, il faut que la voie à suivre pour préserver cet intérêt commun, qui n'est pas perceptible directement par les parties, leur soit indiquée d'une façon ou d'une autre. Cela prend toujours un certain temps de distribuer à distance les informations issues d'un système central. En conséquence, les interactions de groupe sont plus lentes que les interactions locales qui sont plus immédiates.

Tout se passe comme si, pour faire passer le groupe avant l'individu, il fallait faire passer le distant avant le proche, ou le futur avant le présent. Si la logique du groupe est invoquée pour expliquer les phénomènes observés au niveau des parties, cela revient à inverser la causalité, puisque le futur explique alors le présent. Le recours au corps dans son ensemble pour justifier les phénomènes biologiques locaux revient donc à une cause finale. Pour comprendre le corps sans recourir au finalisme, il faut commencer par oublier ce corps, c'est-à-dire adopter un autre point de vue que celui de ce corps, qui se trouve être le notre. Pour se débarrasser du finalisme en biologie, il faudra donc régler le problème de l'individu et du groupe. L'idée fondamentale de « reproduction », spécifique au vivant, nécessite la définition préalable d'une « entité » dont l'effectif augmente. Mais en biologie, tout se reproduit de manière enchevêtrée. La reproduction des individus passe par celle des cellules qui implique celle des molécules. Selon l'entité choisie, les théories biologiques prédisent des résultats différents…

Comme on ne peut définir ce qui est individu et ce qui est groupe dans l'absolu, cela ne peut relever que d'un choix, avec tout le côté arbitraire d'une définition, d'une convention. Si l'on renonce à ce choix arbitraire de l'observateur, les individus se fondent dans une lignée continue et l'idée spécifiquement biologique de « reproduction » peut être remplacée par celle de « croissance ». La vie apparaît alors comme un phénomène physico-chimique qui se propage comme une onde dans le temps et dans l'espace.



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Pierre Sonigo est directeur de recherche à l'INSERM. Il est responsable du laboratoire de génétique des virus de l'Institut Cochin (Paris). Il a étudié les séquences de nombreux génomes viraux, en particulier celui du virus du Sida.


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Bibliographie de Pierre Sonigo



Bibliographie complémentaire





Yves POMEAU

Directeur de recherches CNRS, Laboratoire de Physique Statistique, ENS, Paris

Les dimensions du réel

(Représentation du réel dans la physique et dans l'art)


Dans la civilisation européenne, la représentation du réel a joué peut-être un rôle plus important que dans d'autres cultures. On pense bien sûr à la géométrie et à la physique, où la construction logique est structurante. L'art pictural européen au fil des siècles a aussi développé sa propre représentation du réel, dont il est trop réducteur de dire qu'il a été guidé par le seul souci du beau.

J'essaierai de montrer que des passerelles existent entre de très grandes oeuvres du passé, scientifiques et esthétiques. La lente disparition de la représentation de l'homme dans la peinture sera mise en parallèle avec celle du monde sensible dans la physique, recourrant à des concepts toujours plus éloignés de ceux issus de l'expérience quotidienne.


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Yves Pomeau est Professeur a l'Université d'Arizona (Tucson, USA) et membre correspondant de l'Académie des sciences.


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Bibliographie de Yves POMEAU



Philippe COIFFET

Laboratoire de Robotique de Versailles, Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines

Un vrai-faux lapin dans un champ de carottes

Les notions de réel et de réalité sont extrêmement complexes et relèvent depuis l'antiquité d'un débat de philosophes sans solution claire.

La question qui se pose en robotique et en réalité virtuelle est de savoir où se trouve physiquement et mentalement l'opérateur qui conduit ou utilise un tel système.

La conférence essaie de décrire ce que l'auteur entend par réalité. Puis il fait un rappel des données essentielles de la robotique et de la réalité virtuelle.

Après quoi il tente de cerner le réel dans les expériences de robotique et réalité virtuelle par l'examen des systèmes de perception humaine et des machines.

