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Image : ESO

Le minimum théorique...

Leonard Susskind et Georges Hrabovsky
Le minimum théorique,
tout ce que vous avez besoin de savoir pour commencer à faire de la physique
Presses polytechniques et universitaires romandes, Lausanne, 2015, ISBN 978-2-88915-115-8, première édition française

Le minimum théorique

Certains concepts sont parfois tellement à la base de la construction de la physique qu’il arrive qu’on en perde parfois un peu conscience. Des concepts pourtant essentiels. Ce livre nous fait repasser par les points marquants de la mécanique classique … par ses concepts et ses méthodes. C’est là un chemin minimal, mais éminemment utile à travers les bases.

A l’origine de ce livre il y a un cours pour un public d’adultes intéressés, de gens qui ont rencontré la science dans une étape de leur vie ou au cours de leurs études, et qui s’en sont éloignés par la suite. Ce livre s’adresse donc d’abord à ce public qui n’a jamais oublié le goût qu’il avait pour les lois de l’univers et qui souhaite reconstruire un savoir épars, mais à un niveau nettement plus élevé que Scientific American. Pour Leonard Susskind, “le minimum théorique est tout ce que vous avez besoin de savoir pour passer au niveau supérieur. Cela ne signifie donc pas des livres épais et encyclopédiques qui expliquent tout, mais des livres minces qui expliquent tout ce qui est important.”

Susskind est un amoureux de l’explication bien ciselée et de la meilleure approche de pensée : “Trouver la meilleure façon d’expliquer quelque chose est presque toujours la meilleure façon de la comprendre aussi soi-même.” Susskind tient d’ailleurs bien compte de nos différents niveaux de compréhension: celui d’une approche logique, mais aussi celui d’une compréhension plus intuitive, avec les tripes. Ainsi, chaque chapitre est introduit par un bref dialogue sur un ton naïf et foncièrement curieux, mais qui nous amène de manière intuitive directement au cœur du sujet.

Si l’un des objectifs initial de la mécanique classique est de prédire l’avenir, le premier chapitre fait le point sur les limites de cette ambition, en passant par les notions de lois déterministes, de système réversible, d’espace d’état, de loi d’évolution élémentaire … et en particulier par “la loi la plus fondamentale de toutes les lois de la physique, la conservation de l’information”. Connaissant la bataille scientifique que Susskind a livrée sur la soi-disant “perte de l’information” lors de l’engloutissement de matière dans un trou noir [1], on appréciera de voir ici explicitement détaillée cette loi n° -1 de la thermodynamique.

Les notions d’espace, de trigonométrie, de vecteur, permettent de décrire le mouvement d’une particule; puis avec le calcul différentiel et intégral, nous mène aux lois de la dynamique. En partant ensuite de l’équation de Newton et en utilisant le principe très fondamental de moindre action, on passe à la formulation plus ramassée d’Euler-Lagrange qui empaquette toutes les informations sur un système de manière très concise dans le Lagrangien. Cela permet tout d’abord de mettre en évidence des grandeurs conservées. Les symétries nous livreront ensuite d’autres lois de conservation. Puis ce sera la mécanique hamiltonienne, le fluide de l’espace des phases, le théorème de Gibbs-Liouville, les crochets de Poisson. Le volume se termine par les forces électriques et magnétiques.

De fréquents petits exercices stimulent l’appropriation des concepts (réponses disponibles sur le web). A propos de web, ne vous privez surtout pas de regarder les cours destinés à un large public donnés à Stanford [2] et qui ont donné naissance à ce livre et ceux qui suivent, pour en goûter la pédagogie. On aurait même envie d’aller jusqu’à affirmer que les quelques lapsus de Susskind font partie intégrante de sa volonté pédagogique, tellement ils sont porteur de sens.

Après avoir lu ce livre, vous aurez - comme le mécanicien consciencieux - vérifié le bon état de nombreux éléments de base de votre outillage théorique … prêt à affronter la mécanique classique. Mais cela sera aussi une excellente préparation au plat suivant, au livre qui suit dans cette série et qui s’attèle aux outils de la mécanique quantique [3]. On ne peut qu’avoir envie de continuer ce chemin de qualité, après la belle expérience du premier volume.

Antoine Pochelon

[1] Trous Noirs, La guerre des savants, Leonard Susskind, Gallimard, Collection Folio Essais, 2012, ISBN 978-2-07-044314-7.
[2] http://theoreticalminimum.com
[3] Mécanique Quantique, Le Minimum Théorique, tout ce que vous avez besoin de savoir pour commencer à faire de la physique, Leonard Susskind et Art Friedman, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, 2015, 2016, ISBN 978-2-88915-155-4. Première édition française. Les deux tomes ont déjà été réimprimés plusieurs fois.

Images: © PPUR, Tous droits réservés

[Publié: Mars 2017]