Introduction progressive aux théories et expériences physiques modernes el lien avec la question du temps en physique
0- Introduction aux bibliographies
Comparaison de Perspectives sur la Question du Temps en Physique
Note importante : les énoncés de théories contradictoires ou imparfaites apparaissent. Mais leur lecture éclaire toutefois une lecture d’ensemble. Ces bibliographies ne proposent pas de "papiers" des revues à commité de lecture pour des questions de droits d'auteur.
Il serait intéressant me semble-t-il de ne plus dissocier matière (énergie), espace géométrique (ou topologie) et temps. Pour la compréhension par la perception et ainsi par la pensée, de ces trois « composants », dont nous sommes faits et qui nous environnent. Cela ressemble à un truisme : au quotidien notre corps, nos sens, notre pensée unifient matière, temps et géométrie (topologie).
Très essentiellement en 2025 de l’ère moderne, il est courant d’étudier séparément et donc artificiellement, ces trois composants. Mais s’il y a matière (ou énergie, au sens physique E= mc2) alors il y a espace et temps. Et, s’il y a espace il y a temps et matière. Et, s’il y a temps il y a matière et espace.
Notre perception aurait voulu un temps universel. Depuis Newton, notamment. Et, un temps relatif c’est admis depuis Einstein. Mais voilà tentons le saut : d’unifier matière, sa topologie ou géométrie et ses temps.
J’ai eu une intuition qui m’amène aujourd'ui à vous livrer donc une rapide et modeste contribution à l’édifice des connaissances acquises et remises sur le métier (J’étais en vacances en visite au gouffre de Padirac lors de mes études en sciences physiques.)
Localement la matière, l’espace et un pic de Dirac (expression ontologique du temps dans sa forme la plus réduite) ne font qu’un. Disons « faire qu’un » par facilité du langage écrit.
Le pic de Dirac est un objet mathématique très intéressant pour mon propos. Il n’a pas d’épaisseur (en fait celle d’un point abstrait mathématique) il est borné à sa base et peut s’étendre infiniment dans une direction. Un Pic de Dirac semble ainsi partout et nulle part. Bel objet paradoxal. Pour mémoire les mathématiques définissent un point comme étant l’intersection de deux droites.
Ce pic de Dirac ou ontologie du temps, propre à une quantité fine d’énergie serait orthogonal à toutes les autres dimensions matière/topologie locales ?
Le traitement du signal discipline liée aux mathématiques (telle l’informatique), permet de numériser aujourd’hui une image, un son, une vidéo, en général tout signal donc grâce à un peigne de Dirac.
Et, si les valeurs obtenues, selon un grain plus ou mois important, sont transformées par une opération mathématique (transformation de Fourier) et bien l’on peut en théorie, reconstituer le signal initial.
Et, ( !) l’Univers dans son mouvement d’expansion (théorie cosmologique du big bang) opérerait cette transformation de Fourier de tous pics de l’univers ( !) dans leur ensemble et dans leur unité. Il me semble nécessaire d’extrapoler, de s’interroger alors sur ce qui se passe aux limites de notre Univers. Limites à définir ?
La résultante serait un signal temps que je ne sais trop comment nommer ?
Que de questions qui nous assaillent ?
Trois petits points pour poursuivre avec une bibliographie obtenue rapidement par ChatGPT.
À la question : « J’ai besoin d’une bibliographie sur la question du temps en physique ? » Voici ci-dessous une synthèse des perspectives sur le concept du temps tel que discuté dans les articles sélectionnés
1.
Concepts of Time in Classical Physics (Jürgen Ehlers, 1997)
Perspective : Le texte décrit les trois principales conceptions du temps : celle de la physique newtonienne, celle de la relativité restreinte d’Einstein et celle de la théorie générale de la relativité.
Points Clés : En physique classique, le temps est absolu et linéaire, servant de toile de fond immuable pour les événements.
Dans la relativité restreinte, le temps devient relatif, dépendant du référentiel d’observation.
Dans la relativité générale, le temps est intimement lié à l’espace, formant un continuum espace-temps.
2.
Time: Time and Modern Physics (C. J. Isham, Konstantina N. Savvidou, 2002)
Perspective : Le texte examine l’évolution du concept de temps en physique moderne, en mettant l’accent sur les paradoxes de Zénon et les travaux de Kant, Leibniz, Newton et Einstein.