Il conclut que la téléportation mentale est aussi partiellement physique de par les propriétés du cerveau humain qui influencent le corps. Mais le débat reste ouvert.

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Philippe COIFFET est Directeur de Recherche au CNRS et membre de l’Académie des Technologies


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Bibliographie de Philippe Coiffet

Bibliographie complémentaire


Pascal PICQ

Paléoanthropologue, Laboratoire de Paléoanthropologie et Préhistoire, Collège de France

Le réel des animaux

Qu'est ce que le réel des animaux ? Notre conception occidentale de l'animal machine les considère comme des engrenages mécanistes. Ces machines naturelles se révèlent des automates qui réagissent aux stimuli venant de l'environnement. Alors de s'émerveiller de si beaux assemblages qui, s'ils n'ont pas été conçus par l'homme, le sont forcément par une intelligence supérieure. De l’œil de la providence au programme adaptationniste, la biologie de l'évolution a tout de même progressé. Le réel des animaux s'articule ici selon deux dimensions : comment les animaux subissent le monde et comment les animaux se représentent le monde.

Si on fait abstraction des aspects parfois naïfs – panglossiens - des études sur l'adaptation des espèces, on tire quelques beaux enseignements sur l'adaptation en l’étudiant au travers de quelques variables simples de la physique, comme les masses des corps rapportées à leurs surfaces, que ce soit pour vivre sous différentes latitudes ou pour digérer certains types de nourritures. Galilée est le premier à avoir envisagé la forme des os des animaux sous cet angle. Un éphémère a plus à se soucier des forces de Van-der-Waals que de la pesanteur, alors qu'un éléphant qui rentre dans l'eau a des soucis plus lourds. Que dire du temps, autre variable sur laquelle joue l'évolution, entre l'éphémère et l'homme.

Ceci nous amène à la perception du monde extérieur, à ses représentations. Les animaux perçoivent le monde grâce à leurs organes des sens et de leurs sensations qui mobilisent des unités physique et, qu'on le sache enfin, construisent des images mentales. C'est peut-être de l'appréhension des grands singes a tomber des arbres qu'est apparue la conscience de soi. La prise de consciences du réel des animaux reste un domaine encore mal exploré. Qu'on se rappelle tout de même que dès que les plus savants des hommes - comme les physiciens - inventent quelques chose, il se trouve que des animaux en font déjà usage (ondes radar, sonars, électricité, électromagnétisme...). Mais eux ne l'ont pas fait exprès.


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Pascal Picq est paléoanthropologue au Collège de France où il collabore avec le professeur Yves Coppens. Physicien et paléontologue de formation, il s’intéresse à l’évolution du crâne des hominidés, ce qui comprend les hommes et leurs ancêtres ainsi que les grands singes. Ses recherches s’appuient sur une approche expérimentale qui s’inscrit dans le cadre de la morphologie évolutive. Cela conduit, entre autres, à reconstituer la signification fonctionnelle et adaptative du crâne des hominidés en rapport avec les facteurs de sélection naturelle et de sélection sexuelle.

Pascal Picq est très actif dans la diffusion des connaissances en paléoanthropologie ; il a publié une quinzaine de livres, dont plusieurs pour les jeunes, et il a participé ou co-réalisé des films et des cédéroms.



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Bibliographie de Pascal Picq




Georges DIDI-HUBERMANN

Professeur de philosophie, Nanterre





Connaissance par les images

Remarques sur Bergson et la cinématographie


Bergson a voulu développer sa propre « méthode expérimentale » en philosophie : elle consiste à ne pas se soustraire aux images, entendues comme « dimensions » à part entière du réel. On s’interrogera sur les conséquences d’un tel pari, et sur le statut de l’« illusion cinématographique » que Bergson, contemporain de Marey, de Lumière et de Méliès, n’a cessé de poser à l’horizon de sa pensée du temps et du mouvement.



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Bibliographie de Georges Didi-Huberman