Comment rendre la physique moderne accessible à tous ?

Il y a quelques semaines, j’ai achevé une série de cours entamée cinq ans plus tôt à l’Université de Strasbourg. Mission accomplie ?
Depuis mon engagement dans la recherche fondamentale, j’ai toujours eu le goût de transmettre au grand public ce que je sais. Le passage obligé est la vulgarisation, ou la mise des connaissances scientifiques à la portée d’un large public. L’exercice est particulièrement ardu lorsqu’il s’agit de physique contemporaine : il faut traduire dans le langage courant des concepts que seules les mathématiques savent exprimer avec rigueur. Ce qui se formule naturellement dans le langage abstrait des mathématiques heurte souvent le bon sens, façonné par l’expérience quotidienne et par la physique apprise au lycée. La vulgarisation atteint ses limites. Dès qu’il faut recourir à des images familières pour rendre compte de concepts contre-intuitifs, le contresens n’est jamais loin.

Notions fondamentales

Pour dépasser ces limites, j’ai choisi l’éducation, afin d'initier le public aux fondements de la physique moderne. Ma démarche est guidée par deux réflexions : comment ces idées ont-elles émergé dans l’histoire des sciences ? Et comment aurais-je moi-même voulu les apprendre lorsque j’étais étudiant ? L’occasion m’en a été donnée par le programme « Physique pour Tous ! » de l’Université de Strasbourg¹. Son ambition : aller au-delà de la simple conférence de vulgarisation pour développer chez les participants l’esprit critique et la capacité d’analyse. J’ai ainsi proposé cinq cycles de cours d’environ huit heures chacun, pour un tour d’horizon de la physique de l’infiniment petit.
En retraçant l’évolution du concept d’atome, de l’Antiquité à nos jours, j’ai introduit les notions fondamentales de la mécanique quantique : principe de superposition, particule-quantique, principe d’indétermination, intrication…
J’ai ensuite raconté l’histoire des particules. D’un catalogue empirique devenu foisonnant, la physique a dégagé un petit nombre de particules élémentaires régies par trois forces fondamentales. C’est l’architecture du Modèle standard de la physique des particules — une occasion d’introduire la théorie quantique des champs.

Vide quantique

Impossible d’éviter un détour par la relativité restreinte et sa conséquence la plus surprenante : l’inertie d’un corps — sa masse — est équivalente à l’énergie qu’il contient. L’occasion de revenir sur les notions d’énergie, de masse et sur cette constante, improprement appelée « vitesse de la lumière », qui structure l’espace-temps.
D’où viennent les particules ? Pour y répondre, il faut interroger la notion de vide. Retracer son évolution à travers les âges permet d’explorer les idées avant d’aborder le vide quantique — un concept qui touche aux questions de l’énergie noire et de la constante cosmologique de la relativité générale.
Forts des notions et du vocabulaire acquis au fil des cours précédents, il devenait finalement aisé de présenter le trublion du Modèle standard — le neutrino — et ses propriétés quantiques si particulières.
Quel bilan tirer de ces cinq années de cours ? Un public fidèle, dont peu ont renoncé malgré quelques passages exigeants. Les uns auront retenu une vue d’ensemble de la physique ; les autres auront acquis le vocabulaire nécessaire pour en parler ; d’autres enfin auront eu l'envie d’aller plus loin.
Pour moi, le pari est gagné : éduquer le public — plutôt que simplifier à l’excès — demeure l’une des meilleures façons d’ouvrir la physique moderne à tous.