Points Clés : Le texte explore la question fondamentale : le temps existe-t-il ?
Il discute des implications de la mécanique quantique et de la relativité, notamment la dynamique des formes et la gravité quantique à boucles.
Les paradoxes de Zénon sont revisités pour illustrer les conflits entre continuité et discrétion du temps.
3.
What is Time in Some Modern Physics Theories (Ivan A. Karpenko, 2016)
Perspective : L’article explore le concept de temps dans plusieurs théories modernes de la physique, y compris la relativité générale, la mécanique quantique et la théorie des cordes.
Points Clés : La compatibilité entre relativité générale et mécanique quantique soulève des questions sur la nature du temps.
La quantification du temps introduit l’idée de temps comme une série d’événements discrets, ce qui contredit notre intuition du flux continu du temps.
Les théories comme la dynamique des formes (Shape Dynamics) proposent une réinterprétation du temps comme un paramètre émergent plutôt qu’une entité fondamentale.
4.
The Physics of Time and the Arrow Thereof (Eugene Hecht, 2018)
Perspective : L’article se concentre sur la flèche du temps et la relation entre énergie, entropie et temps.
Points Clés : La physique classique est symétrique par rapport au temps, mais à l’échelle macroscopique, le temps semble irréversible en raison de l’entropie.
Leibniz est opposé à l’idée de temps absolu de Newton, en proposant un temps relationnel basé sur les événements observables.
La relativité montre que le temps est relatif et local, dépendant du référentiel et de la gravité.
5.
What is Time (Bharath Ron, 2017)
Perspective : Cet article analyse le concept du temps dans le contexte de la thermodynamique de l’information et de la mécanique quantique.
Points Clés : Le temps est interprété comme une mesure des changements d’informations.
L’incertitude quantique relie temps et énergie comme des variables conjuguées, conformément au principe d’incertitude de Heisenberg.
Le texte explore également la relation entre le temps et la symétrie temporelle, en particulier dans le contexte des événements irréversibles.
6.
The Different Faces of Time in Physics (Harvey R. Brown, 2024)
Perspective : Le document met en évidence les différentes interprétations du temps en physique, en insistant sur le rôle des horloges dans la relativité.
Points Clés : Le temps est souvent interprété différemment selon le cadre théorique (classique, relativiste, quantique).
La relativité impose un rôle crucial aux horloges pour mesurer les intervalles de temps, ce qui complique les définitions classiques du temps.
7.
The Physics of Time: Current Knowledge and Unanswered Challenges (Orfeu Bertolami, 2022)
Perspective : Cet article aborde la dualité entre espace et temps, les défis non résolus dans les théories actuelles, et l’évolution du concept de temps.
Points Clés : La physique moderne considère le temps comme une dimension similaire à l’espace, mais notre perception humaine continue de les distinguer.
La question de l’unification de la relativité générale et de la mécanique quantique reste un défi majeur pour la compréhension du temps.
8.
“Signaux et systèmes” – Simon Haykin, Barry Van Veen (version traduite)
Niveau : Licence/Master
Un classique, très pédagogique. Version originale en anglais disponible aussi.
“Signals and Systems” – Alan V. Oppenheim, Alan S. Willsky
Niveau : Licence à Master
L’un des ouvrages les plus utilisés au monde pour l’apprentissage du traitement du signal.
ISBN : 9780138147570
Synthèse Générale :
Relativité et Temps : Le temps est devenu relatif avec la théorie d’Einstein, remettant en question la conception absolue de Newton.
Temps et Quantum : La quantification du temps suggère une granularité qui contredit la continuité apparente de notre perception.
Entropie et Flèche du Temps : L’irréversibilité à l’échelle macroscopique est expliquée par l’entropie, bien que les équations fondamentales soient symétriques par rapport au temps.
Dynamique des Formes : Les théories récentes, comme la dynamique des formes, proposent de repenser le temps comme une conséquence des relations entre événements plutôt qu’une dimension indépendante.
Première partie : (la partie ci-dessus constitue une Introduction)
Vers le Boson de Higgs ?
