Avant-propos de l’éditeur

En géométrie, une géodésique désigne la généralisation d’une ligne droite sur une surface. En particulier, le chemin le plus court, ou l’un des plus courts chemins s’il en existe plusieurs, entre deux points d’un espace pourvu d’une métrique est une géodésique.

Ce livre part de l’envie de faire se rencontrer deux individus évoluant dans des milieux très différents, qui auraient eu peu de chance de se croiser, mais unis par la passion qui les anime. Les règles sont simples. Le temps d’un soir, un scientifique et un auteur de littérature parlent de science. Le scientifique lance la discussion en évoquant les résultats d’une de ses recherches, une théorie ou une équation qui lui tient particulièrement à cœur. L’auteur invité s’approprie les concepts et les questions avec sa propre sensibilité. Une occasion de créer des passerelles entre deux mondes qui se méconnaissent, mais surtout de créer un livre hybride, à l’interface de deux cultures.

Ce livre vous invite à découvrir les dix textes scientifiques et les dix créations littéraires qui sont nées de ces rencontres. L’ensemble est illustré par une biologiste-peintre. En espérant que vous apprécierez cette balade entre deux mondes, sur un chemin plus court qu’on ne le pense.

Mélanie GODIN

Renaud LAMBIOTTE

Le 7 mars 2014

Le Grill des Tanneurs, Namur

L’univers invisible

André FÜZFA

Magie du visible et de l’invisible : l’infini retrouvé

Nicole ROLAND

L’univers invisible

Les questions de la forme et de la nature du monde sont probablement aussi vieilles que l’apparition de la conscience humaine. De philosophique et mystique, ces questions se sont faites scientifiques au début du XXe siècle avec l’avènement de la cosmologie physique, basée sur une interprétation géométrique de la gravitation. Imaginé comme immuable, l’univers allait apparaître dynamique. Les observations des galaxies lointaines révélèrent bientôt un mouvement du cosmos dans son ensemble, un monde en évolution permanente : ce fut la découverte de l’expansion cosmologique. La fameuse théorie du Big Bang, qui a hérité son nom d’une tentative de dérision de ses détracteurs, décrit une évolution de l’univers longue de quelque 14 milliards d’années. Le cosmos a évolué depuis un état plus dense et plus chaud, où il était composé d’énergie et de particules élémentaires, jusqu’à nos jours où il s’est considérablement refroidi et dilué, empli de vides que parsème une matière très organisée en atomes, molécules, planètes, étoiles, galaxies et grandes structures cosmiques. Cette expansion cosmologique depuis un univers primordial dense et chaud a été confirmée par plusieurs observations indépendantes de sorte qu’il est devenu impensable aujourd’hui de considérer l’univers comme immuable.

Toutefois, la question de savoir quelle est la forme de l’univers à un instant donné demeure. Pour répondre à celle-ci, il est nécessaire de connaître avec précision de quoi se compose exactement le cosmos. C’est comme déterminer les ingrédients qui composent un gâteau une fois celui-ci cuit, mais sans pouvoir le goûter. En effet, déterminer les ingrédients qui composent le gâteau cosmique est un exercice qui se pratique en grande partie par l’observation et la déduction, et non en laboratoire. Déterminer la forme de l’univers est à ce prix, et la conjugaison de cette forme avec les ingrédients qui l’emplissent permet également d’en déterminer l’évolution future. Ainsi, la quête de la composition de l’univers a amené finalement, vers la fin du précédent millénaire, à une certitude surprenante et imprévue : l’univers n’est composé que d’environ 5% de matière ordinaire, conventionnelle, celle que nous avons expérimentée jusqu’à présent dans nos laboratoires et accélérateurs de particules. Le reste, soit quelque 95%, se composent de deux ingrédients de nature inconnue mais qui ont un effet avéré sur le cosmos. La matière noire tout d’abord, environ 4 fois plus abondante que la matière ordinaire, est cachée au voisinage des galaxies et exerce sur elles et leur environnement son influence attractive en façonnant le cosmos à grande échelle. L’énergie sombre, ensuite, compose le solde des ingrédients de la recette. Elle est l’ingrédient principal du gâteau cosmique, à concurrence d’environ trois quarts du total. Elle ne se manifeste que sur de très grandes distances, révélant sa nature répulsive, une anti-gravité qui accélère l’expansion cosmologique. Ces composantes, matière noire et énergie sombre, semblent insensibles à la lumière ; on n’a pas pu les mettre en évidence directement, seulement les identifier en observant leurs effets sur la matière ordinaire qui en subit les conséquences. Nous savons aujourd’hui que la majeure partie de l’univers est invisible puisque, pour paraphraser Saint-Exupéry, l’essentiel est véritablement invisible pour nos yeux…

André Füzfa

Magie du visible et de l’invisible : l’infini retrouvé

C’est une belle nuit d’été. Allongée sur l’herbe, je contemple les étoiles.

