Préface ----- 009

1.
Antimatière ----- 025
Pourquoi l'univers n'est-il pas vide et contient-il quelque chose ?
2.
Entropie ----- 079
D’où vient le temps ? Quelle est la véritable nature du temps ?
3.
Principe Cosmique ----- 127
- Pourquoi fait-il nuit la nuit ?
4.
Emmy Noether ----- 181
- Une personne qui a découvert la signification profonde de la symétrie
5.
Théorie de la relativité ----- 219
- Pourquoi la communication en temps réel entre les galaxies est-elle impossible ?
6.
Gravité ----- 261
- Pourquoi les trous noirs ne peuvent-ils pas exister éternellement ?
7.
Échange de particules ----- 311
- Principe de fonctionnement d'un appareil de voyage spatial
8.
Tourner ----- 337
- Pourquoi ne suis-je pas un « gaz d'hélium conscient » ?
Quel effet un morceau d'étoile à neutrons a-t-il sur moi ?
9.
Boson de Higgs ----- 375
L'origine de la masse et pourquoi la physique est différente de la philatélie
10.
Symétrie cachée ----- 423
- Pourquoi les objets reflétés dans un miroir paraissent-ils plus proches qu'ils ne le sont en réalité ?

Annexe 1.
Liste des résidents du Zoo des Particules ----- 464
Annexe 2.
Petit dictionnaire de symétrie ----- 466
Lectures complémentaires ----- 470
Références ----- 472
Remerciements ----- 489
Note du traducteur ----- 493
Recherche ----- 497

Symétrie et Emmy Noether : les héros méconnus qui ont mené la révolution en physique moderne

Pourquoi l'univers n'est-il pas vide, mais rempli de quelque chose ? Pourquoi le ciel nocturne est-il noir ? Si l'antimatière existe, les antihumains pourraient-ils exister aussi ? Pourquoi le temps ne comporte-t-il que le passé, le présent et le futur ? Comment le temps et l'espace sont-ils devenus semblables à des ailes de papillon ?

Dans son livre intitulé « L’Univers dans le rétroviseur », le physicien Dave Goldberg apporte des réponses claires et humoristiques à toutes ces questions, en se concentrant sur le mot-clé « symétrie ».
La symétrie est un concept fondamental qui a engendré des développements révolutionnaires à la base de la physique moderne, de l'astrophysique à l'échelle cosmique à la physique des particules à l'échelle subatomique, sans pour autant avoir jamais occupé une place prépondérante en physique au cours du siècle dernier.
Le livre met également en lumière Emmy Noether, une mathématicienne peu connue mais brillante qui a posé des bases solides pour la physique moderne en tant que maîtresse de la symétrie.

Antimatière, relativité, modèle standard, double hélice de l'ADN, gravité et trous noirs…
Le mot-clé puissant qui imprègne tout : symétrie

« Nous ne devons jamais oublier que ce que nous voyons n’est pas la véritable nature de la nature, mais ce que la nature nous révèle en réponse à la manière dont nous posons les questions. » – Werner Heisenberg

Pourrait-il exister un autre « moi » dans un autre univers ? Comment l’univers et la matière sont-ils apparus ? La poursuite de ces questions fondamentales nous amène inévitablement à nous heurter à des limites qui semblent trop petites ou trop grandes, comme si la connaissance était hors de portée de l’être humain.

« L'Univers dans le rétroviseur », du physicien Dave Goldberg, est un ouvrage de vulgarisation scientifique stimulant qui explique le monde microscopique invisible à partir du monde macroscopique en utilisant le seul mot-clé de « symétrie ».
Il propose une introduction facile à comprendre à ce que la physique moderne a à dire sur la signification de la symétrie de l'univers, sur ce qui se passe lorsque certaines symétries sont brisées et sur les raisons pour lesquelles tout, y compris nous, existe.


En particulier, en retraçant la vie et les réalisations d'Emmy Noether, une mathématicienne de génie restée jusqu'ici méconnue, dans le contexte d'une physique centrée sur la symétrie, ce livre nous rappelle également pourquoi le « théorème de Noether » est le fondement de la physique moderne.
Les talents d'écriture exceptionnels de l'auteur, qui abordent avec brio des sujets de physique complexes et un esprit vif, sont véritablement admirables.
Il sera peut-être difficile de trouver un autre livre de physique à la fois aussi drôle et aussi sophistiqué et aussi stimulant, sans jamais être ennuyeux.


Un nouveau venu dans le monde scientifique, capable même de plaisanter comme Feynman.
« Une fois qu’on l’a compris, on ne peut plus s’en passer. » – Richard Gott, professeur d’astrophysique à l’université de Princeton

L'auteur nous guide dans un monde reflété dans un miroir pour nous montrer que tout dans l'espace et le temps est formé par une symétrie cachée.
L’univers vu dans le rétroviseur, où les électrons ont une charge positive au lieu d’une charge négative, où le cœur bat du côté droit de la poitrine au lieu du gauche, et où le temps s’écoule à rebours, est un endroit merveilleux et fascinant.
L'univers vu dans le rétroviseur, où la matière se transforme en antimatière, où la gauche et la droite sont inversées et où le temps s'écoule à l'envers, est clairement différent de l'univers réel, mais d'un autre côté, il est parfaitement symétrique et paraît plus proche qu'il n'y paraît.

