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Les voies de la lumière
: Physique et métaphysique du clair-obscur.
Grand Prix Moron de l'Académie
Française (2007)
Lien
vers l'Editeur Fayard
- Fayard (2007)
- Poche : Collection Folio-Essais, Editions Gallimard (à
paraitre en 2008)
- Vietnamese edition, Editions Tre (à paraitre en 2008)
4ème de couverture :
La lumière nous lie au cosmos. Mais elle n'est pas seulement
essentielle à l'astronome. Nous sommes tous ses enfants.
Celle qui vient du Soleil est source de vie. Qu'elle soit naturelle
ou artificielle, la lumière nous permet non seulement de
contempler le monde, mais aussi d'interagir avec lui et d'y évoluer.
Elle ne donne pas seulement à voir, elle donne aussi à
penser. Des temps les plus reculés jusqu'à nos jours,
la lumière a toujours fasciné l'esprit des hommes,
qu'ils soient scientifiques, philosophes, artistes ou religieux.
J'ai voulu retracer ici l'histoire épique des efforts que
l'homme a fournis pour pénétrer au cœur du royaume
de la lumière et percer ses secrets. J'ai désiré
explorer non seulement les dimensions scientifiques et technologiques
de la lumière, mais aussi ses dimensions esthétiques,
artistiques et spirituelles. J'ai souhaité étudier
non seulement la physique de la lumière, mais aussi sa métaphysique.
Mon dessein a été de savoir comment la lumière
nous permet d'être humain.
Trinh Xuan Thuan est originaire de Hanoi. Astrophysicien, il
est professeur à l'université de Virginie, après
avoir fait ses études à Caltech et à Princeton,
aux États-Unis. Il est l'auteur, entre autres, de La Mélodie
secrète, du Chaos et l'Harmonie, de L'infini dans la paume
de la main (avec Matthieu Ricard), et d' Origines, la nostalgie
des commencements.
Extraits
La lumière touche chaque aspect de notre existence.
Je regarde à travers la fenêtre pendant que j’écris.
Se dessine un paysage d’hiver en Virginie. Le Soleil doré
brille de tous ses feux dans un ciel bleu immaculé révélant
des arbres aux troncs bruns dénudés, des maisons blanches
cachées derrières les arbres dont je devine les lignes
géométriques, des voitures garées ça
et là. Seuls des écureuils à la pelure grise
qui gambadent sur le sol nu et voltigent de branche en branche perturbent
la sérénité de la scène hivernale. En
somme, un ensemble familier de dessins, de motifs, d’images
et de couleurs que la lumière révèle à
mes yeux et à mon esprit. La lumière nous permet de
nous connecter avec le monde extérieur et de nous y insérer.
La lumière est le support de la vision qui, plus que tout
autre sens, domine notre vie mentale. Elle fait que l’expérience
visuelle est si riche, si nuancée, si détaillée
que nous ne pouvons plus distinguer celle-ci de l’expérience
du monde lui-même. Même quand nous ne regardons pas
le monde directement, nous ne pouvons pas nous empêcher de
l’imaginer et de nous le représenter dans notre esprit
en images. La lumière nous permet de connaître le monde
et de construire une base de données qui guide notre fonctionnement
et nos actions.
Je promène mon regard dans la chambre. Tout me parle de
lumière : l’écran illuminé de mon
ordinateur où le texte défile devant mes yeux, la
lampe qui remplira mon bureau d’une lumière diffuse
douce au simple déclic d’un interrupteur, la chaîne
haute-fidélité d’où sortent les notes
d’une sonate de piano de Chopin gravée sur un compact
disc et lue par un faisceau lumineux appelé laser, le lecteur
DVD qui me sert à visionner des films qui ne sont autres
que de la lumière convertie en signaux digitaux et enregistrée
sur un support métallique, des photographies suspendues au
mur, résultats de la capture de la lumière par des
émulsions chimiques, la radio ou le poste de télévision
qui me permettent d’avoir accès presque instantanément
à tous les événements du monde, ou d’écouter
et de regarder mes artistes préférés. La lumière
a transformé le globe en un village global : le réseau
des fibres optiques qui véhicule les signaux lumineux a permis
de connecter les ordinateurs du monde entier : je peux envoyer
un courrier électronique qui parviendra presque instantanément
à mon destinataire depuis mon bureau jusqu’aux coins
les plus reculés du monde.