L’astéroïde B 612 est invisible mais je sais que le Petit Prince l’a rejoint depuis longtemps et y a retrouvé sa rose. Tout est empreint de sérénité : pas une feuille ne bouge dans les arbres du verger, les oiseaux ont baissé leurs paupières, les insectes sont endormis.

Le ciel semble immuable et pourtant, je sais que tout est en mouvement ; en ce moment-même, des étoiles meurent, d’autres naissent. Certaines d’entre elles, dit-on, sont le siège de vibrations acoustiques – ces sons, inaudibles pour nous, existent. J’aimerais tant entendre le chant des étoiles, « les étoiles avec leur doux frou-frou »…

À force de les fixer du regard, il me semble qu’elles se rapprochent, s’éloignent, et le ciel est tout empli de leur danse.

En ce moment sans doute, derrière leurs jumelles ou leurs télescopes, d’autres que moi cherchent à identifier les constellations, ces lignes imaginaires qui dessinent dans le ciel des figures géométriques. En ce moment, des astrophysiciens, penchés sur d’énigmatiques formules, calculent, scrutant les mystères de l’univers. Quelle est sa forme ? Quel devenir lui est promis ? Est-il silencieux comme s’en effrayait Pascal au XVIIe siècle ?

Minuit, en été, à se plonger dans les étoiles, à tenter de comprendre le secret qu’elles nous murmurent, ce que veut nous dire leur nom même. Vertige. Larmes de lait d’une galaxie, messages inscrits dans les noms des constellations : le Petit Renard (tiens ?) ; le Cygne ; le Dauphin ; Cassiopée, l’orgueilleuse ; Persée, le valeureux ; Andromède, la toute belle. Non contentes d’éclairer les ténèbres, vous enchantez le monde.

Mais je me perds dans la Voie Lactée. Toutes les étoiles sont allumées dans le ciel. Véga, la plus brillante, scintille dans la constellation de la Lyre et me fait signe. Elle est bleue, elle est belle et rappelle à jamais que si le poète Orphée fut mis en pièces par les Ménades, après sa mort, sa lyre s’inscrivit dans le ciel en lettres de lumière. Et de là, depuis un nombre incalculable d’années, elle nous tient sous son charme. Incalculable ? Je sais bien que c’est faux : la Science nous a appris tant de choses… Mais je rêve. Véga… Les tout premiers hommes déjà la suivaient du regard pour s’orienter et eux, pour qui tout ce qui existe est doublé d’un esprit lui correspondant, auraient peut-être ainsi, en dessinant les figures que leur offraient les étoiles, établi une carte du ciel. Peut-être les animaux qui ornent les parois de leurs grottes seraient-ils le fruit de leur observation patiente des constellations ? La plus vaste salle de Lascaux n’évoque-t-elle pas la voûte céleste par la ressemblance de ses ornementations avec certaines d’entre elles ?

Un des objets préhistoriques les plus mystérieux, conservé au Musée des antiquités nationales de Saint-Germain-en-Laye, une plaquette osseuse datée de 35 000 ans, bien avant Lascaux, donc, porte gravées de minuscules incisions en forme de cercles ou de croissants. Phases de la Lune ? Calendrier lunaire ? Traces de pratiques rituelles ? En tout cas, signe de connaissances astronomiques structurées, venant bouleverser notre façon de penser le monde très ancien, évoquer un rapport au sacré ? De si loin parvenu jusqu’à nous.

Minuit, en été.

À cette heure où des cosmonautes parcourent l’espace et l’interrogent, voués à l’angoisse et à l’exaltation de la découverte, la présence du clignotement des étoiles se fait plus bouleversante encore et notre place sur la planète aussi insignifiante que le plus petit grain de sable. Pourtant, un fil d’or nous relie, nous qui sommes peut-être à l’intérieur les uns des autres, plantes, animaux, humains, poussières d’étoiles… Et cet émerveillement-là, c’est à la Science que nous le devons, à ce qu’elle nous a enseigné, au prix de savants calculs, d’hypothèses vertigineuses, de pistes vérifiables qui ne le sont pas moins.