Un univers symétrique est beau.
Mais notre univers n'en est que plus beau et intéressant car une partie de sa symétrie est brisée.
L'auteur explique la symétrie qui existe ou a existé dans l'univers et le processus de rupture de cette symétrie jusqu'à nos jours, en utilisant des métaphores simples et une logique concise.
Alors que de nombreux ouvrages de vulgarisation scientifique explorent l'unification des lois physiques, celui-ci va plus loin en se concentrant sur les symétries fondamentales, révélant ainsi la beauté de l'univers d'une manière plus éclatante.
De plus, le style unique et vivant de l'auteur, débordant d'un esprit original, s'étend de la galaxie infinie au monde particulaire vide, ne laissant aucune place à l'ennui pour les lecteurs.
L'humour et la profondeur des réflexions de l'auteur, son enthousiasme communicatif et son rythme soutenu et passionnant rendent la physique accessible à tous.


Pourquoi la symétrie est-elle importante ?

Du Big Bang au boson de Higgs, la clé pour comprendre l'univers réside dans la symétrie et ses limites.
L'auteur souligne constamment l'importance de la symétrie tout au long de cet ouvrage.
En réalité, le début de l'univers fut une période de symétrie suivie d'une rupture de symétrie.
L'énergie incroyablement chaude au début de l'univers a créé d'innombrables paires de particules et d'antiparticules (particules et antiparticules dont la masse est égale à leur énergie divisée par le carré de la vitesse de la lumière), et les paires de particules et d'antiparticules de charges opposées ont été annihilées.


Tout a commencé de manière symétrique, mais très vite (dans les 10 à 35 secondes qui ont suivi le Big Bang), la symétrie a été brisée par une minuscule erreur, et les galaxies, les étoiles, les planètes et les humains, tous constitués de particules comme unités de base, ont pu exister dans l'univers.
La particule de Higgs, la dernière particule découverte dans le cadre du Modèle Standard qui a apporté une réponse à la question ultime de la composition du monde, est elle aussi un produit de la symétrie et de la brisure de symétrie.
Le champ de Higgs, qui était symétrique dans l'univers primitif, s'est effondré au fil du temps et du refroidissement rapide de l'univers, donnant une masse à d'autres particules (en particulier les particules W et Z0, qui sont actuellement les médiateurs de la force faible), et le boson de Higgs a acquis une importance considérable.


L'univers est régi par des forces aléatoires depuis 13,7 milliards d'années, ce qui entraîne la rupture de la symétrie, mais l'ordre fondamental demeure.
Les lois physiques, telles que la loi de conservation de l'énergie, ne changent pas avec le temps et s'appliquent de la même manière dans tout l'univers ; la force gravitationnelle entre le soleil et les planètes agit de manière égale dans toutes les directions ; même un trou noir qui engloutit tout finit par émettre de l'énergie de rayonnement et disparaît complètement ; le temps, qui s'écoule dans une seule direction, établit une relation de cause à effet ; et le matériel génétique, l'ADN, est constitué de deux hélices qui semblent s'entrelacer et tourner, de sorte que les caractéristiques des parents sont transmises intactes à leur descendance.
Bien que les lois de la nature soient symétriques, cette symétrie est obscurcie par le hasard à nos yeux, qui vivons dans un univers quantique.


Emmy Noether, une mathématicienne reconnue par Einstein

Ce livre passe en revue tous les géants qui ont marqué l'histoire de la physique, et parmi eux, Emmy Noether est présentée avec une attention toute particulière.
Pourquoi la symétrie intervient-elle dans les lois physiques qui expliquent l'ordre de la nature, et que signifie-t-elle en physique ? Noether a élucidé mathématiquement la relation entre symétrie et quantités conservées, apportant une réponse claire à cette question fondamentale.

Le théorème de Noether est un fondement aussi important de la physique moderne que le premier commandement de la relativité restreinte : « Aucun objet ne peut se déplacer plus vite que la lumière. »
Noether, qui a découvert le « théorème de Noether », mériterait d'être appelé le second Einstein, mais il n'a pas été correctement évalué et est tombé dans l'oubli.
En effet, Einstein l'a qualifiée de « plus grand génie mathématique depuis que l'enseignement supérieur est ouvert aux femmes ».


Ce livre est également remarquable en ce qu'il regorge d'éléments qui réévaluent la vie et les réalisations de la mathématicienne de génie, Emmy Noether, au destin tragique.
Née dans une famille juive en Allemagne à peu près à la même époque qu'Einstein, elle rêvait depuis son plus jeune âge de devenir mathématicienne, mais elle fut bloquée par la culture universitaire de l'époque, extrêmement exclusive aux femmes, et vécut une vie malheureuse.


David Hilbert, le mathématicien allemand célèbre pour le « paradoxe de Hilbert », invita Emmy Noether à l'université de Göttingen pour approfondir ses études sur la symétrie, mais lorsque l'université ne la traita pas correctement, il entra dans une colère noire et compara l'université à un établissement de bains avec des entrées séparées pour les hommes et les femmes.
Noether n'a jamais bénéficié des honneurs accordés aux plus grands érudits simplement parce qu'elle était une femme, mais grâce à sa passion pure pour l'apprentissage et à ses recherches persistantes sur la symétrie, elle a découvert le « théorème de Noether », qui stipule que « pour chaque symétrie, il existe un invariant correspondant ».
Avec cette simple phrase, les concepts de la physique, jusque-là dispersés comme des grains de sable, furent organisés mathématiquement, et la physique moderne put entreprendre le grand voyage de « l'unification ».


La symétrie va au-delà de la simple notion d'accord ou d'inversion, communément appelée décalcomanie ou symétrie circulaire, c'est-à-dire que les côtés gauche et droit sont identiques autour d'un axe.
En mathématiques et en sciences, si un objet conserve la même apparence avant et après transformation, on dit qu'il possède une symétrie.
Phil Anderson, lauréat du prix Nobel de physique, a déclaré :
« Pour le dire un peu, un peu de façon exagérée, la physique est l’étude de la symétrie. »
«Plus besoin de râler.»