Et l'atmosphère ne brûla pas - Histoire et philosophie des particules élémentaires

Damien Gayet

La physique décrit-elle vraiment le réel ? Les philosophes contemporains se déchirent toujours sur ce sujet. Cet ouvrage confronte leurs théories à l'aune de l'histoire, passionnante, de la physique atomique puis nucléaire.

En arrière-plan, un rapport incroyable de 1945 rédigé à Los Alamos et classé secret-défense pendant quarante ans, estimant la possibilité infernale de l'embrasement total de l'atmosphère lors d'une explosion nucléaire.

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Un article de physique glaçant

Lors de l'explosion de la première bombe nucléaire en 1945, les physiciens de Los Alamos avaient envisagé un scénario apocalyptique : que l'atmosphère terrestre tout entière s'embrase. Dans un article de physique, interne et resté secret pendant quarante ans, trois physiciens démontrèrent que cette possibilité n'en était en fait pas une.

En d’autres termes, la fusion des noyaux transforme de paisibles atomes en de furieuses boules de billard qui percutent les autres molécules et propagent ainsi la chaleur. Cette chaleur permet la fusion de nouveaux atomes et au final, menace de se propager partout dans l’atmosphère.

Fallait-il pour autant faire confiance à ces vingt pages de physique nucléaire et risquer, peut-être, la destruction de la vie sur Terre ? Pour répondre à cette question, il faut comprendre pourquoi les physiciens avaient une telle confiance en la physique de leur époque, qui pourtant était très récente. Par exemple, la mécanique quantique n'avait que vingt ans d'existence, et la théorie de la fusion nucléaire à peine plus de dix ans.

Une plongée dans l'histoire de la physique quantique

L'ouvrage retrace l'histoire de l'atome, de l'électron, du photon, du proton et du neutron, ainsi que de la mécanique quantique. Pour comprendre la foi dans les théories et les expériences, la lectrice et le lecteur sont plongés dans les articles originaux et les modes de penser les phénomènes physiques de l'époque. Et ce, de façon accessible à tous.

Exemples : L’audace de de Broglie est double : non seulement il inverse l’idée d’Einstein, c’est-à-dire qu’il associe à une particule une onde, mais il autorise cette dualité à toutes les particules élémentaires

À l’origine créée pour comprendre des particules comme l’électron, la mécanique quantique, appliquée à la lumière, a engendré un sous-produit ontologique tout à fait extraordinaire : la possibilité de faire apparaître et disparaître des particules !

À la fin de ce parcours historique, une inquiétude surgit naturellement : comment croire que la physique décrive le réel, et donc que l'article de Los Alamos soit vrai, si les théories évoluent régulièrement ? Et surtout, si les représentations des objets physiques changent parfois du tout au tout, comme ce fut le cas de l'électron, passé en six mois de particule à onde ?

Le réalisme, l'empirisme et le structuralisme sur le ring de LA-602

Ce changement parfois brutal des conceptions des objets physiques est le pilier de l'empirisme, selon lequel la physique n'est pas censée décrire le réel. Mais le réalisme, selon lequel la physique décrit approximativement, et de mieux en mieux, la nature, a, lui aussi, des arguments de poids, comme les prédictions nouvelles et réalisées des théories. Le structuralisme, une version audacieuse du réalisme, tente quant à lui de répondre au problème du changement des théories.

L’empiriste accuse le réaliste de minimiser les changements de représentations des choses lors des changements de théories, tandis que le réaliste accuse l’empiriste de nier que si la physique a tant besoin d’objets théoriques et possède un tel succès, c’est bien que ces objets existent dans la réalité.

Dans ce livre, l'auteur présente tous les arguments des trois camps, et à chaque fois les étudie au fil de l'histoire originelle de la physique atomique et nucléaire.

Exemple : La théorie de Wien-Planck fonctionnait bien pour les faibles températures, mais moins pour les températures plus élevées. Grâce à cette affaire, nous allons constater in vivo la mise en œuvre de ce fameux argument philosophique contre le réalisme, la sous-détermination.

En dernier lieu et une fois les écueils et les forces de chaque position présentée, l'auteur expose une version désenchantée du réalisme qui semble répondre à toutes les apories soulevées par les uns et les autres : Nous allons proposer une version désenchantée du réalisme, qui tient compte de la lourde malédiction de l’induction pessimiste, tout en s’appuyant sur la considérable conviction générée par l’argument de l’absence de miracle, ainsi que les constats que nous venons de faire sur la croyance forte en l’existence des particules.

En résumé, pour les passionnés de philosophie des sciences, ce livre fournit une quantité incroyable d'exemples et de concepts physiques disséqués sous le scalpel philosophique. Pour les passionnés de physique, cet ouvrage, non seulement présente, dans son histoire originelle, les grandes découvertes autour de la matière, mais éclaire aussi d'une lumière philosophique la physique.

Les particularités de ce livre

Cet ouvrage présente trois particularités. La première, et sans doute la plus fondamentale, réside dans les sources. Chaque affirmation est étayée par une citation d'un article originel ou d'un livre, que ce soit pour la physique ou la philosophie. La seconde, c'est la présence de nombreuses anecdotes qui permettent d'appréhender le monde social, politique et culturel dans lequel les scientifiques vivaient et travaillaient.

Exemple : L’un des auteurs du fameux article [...] est une femme, Margaret Burbidge. En 1972 elle est nommée directrice de l’Observatoire royal de Greenwich. Depuis 1675, tous les directeurs de cette institution étaient automatiquement nommés Astronomer Royal, un joli titre à l’anglaise. Or, pile en 1972, cette règle vieille de 297 ans ne s’applique bizarrement pas pour Burbidge, qui devient la première à ne pas obtenir le titre [...]

Enfin, l'auteur, amoureux des images, a exhumé de très nombreux dessins et représentations graphiques, souvent inconnus et issus des articles originaux. Et pour le plaisir des yeux, de nombreux tableaux de peinture égaient le discours.