Les constantes fondamentales
Jean-Philippe Uzan/Roland Lehoucq
Belin
Préface7
Introduction11
Chapitre 1. Qu'est-ce qu'une constante ?
12
1. Peut-on établir une liste des constantes ?12
1.1. Constantes et théories physiques13
1.2. Le classement des constantes14
1.3. Liste des constantes17
2. La métrologie prend la parole19
2.1. Unités et dimensions19
2.2. Combien y a-t-il d'unités fondamentales ?21
2.3. Nouvelle constante ou nouvelle unité ?24
2.4. L'importance des paramètres fondamentaux24
2.5. La mesure de la masse de l'électron25
2.6. Les facteurs de conversion27
2.7. Les systèmes d'unités «naturels»29
3. Le choix des unités fondamentales33
3.1. Un rôle synthétiseur de concepts33
3.2. Des valeurs limite34
3.3. Le cube des théories physiques36
3.4. Espace - temps - matière37
3.5. L'art de changer la valeur d'une constante38
4. D'autres choix sont-ils possibles ?39
4.1. Pourquoi n'y a-t-il pas plus d'unités fondamentales ?40
4.2. Un monde sans constantes dimensionnées41
4.3. La théorie des cordes et la réduction du nombre de constantes43
5. Les paramètres fondamentaux sont-ils vraiment constants ?45
5.1. Un test fondamental de physique46
5.2. L'hypothèse de Dirac47
5.3. L'exemple de la constante de structure fine48
6. Une perspective cosmologique51
6.1. L'ajustement fin des constantes51
6.2. Une interprétation des unités de Planck55
7. Conclusion56
Première partie
Unités, dimensions et constantes
Chapitre 2. Systèmes d'unités
60
1. Anthropomorphisme60
2. Lois et universalité : l'exemple du mètre64
Extrait n° 1 : Discours du 26 mars 179170
Extrait n° 2 : Décret du 30 mars 179176
Extrait n° 3 : Décret du 1 août 179377
Extrait n° 4 : Décret du 18 germinal, An III81
Extrait n° 5 : Loi du 19 frimaire, An VIII87
Extrait n° 6 : Loi du 4 juillet 183789
Chapitre 3. Unités et constantes : l'année 1983
92
Extrait n° 7 : «Définition du mètre» (1983)94
Extrait n° 8 : «La nouvelle définition du mètre» (1983)96
Chapitre 4. Des unités naturelles
114
1. L'idée d'un physicien irlandais...114
2. ... redécouverte par Planck117
3. Une plaisanterie estudiantine119
Extrait n° 9 : «À propos des unités physiques de la nature» (1881)120
Extrait n° 10 : «Unités naturelles» (1914)131
Extrait n° 11 : «Constantes universelles et transitions limite» (1928)133
Deuxième partie
La vitesse de la lumière c
Chapitre 5. La lumière entre en scène
143
1. Le problème de la vision143
2. La naissance de l'optique144
3. La nature mécanique de la lumière145
Chapitre 6. Finie ou infinie ?
147
1. Les premières tentatives147
2. La découverte de Römer148
3. James Bradley et la découverte de l'aberration152
4. Une vitesse constante ?155
Extrait n° 12 : tiré des Discours, Première journée (1638)159
Extrait n° 13 : «Démonstration touchant le mouvement
de la lumière» (1676)161
Extrait n° 14 : tiré de «Lettre du Révérend James Bradley...» (1728)164
Chapitre 7. La précision s'affine
179
1. L'expérience de Fizeau179
2. L'expérience de Foucault180
Extrait n° 15 : «Sur une expérience relative à la vitesse
de propagation de la lumière» (1849)186
Extrait n° 16 : «Détermination expérimentale de la vitesse
de la lumière ; description des appareils» (1862)189
Chapitre 8. Nature électromagnétique de la lumière
194
Extrait n° 17 : «Le professeur Clerk Maxwell à propos du champ
électromagnétique» (1868)197
Chapitre 9. Nouvelles difficultés : l'éther
199
1. L'expérience de Michelson201
2. Des propriétés révolutionnaires : la relativité restreinte203
Extrait n° 18 : «Le mouvement relatif de la Terre et de l'éther
luminifère» (1881)211
Extrait n° 19 : tiré de Sur l'électrodynamique des corps
en mouvement (1905)219
Troisième partie
La constante de gravitation G
Chapitre 10. Histoire de pendule
241
Extrait n° 20 : «Proposition pour mesurer l'attraction d'une certaine
colline de ce royaume par des observations astronomiques» (1775)245
Extrait n° 21 : «Compte rendu d'observations faites
sur la montagne Schehallien pour trouver son attraction» (1775)248
Chapitre 11. Pesée de la Terre
253
Extrait n° 22 : «Expériences pour déterminer la densité
de la Terre» (1798)262
Chapitre 12. Universalité de la chute libre
296
Extrait n° 23 : tiré des Discours, Première journée (1638)307
Extrait n° 24 : tiré des Discours, Première journée (1638)310
Extrait n° 25 : «À propos de l'attraction exercée par la Terre
sur diverses substances» (1890)312
Chapitre 13. Vers une nouvelle gravitation
316
Extrait n° 26 : «Les fondements de la théorie
de la relativité générale» (1916)322
Chapitre 14. G est-il constant ?
339
Extrait n° 27 : «Les constantes cosmologiques» (1937)346
Extrait n° 28 : «À propos du changement des constantes
physiques» (1948)349
Extrait n° 29 : «Electricité, gravité, et cosmologie» (1967)353
Quatrième partie
La constante de Planck h
Chapitre 15. Une naissance berlinoise
361
1. L'énigme du corps noir361
2. L'acte de désespoir369
Extrait n° 30 : «À propos d'une amélioration possible
de la loi spectrale de Wien (1)» (1900)374
Extrait n° 31 : «À propos de la loi de distribution de l'énergie
dans le spectre normal» (1901)377
Chapitre 16. Le quantum de lumière
387
1. La révolution einsteinienne387
2. Millikan, l'effet photoélectrique et la première mesure directe de h390
3. La quantité de mouvement du quantum de lumière393
Extrait n° 32 : «Un point de vue heuristique concernant la production
et la transformation de la lumière» (1905)395
Extrait n° 33 : «Détermination photoélectrique directe du «h»
de Planck» (1916)408
Extrait n° 34 : «Une théorie quantique de la diffusion des rayons X
par les éléments légers» (1923)430
Chapitre 17. Solides, atomes et particules
433
1. L'atome d'hydrogène433
2. La matière devient floue437
Extrait n° 35 : «À propos de la constitution des atomes
et des molécules (I)» (1913)441
Extrait n° 36 : «À propos de la constitution des atomes
et des molécules (II)» (1913)451
Extrait n° 37 : «À propos de la constitution des atomes
et des molécules (III)» (1913)455
Extrait n° 38 : «Recherche sur la théorie des quanta» (1925)457
Chapitre 18. Universalité
465
1. Incontournable incertitude465
2. Gloire quantique468
Extrait n° 39 : «À propos du contenu exact de la cinématique
et de la mécanique quantiques» (1927)472
Bibliographie
480
Index
484
Index des noms propres
487