Voici une bibliographie comparative sur l’infiniment grand en cosmologie, classée selon plusieurs axes : ouvrages scientifiques, grands auteurs et figures de la cosmologie, vulgarisation, et réflexions philosophiques. Elle est accompagnée d’un tableau comparatif final pour mieux orienter votre choix.
1.
Ouvrages scientifiques de référence
Pour une compréhension rigoureuse de la cosmologie moderne.
Steven Weinberg, Les trois premières minutes de l’univers Une référence sur le Big Bang et les débuts de l’univers, par un prix Nobel de physique.
Edward Harrison, Cosmology: The Science of the Universe Approche complète et académique, excellent pour étudiants avancés.
Barbara Ryden, Introduction to Cosmology Clair, pédagogique, utilisé dans de nombreux cursus de physique.
James Peebles, Principles of Physical Cosmology Une approche technique et mathématisée de la cosmologie, par un autre prix Nobel.
2.
Grands noms et contributions historiques
Des textes ou biographies qui éclairent les fondements de la cosmologie.
Stephen Hawking, Une brève histoire du temps Vulgarisation fondée sur une pensée profonde et rigoureuse. Grande influence.
Georges Lemaître, L’Hypothèse de l’atome primitif Texte fondateur de la théorie du Big Bang par son inventeur.
Edwin Hubble, The Realm of the Nebulae Ouvrage historique expliquant la découverte de l’expansion de l’univers.
3.
Vulgarisation moderne
Accessible à un large public, tout en introduisant les idées clés de la cosmologie.
Carlo Rovelli, L’ordre du temps Exploration poétique et scientifique du temps en cosmologie.
Laurent Nottale, La relativité d’échelle Une vision originale qui relie l’infiniment petit et l’infiniment grand.
Hubert Reeves, Patience dans l’azur Un classique de la vulgarisation francophone sur la naissance de l’univers.
Brian Greene, La réalité cachée Traite du multivers et des différentes hypothèses cosmologiques modernes.
4.
Philosophie et cosmologie
Réflexion sur la place de l’homme, le sens du cosmos, les limites de la connaissance.
Trinh Xuan Thuan, Le Chaos et l’harmonie Cosmologie, esthétique, et spiritualité : une synthèse originale.
Jean-Pierre Luminet, L’univers chiffonné Exploration des formes possibles de l’univers : topologie, espace-temps, esthétique.
Michel Cassé, Du vide et de la création Cosmologie et poésie, réflexion sur le vide, la naissance, l’invisible.
5.
Tableau comparatif synthétique Auteur
Approche
Niveau
Angle traité
Weinberg
Scientifique
Avancé
Big Bang, premiers instants
Hawking
Vulgarisation rigoureuse
Moyen
Temps, trous noirs, origine
Rovelli
Philosophie scientifique
Moyen
Temps, relativité
Reeves
Vulgarisation poétique
Accessible
Naissance de l’univers
Luminet
Cosmologie et géométrie
Moyen/Avancé
Formes de l’univers, espace-temps
Greene
Cosmologie spéculative
Moyen/Avancé
Multivers, inflation, dimensions
Deuxième partie :
Ci-après une bibliographie comparative sur l’infiniment petit en physique, organisée par approches théoriques, grandes figures, ouvrages de vulgarisation, et perspectives philosophiques. Cela vous permettra de mieux naviguer selon l’angle souhaité (scientifique, historique, pédagogique ou conceptuel).
1.
Approche scientifique – ouvrages de référence
Ces livres décrivent les fondements de la physique des particules et de la mécanique quantique.
David Griffiths, Introduction to Elementary Particles
Une référence pédagogique en physique des particules. Clair, structuré, utilisé en licence/master.
Claude Cohen-Tannoudji, Mécanique quantique (2 tomes)
Ouvrage complet et rigoureux. Excellent pour comprendre les bases théoriques de l’infiniment petit.
Leonard Susskind, The Theoretical Minimum – Quantum Mechanics
Une série accessible qui couvre les bases de manière rigoureuse mais pédagogique.
2.
Grands noms de la recherche sur l’infiniment petit
Biographies et textes de chercheurs qui ont façonné notre compréhension.
Werner Heisenberg, La Partie et le Tout
Une autobiographie intellectuelle qui explore la naissance de la mécanique quantique.