Si « l’univers est intelligible », pourquoi avoir peur ?

Si « la réalité est loin d’être épuisable », pourquoi ne pas s’en réjouir ?

Si « l’univers est peut-être infini », tout est possible. Tout demeure à espérer.

L’explication scientifique n’a pas tué l’émerveillement devant la beauté du monde : quand on admire les lignes pures du petit Chardonneret, peint au XVIIe siècle par Carel Fabritius, on peut se souvenir qu’à l’échelle microscopique, le support du tableau se transforme en vibrations quantiques d’électrons, de protons et de neutrons, mais l’émotion l’emporte : penser à la douceur du bois sur lequel il fut peint, aux poils du faon qui peut-être ont formé le pinceau de l’artiste, à la matière lumineuse du fond crème duquel l’oiseau se détache. Le minuscule animal de compagnie fascine par le traitement de la lumière, certes, mais aussi par le détail de son plumage, à la tiédeur d’un duvet que les doigts sentent presque. Doux. L’enchantement survient et puisque l’explication scientifique conduit, elle aussi, à l’émerveillement, les savants et les poètes se rejoignent. Là où l’imaginaire est l’amant nocturne du réel, la recherche précise les contours de nos éblouissements et tous deux nous enseignent que si l’élucidation d’un mystère en révèle un autre, l’infini des peurs est aussi l’infini des espérances. Ce qui nous meut, c’est le désir, lié à l’énergie créatrice de la vie.

Qu’est-ce que chercher ? Qu’est-ce qu’écrire ?

Sinon aimer.

Nicole Roland

Le 8 mars 2014

Le Miladiou, Bruxelles

Le théorème H

Jean-Pierre BOON

Le temps passe et ne repasse pas

Caroline DE MULDER

Le théorème H

Jusqu’au début du XIXe siècle, la connaissance s’organise à partir d’une conception pythagoricienne qui a joué un rôle crucial dans l’histoire de la pensée : au moins une part de notre expérience est écrite en termes formels, donc la nature serait décrite en nombres et en rapports de nombres. Ce souvenir du pythagorisme aura un impact déterminant dans la préoccupation épistémologique de la science classique : on recherche l’harmonie et la forme idéale dont la sphère est le prototype, une forme sans rugosités qui permet d’écrire notamment les mouvements périodiques des planètes. C’est une description où le temps est suspendu, paradigme de la science et de l’art classiques dont l’harmonie des sphères (illustrée par Robert Fludd en 1617) est la représentation idéalisée.

Au XIXe siècle, les choses vont changer. Les machines, ces objets mécaniques mettant en application la thermodynamique et l’électromagnétisme qui viennent de se développer, annoncent une révolution industrielle et un monde nouveau va s’ouvrir. Un monde où l’harmonie figée du classicisme va faire place à une conception dynamique. Le physicien autrichien Ludwig Boltzmann (1844-1906) élabore une théorie cinétique dans laquelle il fait l’hypothèse de constituants intimes de la matière, les atomes (dont l’existence n’est pas encore montrée). À partir d’une description des collisions entre particules, Boltzmann va développer la théorie cinétique des gaz et obtiendra en 1872 une équation, l’équation de Boltzmann qui apporte une base microscopique aux lois régissant la mécanique des fluides. L’équation de Boltzmann constitue un des jalons importants de la physique théorique en ce qu’elle établit la connexion entre le comportement des particules à l’échelle microscopique et la description des phénomènes observables à l’échelle macroscopique.

Une des conséquences remarquables de l’équation de Boltzmann est le théorème H : l’entropie de tout système abandonné à lui-même ne peut qu’augmenter (- dH/dt ≥ 0). Des particules rassemblées de façon ordonnée dans une moitié d’une boîte étanche et isolée vont par l’action de l’agitation thermique spontanée se répandre dans toute la boîte de manière désordonnée. Une goutte d’encre qui, sous l’effet de la gravité, tombe dans un verre d’eau claire et se déforme en un entrelacs de filaments colorés ; l’encre, en se diluant, envahit progressivement tout le volume d’eau qui va se colorer légèrement. Jamais les particules ne vont spontanément se réorganiser dans la boîte, jamais la goutte ne se reformera à partir de la solution d’eau colorée. C’est l’inéluctable irréversibilité des phénomènes physiques : la flèche du temps. Georges Perec disait avoir compris la notion d’entropie en constatant qu’une bibliothèque laissée sans surveillance ne peut que se désorganiser.

Henri Poincaré (1854-1912) va, au tournant du XX...