Découvrir la physique fondamentale Comprendre les théories d’hier et d’aujourd’hui

Introduction (page 3) À quoi bon la physique fondamentale ?

Chapitre 1 (page 9) La physique, c’est quoi ?

1] La physique ne dit pas la vérité

2] Comment décrire l’univers et ses lois ?

2.1] Les mathématiques…

2.2] …au service de la physique

3] Pourquoi la physique semble compliquée ?

3.1] L’intuition : une question d’échelle

3.2] La physique transcende les échelles

4] Le territoire, les mathématiciens, les physiciens et les ingénieurs

Chapitre 2 (page 19) Les théories et leurs relations

1] De la mécanique classique à la relativité générale

2] De la mécanique classique à la mécanique quantique 

3] Unifier la mécanique quantique et la relativité restreinte

3.1] Exemples de systèmes quantiques et/ou relativistes

3.2] L’unification de la relativité restreinte et de la mécanique quantique

4] Les théories de gravitation quantique

Chapitre 3 (page 31) La mécanique classique

1] Première approche et définitions

1.1] Système de coordonnées (référentiel)

1.2] Les vecteurs

1.3] Position, vitesse et accélération

1.4] Les observables

2] Les axiomes et la vision des choses

2.1] Les trajectoires

2.2] Les lois de la dynamique

2.3] Une petite pause

2.4] Les référentiels d’inertie

2.5] La loi de composition classique des vitesses

3] La mécanique classique en action

4] L’énergie en mécanique classique

5] Les limites de la mécanique classique

Chapitre 4 (page 59) La relativité restreinte

1] Motivations, première approche

1.1] Un petit rappel

1.2] Une première approche des concepts

2] L’espace-temps

2.1] Préambule

2.2] Les objets géométriques et leurs géométries

2.3] Comment caractériser une géométrie ?

2.4] Les propriétés globales

2.5] L’espace-temps de Newton

2.6] L’espace-temps d’Einstein

2.7] Une parenthèse «philosophique»

2.8] Résumé

3] La relativité restreinte en action

3.1] Représenter l’espace-temps

3.2] « Tout est relatif ! »

3.3] L’explication de la contraction des longueurs et de la dilatation des temps

3.4] E = mc²

3.5] Le temps propre

3.6] Les symétries de l’espace-temps

4] Des paradoxes qui n’en sont pas

4.1] Le paradoxe de la règle et du trou

4.2] Le paradoxe des jumeaux

5] La relativité restreinte est restreinte

Chapitre 5 (page 123) La relativité générale

1] La gravitation de Newton

1.1] Une théorie classique

1.2] La loi de la gravitation universelle

1.3] Que peut-on faire avec ce modèle ?

2] Ses limites et une remarque

2.1] Une force qui agit instantanément ? !

2.2] Masse grave vs masse inerte

3] Les axiomes de la relativité générale

3.1] Masse grave = masse inerte, et alors ?

3.2] Un espace-temps courbe

3.3] Les effets gravitationnels sans la force associée

3.4] Résumé

4] Que prédit la relativité générale ?

4.1] Une description plus précise de la gravitation

4.2] L’énergie subit la gravitation

4.3] La cosmologie

4.4] Modification des temps et des durées

4.5] Les ondes gravitationnelles

4.6] Les trous noirs

4.7] Une remarque sur la courbure

Transition] Les secrets de l’infiniment grand

Chapitre 6 (page 153) La mécanique quantique

1] Pourquoi la mécanique quantique ?

1.1] Comprendre l’atome

1.2] L’expérience des fentes d’Young (partie 1)

1.3] L’expérience des fentes d’Young (partie 2)

2] La vision quantique du monde

2.1] Ça veut dire quoi quantique ?