La lumière est source de vie
La lumière fait partie intégrante de notre vie quotidienne.
Elle est si omniprésente que nous la tenons pour évidente
et la traitons avec indifférence, jusqu’à ce
qu’elle s’absente et nous manque. Ainsi nous saluons avec
émerveillement et soulagement le lever d’un nouveau
jour avec ses promesses et ses espoirs, mettant fin à la
nuit et à son obscurité regorgeant de menaces vagues
et imprécises, frayeurs ancestrales qui datent de temps immémoriaux.
La lumière est le contraire de l’ombre. Le soir, quand
le Soleil descend bas vers l’horizon, ses rayons dorés
obliques éveillent en nous un sentiment de nostalgie, de
regret et de perte inconsolable. Un ciel bleu et lumineux met du
baume dans notre cœur alors qu’un ciel nuageux et sombre
remplit notre esprit d’un spleen baudelairien.
Mais nous sommes reliés à la lumière de manière
encore plus fondamentale. Elle est la raison même de notre
existence. Toute vie sur Terre dépend de la lumière
solaire. Elle est en effet responsable de la photosynthèse.
Les molécules de chlorophylle des plantes vertes en absorbant
la lumière du Soleil déclenchent une chaîne
de réactions chimiques qui convertissent l’eau et le
gaz carbonique de l’atmosphère terrestre en oxygène
et en molécules de sucre (on les appelle des hydrates de
carbone). Ces molécules servent en quelque sorte à
stocker l’énergie solaire. Les humains sont incapables
d’accomplir cette conversion. L’énergie solaire
nous est servie sur un plateau par la consommation de plantes ou
de la chair des animaux qui se nourrissent de plantes. C’est
la moisson de la lumière par les plantes qui définit
la chaîne de la nourriture responsable de notre existence.
La lumière est donc source de vie. Elle nous permet de percevoir
et comprendre le monde, d’évoluer en lui et d’interagir
avec lui, de coloniser les terres et les océans et de conquérir
l’espace. Elle nous permet d’apprécier la beauté,
la splendeur et l’harmonie de l’univers qui nous entoure.
Elle règle le rythme interne de nos corps. Mais, il existe
un grand paradoxe : si la lumière nous permet de voir
le monde, elle n’est elle-même pas visible s’il
n’existe pas des objets dans son environnement qui interceptent
son trajet et la mettent en évidence. Ainsi si vous projetez
de la lumière dans un récipient fermé et prenez
soin que la lumière ne tombe sur aucun objet ni sur aucune
surface, vous ne verrez que de l’obscurité. C’est
seulement quand vous introduisez un objet dans le chemin de la lumière
et que vous le voyez illuminé que vous vous rendez compte
que le récipient est rempli de lumière. De la même
façon, un astronaute qui regardera par le hublot de sa cabine
spatiale ne verra que le noir d’encre de l’espace profond
bien que la lumière solaire est tout autour de lui. Celle-ci
ne tombe sur rien, et donc ne peut être vue.
Qu’est-ce que la lumière ? Quelle est son origine ?
Quelle est la nature de cette chose merveilleuse et étrange
qui nous permet de voir autour de nous sans être vue elle-même
sans le concours d’objets qui se trouvent sur son chemin ?
Comment percevons nous les images du monde extérieur? Quelle
est la nature de ces images ? Comment mon cerveau interprète-t-il
l’information contenue dans ces images ? Ces questions
ont préoccupé les plus grands penseurs depuis plus
de 2500 ans. Parce que la lumière a été longtemps
considérée comme l’élément le plus
noble de la Nature, et l’œil l’organe le plus noble
du corps humain, les plus grands esprits – Aristote, Ptolémée,
Alhazen, Léonard de Vinci, Kepler, Newton, Goethe, Einstein
et bien d’autres encore– se sont penchés sur le
problème de sa nature. L’étude de la lumière
a été lente à se développer historiquement,
et le chemin qui a mené au déchiffrage de ses secrets
et mystères a été parsemé d’erreurs
et d’égarements de la pensée, de fausses routes,
d’impasses et de culs de sac, mais aussi illuminé par
de fulgurantes intuitions et de brillants actes de créativité.