Richard Feynman, QED: The Strange Theory of Light and Matter
Introduction brillante à l’électrodynamique quantique, par un prix Nobel.
Murray Gell-Mann, Le Quark et le Jaguar
L’un des découvreurs des quarks, qui explore les liens entre complexité et structures fondamentales.
3.
Ouvrages de vulgarisation
Pour une vision large, accessible et souvent métaphorique de l’infiniment petit.
Carlo Rovelli, Helgoland
Vulgarisation brillante de la mécanique quantique relationnelle.
Etienne Klein, Les tactiques de Chronos ou Le Temps qui fait brèche
Physicien et philosophe, il aborde le monde quantique avec une plume claire et stimulante.
Brian Greene, L’Univers élégant
De la théorie des cordes aux dimensions cachées : perspective sur l’infiniment petit.
4.
Perspectives philosophiques et épistémologiques
Réflexion sur ce que signifie « connaître » ou « observer » l’infiniment petit.
Michel Bitbol, Mécanique quantique : une introduction philosophique
Aborde la signification de la théorie quantique du point de vue de la philosophie des sciences.
Bernard d’Espagnat, À la recherche du réel
Une exploration des implications philosophiques de la mécanique quantique.
Niels Bohr, Physique atomique et connaissance humaine
Le fondateur de l’interprétation de Copenhague expose sa vision du monde quantique.
5.
Comparaison des approches (tableau synthétique)
Auteur
Approche
Niveau
Angle traité
Griffiths
Physique fondamentale
Avancé
Particules, interactions
Feynman
Vulgarisation avancée
Moyen
Électrodynamique quantique
Rovelli
Philosophie & vulgarisation
Moyen
Mécanique quantique relationnelle
Klein
Vulgarisation philosophique
Moyen
Temps, incertitude
Bitbol
Philosophie
Avancé
Fondements épistémologie.
Troisième partie :
Donc, ci-après vous trouverez une bibliographie comparative croisée entre l’infiniment petit (physique quantique/particules) et l’infiniment grand (cosmologie), organisée dans un tableau à double entrée. Elle met en lumière les ponts, contrastes et complémentarités entre ces deux domaines.
Tableau comparatif : Infiniment petit vs Infiniment grand
Thématique
Infiniment petit (physique quantique)
Infiniment grand (cosmologie)
Fondements théoriques
Cohen-Tannoudji – Mécanique quantique
Peebles – Principles of Physical Cosmology
Pédagogie universitaire
Griffiths – Introduction to Elementary Particles
Ryden – Introduction to Cosmology
Figures historiques
Heisenberg – La Partie et le Tout
Lemaître – L’Hypothèse de l’atome primitif
Prix Nobel
Feynman – QED
Weinberg – Les trois premières minutes de l’univers
Vulgarisation moderne
Rovelli – Helgoland
Rovelli – L’ordre du temps
Vision inter-échelles
Nottale – La relativité d’échelle (relie les deux)
Nottale – idem
Dimension poétique/philosophique
Bitbol – Mécanique quantique et philosophie
Reeves – Patience dans l’azur ; Cassé – Du vide…
Géométrie / espace-temps
Bohr – Physique atomique et connaissance humaine
Luminet – L’univers chiffonné
Spéculation avancée
Gell-Mann – Le Quark et le Jaguar
Greene – La réalité cachée (multivers)
Questions de réalité
d’Espagnat – À la recherche du réel
Thuan – Le Chaos et l’harmonie
Lectures transversales recommandées
Certaines figures explorent les deux extrêmes simultanément :
Carlo Rovelli : philosophe et physicien, relie le quantique et le cosmique à travers Helgoland et L’ordre du temps.
Laurent Nottale : sa théorie de la relativité d’échelle est une tentative de réunification conceptuelle entre l’infiniment petit et l’infiniment grand.
Jean-Pierre Luminet : bien que focalisé sur le cosmos, il évoque aussi les liens avec la physique fondamentale (théories quantiques de la gravitation).
Voici un plan d’exposé pour le grand public et pour valoriser des travaux plus récents, structuré sur le thème :
« Infiniment petit vs infiniment grand : dialogue entre physique quantique et cosmologie »
Ce plan est conçu pour un exposé ou une dissertation à la fois scientifique et philosophique, avec une progression logique, des références précises et des ouvertures possibles.