2.2] Un monde probabiliste

2.3] Les axiomes

3] Les implications de la théorie quantique

3.1] L’atome quantique

3.2] Le principe d’incertitude d’Heisenberg

3.3] Mesure et décohérence quantique

3.4] Le chat de Schrödinger

3.5] Les électrons au sein de la matière

3.6] L’effet tunnel

3.7] L’ordinateur quantique (partie 1)

3.8] L’ordinateur quantique (partie 2)

3.9] L’intrication quantique

3.10] Les inégalités de Bell

3.11] La cryptographie quantique

4] Les interprétations de la mécanique quantique

4.1] Tais-toi et calcule !

4.2] Le problème de la mesure

4.3] L’interprétation de Copenhague

4.4] L’interprétation des multivers

4.5] La théorie de De Broglie-Bohm

4.6] Conclusion à propos des interprétations

Chapitre 7 (page 227) La théorie quantique des champs et la physique des particules

1] La théorie quantique des champs

1.1] Mécanique quantique et relativité restreinte

1.2] C’est quoi un champ ?

1.3] Les champs quantiques

2] La physique des particules

2.1] Les forces fondamentales

2.2] Les particules élémentaires

2.3] Les diagrammes de Feynman

3] Diverses choses intéressantes

3.1] Le vide n’est pas si vide que ça

3.2] Les accélérateurs de particules

3.3] Le boson de Higgs

3.4] La brisure de symétrie électrofaible

3.5] Les désintégrations du vide

3.6] La matière noire

3.7] Rien ne s’échappe des trous noirs. Vraiment ?

3.8] Le moment magnétique anomal de l’électron

3.9] Le moment magnétique anomal du muon

Chapitre 8 (page 277) La gravitation quantique

1] Théorie quantique des champs et gravitation

1.1] Les infinis en théorie des champs

1.2] La renormalisabilité

1.3] Wilsoooooooooooon !

1.4] La gravitation en théorie des champs

2] La théorie statistique des champs

2.1] La physique statistique

2.2] Des champs d’un autre genre

2.3] Lien avec la théorie quantique des champs

2.4] Le retour de la renormalisation

3] Évaporation des trous noirs : le retour

4] La gravitation quantique à boucles

5] La théorie des cordes

5.1] De nouveaux constituants élémentaires

5.2] Des dimensions supplémentaires

5.3] La supersymétrie et les supercordes

5.4] Les infinis ne sont plus là !

5.5] Membranes, dualités et théorie M

5.6] La théorie des cordes aujourd’hui : bilan et futur

5.7] Le multivers

5.8] Le principe anthropique

Conclusion (page 331)

Annexe A (page 335) L’électromagnétisme

1] L’unification de trois notions

1.1] L’électrostatique

1.2] La magnétostatique

1.3] La lumière

1.4] Trois facettes d’une seule réalité

2] Les équations de Maxwell

3] Le spectre électromagnétique

4] Diffraction et interférences

5] Applications

6] Extension relativiste et quantique

Annexe B (page 343) La cosmologie

1] Modéliser la cosmologie

1.1] Homogénéité et isotropie

1.2] Trois cosmologies types

2] Le modèle standard de la cosmologie

2.1] La matière baryonique et la radiation

2.2] La matière noire

2.3] La constante cosmologique

2.4] L’évolution cosmologique

2.5] Le fond diffus cosmologique

3] L’inflation

4] Un couac : la tension de Hubble

5] Le Big Bang et ses méconceptions

6] Résumé détaillé de la chronologie

Annexe C (page 371) Les symétries en physique

1] Qu’est-ce qu’une symétrie ?

1.1] Invariance de la physique

1.2] Les groupes de symétrie

2] Simplifier les problèmes

3] Le théorème de Noether

3.1] Symétrie continue vs symétrie discrète

3.2] Le théorème

4] Les symétries au cœur des interactions

5] Les symétries de l’espace-temps

6] La supersymétrie

7] Les symétries, un miracle ?

Annexe D (page 387) Just for fun

Epilogue (page 389)