Et cela parce qu’elle fait intervenir non seulement des éléments
physiques (comment l’image vient dans l’œil), mais
aussi physiologiques (comment l’œil fonctionne) et psychologiques
(comment le cerveau interprète l’image). Comprendre
la lumière, c’est aussi déchiffrer les mystères
de l’oeil et du cerveau. La lumière, la vision et l’activité
neuronale sont inextricablement liées.
Table des Matières
AVANT-PROPOS 11
I
L'ŒIL ANTIQUE ET LE FEU INTÉRIEUR
La lumière touche chaque aspect de notre existence, 21 –
La lumière est source de vie, 22 – L'empire de la lumière,
24 – La lumière se propage en ligne droite, 25 –
Le feu des yeux d'Empédocle, 27 – Les simulacres de
Leucippe, 28 – Les rêves de Démocrite, 29 –
La lumière métaphysique de Platon, 30 – Aristote
et la lumière qui active la transparence de l'air, 32 –
Euclide et la géométrie de la vision, 35 – Ptolémée
et la roue des couleurs, 37 – Pour Galien, le siège
de la vision est la lentille, 39 – Le monde islamique reprend
le flambeau, 40 – Alhazen fait table rase du « feu intérieur
» et inverse les rayons lumineux, 42 – L'œil récepteur
d'images, 43 – Le sens des distances et des couleurs, 46 –
La lumière métaphysique de Robert Grosseteste et de
Roger Bacon, 47 – Léonard de Vinci et la chambre noire
de l'œil, 49.
II
« QUE NEWTON SOIT, ET TOUT FUT LUMIÈRE »
LA GRANDE RÉVOLUTION SCIENTIFIQUE
Kepler et la révolution copernicienne, 53 – La rétine
est le siège de la vision, 55 – La vision se fait à
la fois dans l'œil et dans le cerveau, 56 – Le doute de
Descartes, 57 – La vision est comme le bâton d'un aveugle,
59 – Descartes et la naissance de la neurophysiologie, 60
Rimer et la vitesse de la lumière, 62 – La réfraction
de la lumière
casse » les crayons, 64 – La lumière ralentit-elle
ou va-t-elle plus vite en pénétrant dans un milieu
plus dense ?, 67 – Fermat et le principe d'économie
de la nature, 69 – Le problème du maître nageur,
70 – Grimaldi et la diffraction, nouveau mode de propagation
de la lumière, 72
– Huygens et la nature ondulatoire de la lumière, 74
– L'éther, substance impalpable et mystérieuse,
76 – Newton, génie solitaire, 78 – Le prisme de
Newton, 81 – Les sept couleurs primaires, 83 – Le réflecteur
de Newton, 85 – Les corpuscules de lumière, 90 –
Des nuages noirs à l'horizon, 91.
