1 Le Monde du physicien Pascal Pralavorio (CNRS-CPPM, Marseille) “ Ce n’est pas ce que vous ne connaissez pas qui vous met dans l’embarras. C’est ce dont vous êtes sûr et qui pourtant n’existe pas.” Mark Twain? “Ce n'est pas le locataire du sixième qui est antifasciste. C'est le fasciste qui est anti-locataire du sixième.” Gabriele dans `Une journée particulière ‘ (Film de E. Scola) Stage 3eme

2 Rappel mathématique Pour mesurer de grandes ou de petites distances, le plus pratique est d’utiliser les puissances de 10 et leur opérations (+, -, x, /). Si a,b  Z Addition: 10 a x10 b = 10 a+b Soustraction: 10 a /10 b = 10 a-b Multiplication: (10 a ) b = 10 axb Division: (10 a ) 1/b = 10 a/b NOTE: 10 0 =1, 10 -a =1/10 a, 10 1/2 =√10 [10 a =e axln(10) ] Permet d’exprimer des très grands nombres avec des très petits et de réduire le nombre de signe utilisés ! - 10, 100, 1000, 10000, … , 10 2, 10 3, 10 4, … [Descartes ``invente’’ l’exposant, La Géométrie 1637] - 1, 2, 3, 4,

Stage 3eme3 Grandeurs en Physique Comment mesurer l’espace [L], le Temps [T], la quantité de Matière [M] ?  Révolution Française ( ) : [L] = m, [T]= s, [M]=kg, ….  Mis en place aussi du système décimal (dm, cm, mm, ….)  Système de Planck (1900): l’Univers a été crée avec 3 3 constantes fondamentales  Vitesse de la lumière Maxwell (1862) : c = [L]/[T] = m.s -1  Attraction entre 2 corps massif Newton (1687) : G = [L] 3 /([T] 2 [M]) = m 3.s -2.kg -1  Dynamique des quanta ≈ Action Planck (1900) : h = [L] 2 [M]/[T] = m 2.s -1.kg Gedankenexperiment : Planck inverse le problème et déduit un système de mesure [L] = L P, [T] = T P, [M] = M P adapté pour l’infiniment grand/petit

3 3 constantes fondamentales  Attraction entre 2 corps massif Newton (1687) : G = m 3.s -2.kg -1  Vitesse de la lumière Maxwell (1862) : c = m.s -1  Dynamique des quanta Planck (1900) : h = m 2.s -1.kg = GeV.s 1eV=10 -9 GeV≈ J = m 2.s -2.kg Trouver le plus petit temps [Temps de Planck, s] Trouver la plus petite distance [Longueur de Planck, m] Trouver le plus petit volume [Volume de Planck, m 3 ] Trouver la plus grande densité [Masse de Planck, kg.m -3 ] Trouver la plus grande masse [Masse de Planck, GeV ou kg] Stage 3eme4

km km (10 8 m) km km (10 9 m) 1 a.l 1 a.l (10 16 m) 0.1 a.l 0.1 a.l (10 15 m) Terre-Soleil m u.a. = unités astronomique a.l. = années lumière 7 u.a. 7 u.a. (10 12 m) 0.7 u.a. 0.7 u.a. (10 11 m) Terre-Lune m Soleil- Proxima du Centaure 4, m Terre-Venus m Soleil-Neptune m Ceinture de Kuiper / Nuage de Oort Noyau 10 fermi Proton 1 fermi 1 fermi 1 fermi ( m) W,Z,H <0.001 fermi Diamètre Voie lactée (3x10 11 étoiles) m Groupe local (>10 galaxies) m Amas de la Vierge 1, m Superamas de la vierge m Univers observable 4, m ?? LPlanck LPlanck ( m) !! Inconnu!! Leptons, quarks ou cordes??? a.l a.l (10 22 m) Stage 3eme5

6 Le monde du Physicien (1) S. Glashow (prix Nobel 1979), extrait d’une interview pour le NewYork Time Magazine cm Horizon des particules: cm Ses objets … 0.3 pc = 1annee-lumiere=10 16 m Age de l’Univers t U = s Temps conforme (FLWR BigBang):  U = s

Stage 3eme7 Le monde du Physicien (2) S. Glashow (prix Nobel 1979), extrait d’une interview pour le NewYork Time Magazine cm Horizon des particules: cm Ses objets … et ses forces !

Stage 3eme8 Le monde du Physicien (3) Qu’a-t-on exploré ? ``Une théorie qui n'est réfutable par aucun événement qui se puisse concevoir est dépourvue de caractère scientifique » L Popper] Visible InVisible ``Connu” ``Inconnu” “Connu” “Inconnu” <1610 Fin XIXe Fin XXe LHC

3 3 constantes fondamentales  Attraction entre 2 corps massif Newton (1687) : G = m 3.s -2.kg -1  Vitesse de la lumière Maxwell (1862) : c = m.s -1  Dynamique des quanta Planck (1900) : h = m 2.s -1.kg = GeV.s 1eV=10 -9 GeV≈ J = m 2.s -2.kg hc/(2  )=2x GeV.m L’ énergie nécessaire à la collision de particules distantes de la longueur de Planck L P =(Gh/(2  c 3 )) 1/2 ~ m était disponible a un temps égal à L P /c = t P = (Gh/(2  c 5 )) 1/2 ~ s. A ce temps, la densité de l’Univers était de d P = 2  c 5 /(hG 2 ) ~ kg.m -3, avec dans un volume de Planck de V P = (Gh/(2  c 3 )) 3/2 ~ m 3, une masse de Planck de M P = (hc/(2  G)) 1/2 ~ kg ~10 19 GeV  Trou noir quantique avec un horizon des évènements (v lib =c) proche de sa longueur de Compton P = h/(2  M P c) = L P =2x m et de la taille de l’Univers à t P  Dans ces conditions, l’espace-temps continuum classique n’existe plus : nouvelle théorie nécessaire: i)Théorie des cordes ou ii) gravité quantique à boucle ou iii) geometrie non commutative … pi= G=6.7e-11 // m^3.s^-2.kg^-1 c=3e8 // m.s^-1 h=6.6e-34 // m^2.s^-1.kg=J.s GGeV=6.7e-39*h*c/(2*pi) //(GeV/c^2)^-2 hGeV=4.1e-24 // GeV.s Lp=pow((G*h)/(2*pi*pow(c,3)),0.5) // m tp=Lp/c // s Vp=pow((G*h)/(2*pi*pow(c,3)),1.5) // m^3 Mp=pow(h*c/(2*pi*G),0.5) // kg MpGeV=pow(h*c/(2*pi*GGeV),0.5) // GeV/c^2 dp=Mp/Vp // kg.m^3 Lambp=h*c/(2*pi*Mp) // m etau=1.5e18 // s Conformal time in FLWR metric Lu=c*etau // m and not c*tU because of accelerated expansion a(t) je, néant, vide, rien  Je n'ai envie de rien Interprétation physique Stage 3eme9