Introduction
Accroche : Deux domaines opposés par l’échelle mais réunis par l’ambition de décrire la réalité : l’infiniment petit (quantique) et l’infiniment grand (cosmologie).
Problématique : Comment les lois qui régissent les particules élémentaires peuvent-elles dialoguer avec celles qui décrivent l’univers dans son ensemble ?
Annonce du plan : 1) Deux approches distinctes, 2) Les tensions théoriques, 3) Les tentatives d’unification et les perspectives.
I. Deux visions du réel aux extrêmes de l’échelle
A. L’infiniment petit : la révolution quantique
Principes : incertitude, superposition, non-localité.
Références : Cohen-Tannoudji, Heisenberg, Feynman, Bitbol.
Métaphores (ex. : chat de Schrödinger, dualité onde-corpuscule).
B. L’infiniment grand : la construction cosmologique
Évolution de l’univers : Big Bang, expansion, matière noire, énergie sombre.
Références : Weinberg, Peebles, Hubble, Rovelli, Luminet.
Modèle standard cosmologique et relativité générale.
II. Des lois incompatibles ? Les grandes tensions
A. La gravité, grande absente du monde quantique
Incompatibilité entre relativité générale et mécanique quantique.
Problèmes à l’échelle de Planck (singularités, trous noirs).
B. Les paradoxes aux frontières des deux mondes
Information dans les trous noirs (Hawking).
Origine de l’univers et singularité initiale.
Références : Hawking, Thuan, d’Espagnat.
III. Vers une réconciliation ? Les pistes d’unification
A. Théories candidates à l’unification
Théorie des cordes (Greene), gravité quantique à boucles (Rovelli).
Relativité d’échelle (Nottale) : continuité entre les échelles.
B. Vers une nouvelle vision du réel
Temps et espace comme notions émergentes ?
Philosophie de la connaissance : limites de la modélisation.
Références : Rovelli, Bitbol, Cassé.
Conclusion
Synthèse : Deux pôles extrêmes dont le rapprochement est au cœur de la recherche actuelle.
Ouverture : Et une nouvelle étape scientifique viendrait tisser des liens entre complexité, conscience et structure du réel
Le boson de Higgs est un excellent exemple de passerelle entre l’infiniment petit (physique des particules) et les grandes structures de l’univers (cosmologie). Voici une fiche explicative claire et rigoureuse, que vous pourriez discuter dans la partie I ou II d’un exposé.
Zoom : Le boson de Higgs, la clef de voûte du modèle standard
Définition
Le boson de Higgs est une particule élémentaire prévue théoriquement en 1964 par Peter Higgs et d’autres physiciens. Il a été découvert expérimentalement en 2012 au CERN, dans le Grand collisionneur de hadrons (LHC).
Son rôle dans l’infiniment petit
Il est associé à un champ de Higgs, qui remplit l’univers.
Ce champ interagit avec certaines particules (comme les électrons ou les quarks), leur conférant une masse.
Sans lui, toutes les particules seraient sans masse, comme les photons.
Il s’inscrit dans le modèle standard de la physique des particules, dont il est le dernier élément manquant confirmé.
Conséquences pour l’infiniment grand
La masse des particules est essentielle à la formation de la matière (atomes, étoiles, galaxies).
Le champ de Higgs intervient dans les tout premiers instants de l’univers, juste après le Big Bang, au moment de la brisure de symétrie.
Il pourrait avoir un lien avec l’inflation cosmique (expansion extrêmement rapide de l’univers primordial).
Certains scénarios cosmologiques (comme l’instabilité du vide) dépendent des propriétés exactes du champ de Higgs.
Références clés
Steven Weinberg, Les trois premières minutes de l’univers : implications du Higgs dans l’univers primordial.
Brian Greene, L’univers élégant : le Higgs dans le cadre des théories unificatrices.
Carlo Rovelli, Helgoland : réflexion philosophique sur les champs quantiques.
Conclusion possible
« Le boson de Higgs est plus qu’une particule : c’est un lien fondamental entre la physique des particules et la structure même du cosmos. Par lui, le vide quantique devient source de masse, et la microphysique entre en dialogue avec le destin de l’univers. »
Pascal Guernier, mai 2025.
Thank you!