III
L'INSOUTENABLE ÉTRANGETÉ DE LA LUMIÈRE :
LE DOUBLE VISAGE ONDE/PARTICULE
Pour ou contre Newton, 95 – Quel est le nombre de couleurs
primaires ?, 96 – Euler, la lumière et le son, 98 –
Les couleurs résultent d'une immense symphonie de vibrations,
100 – Ajouter de la lumière à la lumière
peut produire de l'obscurité, 102 – Les franges d'interférence
de Thomas Young, 104 – La longueur d'onde de la lumière,
106 – Les couleurs et les sensations élémentaires,
108 – Fresnel donne une assise mathématique au principe
d'interférence, 110 – Pourquoi le son contourne-t-il
les coins de rue, alors que la lumière ne le fait pas ?,
112
– Fresnel et les lunettes de soleil, 113 – L'électricité
et le magnétisme ne sont que deux facettes d'une seule et
même réalité, 115 – Les lignes de force
de Faraday, 118 – La lumière naît du mariage de
l'électricité et du magnétisme, 122 –
Un monde interconnecté par la lumière, 124 –
L'espace absolu de Newton, 125 – Pourquoi l'éther ne
freine-t-il pas le mouvement de la Terre ?, 127 – Mort de l'éther,
128 – Courir à la vitesse de la lumière, 131
– Une année miraculeuse, 133 – Le temps et l'espace
s'accouplent et deviennent élastiques, 135 – Des voyageurs
dans le temps, 136 – Une fontaine de jouvence qui permet de
voyager dans le futur, 138 – Le mur de la vitesse de la lumière,
140 – Des particules qui voyagent plus vite que la lumière
?, 141 – L'expansion de l'univers et le mur de la vitesse de
la lumière, 142 – Nous vivons dans un monde newtonien
plutôt qu'einsteinien, 143 – Il n'y a plus de «
maintenant » universel, 145 – Puis-je venir au monde
avant ma mère ?, 147 – Les effets de la gravité
et d'une accélération constante sont identiques, 149
– La lumière épouse les contours courbes de l'architecture
espace-temps, 150 – Des ondes gravitationnelles qui se propagent
à la vitesse de la lumière, 151 – Génie
adulé et solitaire, 153
– La lumière prisonnière des « trous noirs
», 155 – La voracité des trous noirs et la lumière
X, 157 – Le temps ralentit dans un champ de gravité,
158 – La lumière et les mirages cosmiques, 159 –
Des électrons éjectés par la lumière,
162 – Le problème du four qui émet une énergie
infinie, 166 – Des quanta d'énergie, 168 – Pourquoi
la matière ne s'effondre-t-elle pas sur elle-même ?,
171 – La discontinuité fait son entrée dans la
matière, 172 – Un monde multicolore, 175 – Une
particule de lumière qui s'interfère avec elle-même,
177 – Une infinité de chemins, 180 – À la
fois onde et particule, 182 – Le hasard au cœur des atomes,
184 – Un chat suspendu entre la vie et la mort, 187 –
Une incertitude fondamentale, 189 – Des particules de l'ombre
qui se matérialisent, 190 – Des mirai-trous noirs primordiaux
qui rayonnent ?, 192 – Mon portefeuille peut-il se retrouver
dans votre poche ?, 195 – La mécanique quantique est-elle
incomplète ?, 198 – Des photons séparés
qui restent connectés, 199 – Un univers interconnecté
dans l'espace, 202 – Le futur détermine le passé,
204 – Un univers interconnecté dans le temps, 206
– Gommer le passé, 208 – L'acte de mesure et la
réalité quantique, 210
– Un monde qui se divise en multiples versions, 213 –
Le rôle de la conscience, 215 – Modifier la fonction
d'onde, 216 – L'influence de l'environnement, 218.
IV
LA LUMIÈRE ET LES TÉNÈBRES : LE BIG BANG, LA
MASSE SOMBRE
ET L'ÉNERGIE NOIRE
Quatre forces fondamentales qui régissent le monde, 223 –
Le mur de la connaissance, 225 – La symphonie des cordes, 227
– Des champs qui nous entourent, 228 – Un univers statique,
231 – Une pression négative et une gravité qui
repousse, 232 – La constante cosmologique d'Einstein, 234 –
Un champ d'énergie « super-refroidi », 235 –
Une inflation à couper le souffle, 237 – Le bang du
big bang, 238 – Pourquoi un univers si homogène ?, 240
– Pourquoi un univers si plat ?, 242
– Pourquoi un univers si structuré ?, 244 – L'inflation
dissipe les nuages noirs, 245 – Des fluctuations quantiques
qui fleurissent en belles galaxies, 247 – Nous ne pouvons voir
qu'un tout petit bout de l'univers entier, 250 – Un univers
parti de presque rien, 253 – L'ère de la lumière,
255 – La lumière primordiale est notre plus lointain
ancêtre, 257
– L'univers montre plus de partialité pour la matière
que pour l'antimatière, 259 – La première grande
hécatombe, 261 – Des neutrinos difficiles à mettre
en cage, 262 – La deuxième grande hécatombe et
la défaite totale de l'antimatière, 264 – Un
univers fait d'hydrogène et d'hélium, 266 – La
matière prend le dessus sur la lumière, 269 –
Les premiers atomes de matière, 271 – L'univers devient
transparent à la lumière, 272 – Le rayonnement
fossile sur votre écran de télévision, 273
– Les pigeons et la lumière fossile de l'univers, 275
– La synchronicité des découvertes, 277 –
Le big bang s'impose grâce à la lumière fossile,
278 – La plus grande source d'énergie lumineuse dans
l'univers, 281 – Des semences de galaxies, 283 – L'univers
est comme un Stradivarius, 284 – Des yeux qui ne cessent de
s'agrandir et de se satelliser, 287 – La toile cosmique, 289
– Zwicky et la masse noire, 291 – Quelque chose d'obscur
autour de la Voie lactée, 295 – Andromède fonce
vers la Voie lactée, 297 – De la matière noire
dans l'espace entre les galaxies, 299 – Les lentilles gravitationnelles
et la masse noire, 300 – L'essentiel est invisible pour les
yeux, 302 – L'hélium, le deutérium et la densité
de matière ordinaire de l'univers, 305 – Les MACHOS
et la matière noire ordinaire, 308 – De la matière
noire exotique, 311 – Des semences de galaxies qui n'ont pas
le temps de croître, 311 – La matière noire peut
être chaude ou froide, 314 – Des particules qui traversent
la Terre comme si de rien n'était, 316 – Des univers
virtuels, 319 – La matière noire froide a le vent en
poupe, 321 – La théorie de l'inflation est-elle fausse
?, 324 – Des phares cosmiques dont la brillance ne varie pas,
325 – Des naines blanches qui explosent, 328 – Un univers
en accélération, 331 – Une énergie noire
répulsive, 332 – Des fluctuations de température,
335 – L'énergie du vide, 337 – Des dimensions spatiales
cachées, 339 – Un supermonde, 343 – Un univers
adapté à la vie, 344 – La quintessence nous sauve
de la désolation, 346 – Le fantôme de Copernic
continue à sévir, 348 – L'ère pré-stellaire,
350 – Les premières étoiles, 351 – Les premiers
éléments lourds, 354 – Des trous noirs supermassifs,
356 – La gloutonnerie des quasars, 359 – Le hit-parade
des sources lumineuses dans l'univers, 360 – Les diverses populations
de galaxies, 362 – La lumière et les ténèbres,
363 – Supergéantes bleues, géantes et naines
rouges, 365 – Les objets lumineux peuvent nous berner, 367
– La mort douce et violente des naines blanches, 369 –
L'agonie explosive des étoiles massives, 371 – Lieux
d'extrême gravité : pulsars et trous noirs, 374 –
Les lumières diffuses de l'univers, 377 – L'obscurité
de la nuit contient en soi le début de l'univers, 378 –
De l'importance d'être constant, 380 – Le Soleil s'éteint,
382 – La collision annoncée de la Voie lactée
avec Andromède, 385 – La Voie lactée, îlot
perdu dans l'immensité cosmique, 386 – Toutes les étoiles
s'éteignent, 387 – Des étoiles ratées,
388 – Collisions de naines brunes et annihilation de WIMPs,
390 – L'évaporation des galaxies et des amas de galaxies,
392 – La mort du proton redonne vie aux naines blanches, 393
– Le futur très lointain du Soleil, 395 – L'ère
de l'évaporation des trous noirs en lumière, 396 –
L'ère des ténèbres, 397 – La mort annoncée
de l'univers, 399 – Pouvons-nous croire au big bang ?, 400.
V
LUMIÈRE DE VIE : SOLEIL, ÉNERGIE, CIEL BLEU ET ARC-EN-CIEL
Le Soleil et son cortège planétaire, 403 – L'étoile
Soleil : astre de lumière et de vie, 406 – La discontinuité
de la lumière solaire, 409 – L'extravagante température
de la couronne du Soleil, 410 – Le Soleil, fantastique source
d'énergie, 413 – La ronde des saisons, 414 – Les
glaces envahissent la Terre, 416 – La Lune stabilise le comportement
chaotique de l'axe de la Terre, 417 – Le Soleil chauffe la
Terre, 419 – Un « effet de serre » catastrophique,
422 – La Terre rayonne la chaleur qu'elle a emmagasinée
en son sein, 424 – Bilan en rayonnements de la Terre, 425 –
Les taches solaires et le prix du blé, 426 – De l'inconstance
du Soleil, 428 – Le Soleil et le climat terrestre, 429 –
La lumière, l'eau et le vent, 431 – La lumière
et la vie, 434 – La vie est-elle née dans les profondeurs
océanes sans l'aide de la lumière ?, 435 – Des
plantes qui se nourrissent d'air, 437 – Des plantes qui captent
la lumière solaire, 439 – La révolution de l'oxygène,
442 – Un trou dans la couche d'ozone, 444 – Trop de Soleil
peut nuire à la santé, 447 – Quand les rayons
ultraviolets attaquent l'ADN, 449 – Se protéger contre
le Soleil, 450 – La lumière solaire empêche nos
os de se déformer, 451 – Le Soleil agit sur notre moral,
452 – Une horloge biologique interne réglée sur
la lumière, 454 – Une hormone nommée mélatonine,
455 – Les bactéries ont aussi une horloge interne, 457
– Les vertes armées à la conquête des continents,
458 – Les poumons de la Terre et la biodiversité en
danger, 459 – La biodiversité en danger, 460 –
Le Soleil, fantastique générateur d'énergie,
462 – L'énergie du végétal, 464 –
L« or noir » est le résultat d'un improbable
concours de circonstances, 465 – Le charbon, forme d'énergie
solaire fossilisée, 467 – Des énergies non renouvelables
qui polluent l'environnement, 470 – Stocker la chaleur solaire,
472 – Convertir la lumière solaire en électricité,
475 – Le souffle du vent, 477 – La force de l'eau, 479
– L'énergie verte, 481 – Le feu nucléaire,
483 – Changer notre mode de vie, 484 – L'arche colorée
de l'arc-en-ciel, 486 – Mon arc-en-ciel n'est pas le vôtre,
489 – Une réalité évanescente et intangible,
491 – À chaque goutte d'eau son arc-en-ciel, 493 –
Des réflexions et des réfractions dans une goutte
d'eau, 495 – Les gouttes d'eau n'ont pas de queue en pointe,
496 – Descartes et les secrets de l'arc-en-ciel, 497 –
Le magicien Newton et la lumière décomposée,
498 – Le mystère des arcs surnuméraires, 500
– Des fragments d'arc-en-ciel au coin des rues, 502 –
La connaissance scientifique n'exclut pas la beauté ni la
poésie, 503 – La lumière du jour, 505 –
Pourquoi le ciel est-il bleu ?, 506 – Le bleu des montagnes,
509 – Le frémissement de l'air et de la lumière,
511 – L'air n'est pas invisible, 512 – L'éblouissante
beauté des couchers de Soleil, 513 – Lueurs crépusculaires
et talgie d'un monde perdu, 719 — Saisir le temps qui passe,
721 — Mon cœur est à Giverny, toujours et toujours,
723 — Des connexions de couleurs sans interruption, 725 —
Seurat et la science de l'art, 727 — L'œil mélange
les couleurs, 729 — Faire d'un tableau un foyer lumineux, 730
— L'art de « creuser une surface », 733 —
Le point de vue unique et la perspective linéaire, 735 —
Cézanne et la réorganisation de l'espace, 737 —
Le cylindre, la sphère et le cône, 739 — Donatello
parmi les fauves, 741 — Ne plus imiter les formes naturelles,
742 — La nécessité intérieure, 744 —
Le temps et la musique, 746 — Du spirituel dans la lumière,
749 — La lumière de la connaissance et de l'absolu,
751 — La lumière de la communion, 752 — Le gothique,
art de la lumière, 755
— La luminosité fondamentale de l'esprit, 758 —
Les enfants de la lumière, 760.
INDEX THÉMATIQUE 767
INDEX DES NOMS DE PERSONNES 783
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