Qu’est-ce que la lumière, cette lumière qui éclaire et fascine l’humanité depuis le début des temps ? Replaçant ses propres travaux dans la perspective de la riche épopée de la connaissance, Serge Haroche dresse ici le tableau de ce que nous savons aujourd’hui de la lumière, de la manière dont nous l’avons appris, et des inventions que cette connaissance nous a apportées en révolutionnant notre vie quotidienne.

Le temps s’écoule-t-il au même rythme à la surface de mon bureau et quelques millimètres au-dessus, et peut-on mesurer la différence ? Est-il possible de manipuler un objet quantique sans le détruire ? Qu’est-ce que l’intrication quantique et qu’appelle-t-on « décohérence » ? Le livre de Serge Haroche montre comment ces questions sont liées et leur apporte les réponses les plus actuelles. On y apprend comment est née la théorie de la relativité, d’où vient la physique quantique, et que le chat de Schrödinger n’est pas (seulement) un animal domestique, mais un paradoxe quantique que la physique contemporaine a domestiqué en lui donnant une traduction expérimentale.

Acteur profondément engagé dans la science de la lumière, Serge Haroche en déroule ici les fils, de Galilée à Einstein, et jusqu’aux travaux qui lui ont valu le prix Nobel. Il revisite de l’intérieur, en théoricien et en expérimentateur, cette fascinante aventure scientifique. Explicitant les liens qui se sont tissés dans l’histoire des sciences entre l’optique, la mécanique, l’électricité et le magnétisme, il retrace le rôle essentiel que les interrogations sur la lumière ont joué dans la naissance de la physique moderne et dans l’élaboration de notre représentation de l’Univers.

Loin d’exposer une histoire abstraite, Serge Haroche nous permet d’appréhender ce qu’est la démarche scientifique, faite d’un va-et-vient constant entre observation des phénomènes, élaboration de modèles théoriques et vérifications expérimentales.

Un livre unique qui nous fait partager l’allégresse du savoir et l’exaltation de la découverte.

Serge Haroche est professeur honoraire au Collège de France. Membre de l’Académie des sciences et prix Nobel de physique en 2012 pour la mise en œuvre des méthodes permettant de manipuler et de mesurer des objets quantiques individuels, il a mené ses recherches avec son équipe au sein du laboratoire Kastler Brossel de l’École normale supérieure. 

1. Couverture
2. Titre
3. Copyright
4. Dédicace
5. Avant-propos
6. CHAPITRE I - L'aube d'une vocation
   1. Premières passions : des mathématiques à l'astronomie
   2. Initiation à la physique moderne
   3. Tais-toi et calcule !
   4. Quand les atomes et les photons sont des toupies : le pompage optique
   5. Voir le monde comme quelque chose de riche et d'étrange
   6. Un apprentissage dans la confiance et la liberté
   7. Les promesses du laser
   8. Débuts dans la recherche
   9. Premier séjour en Amérique et retour à ma première passion
   10. La recherche blue sky
7. CHAPITRE II - Réflexions au square de l'Observatoire
   1. Deux instruments aux origines de la révolution scientifique : la lunette astronomique et l'horloge pendulaire
   2. Mesurer la vitesse de la lumière pour arpenter l'Univers
   3. La science de la lumière devient quantitative : Descartes et La Dioptrique
   4. La nature agit par les voies les plus courtes et les plus simples : le principe de Fermat
   5. Huygens et la théorie des ondes lumineuses
   6. Newton, les particules lumineuses et la couleur
   7. La mesure de la forme de la Terre
   8. Une passion pour la précision
   9. Science fondamentale, commerce, puissance et technologie
8. CHAPITRE III - Rêveries dans le laboratoire de Faraday
   1. Young contre Newton
   2. La lumière se polarise
   3. Fresnel et le triomphe des ondes
   4. Des vecteurs qui s'additionnent et des ondes qui interfèrent
   5. Une vibration qui tourne : la polarisation circulaire
   6. La lumière éclairée par les mathématiques
   7. Retour sur la vitesse de la lumière
   8. Des salons du siècle des Lumières au laboratoire de Faraday
   9. Naissance du concept de champ
   10. Confluence de la lumière, de l'électricité et du magnétisme
   11. Certains mystères se dissipent mais d'autres demeurent
9. CHAPITRE IV - Les deux nuages de lord Kelvin
   1. Michelson et l'énigme de l'éther
   2. Einstein entre en scène : expériences de pensée
   3. Changement de perspective relativiste
   4. Espace et temps se mélangent
   5. Masse et énergie se marient : E = mc2
   6. L'idée « la plus heureuse » d'Einstein vient encore de Galilée
   7. Gravitation et courbure de l'espace-temps
   8. Prédictions et postdictions relativistes
10. CHAPITRE V - La lumière dévoile le monde étrange des quanta
    1. La catastrophe ultraviolette
    2. La lumière entre ondes et particules
    3. Les quanta se généralisent à la matière
    4. Des photons grégaires et des atomes qui les imitent
    5. Le voile se lève sur les ondes de matière
    6. Fonction d'onde, états quantiques et principe de superposition
    7. La famille des particules s'élargit
    8. Une identité fondamentale
    9. La boîte de Pandore de la physique quantique
    10. Du classique au quantique : dialogue à travers les siècles entre Fermat, Maupertuis et Feynman
    11. Un voyage dans les ordres de grandeur
    12. La scène quantique : objets individuels ou ensembles statistiques ?
    13. Les fentes de Young revisitées
    14. Mesure, complémentarité et relations d'incertitude
    15. Débats autour d'expériences imaginaires
    16. L'intrication quantique
    17. Le chat de Schrödinger et la frontière classique-quantique
11. CHAPITRE VI - Des lasers, des photons et des atomes géants
    1. Un atome habillé de photons
    2. Initiation aux lasers en Californie
    3. Victoire sur l'effet Doppler
    4. Les battements quantiques
    5. Anecdotes californiennes
    6. Première grande conférence internationale
    7. La Terra incognita des atomes géants
    8. Naissance de l'électrodynamique quantique en cavité
    9. Recherche et enseignement des deux côtés de l'Atlantique
    10. La révolution du refroidissement laser
    11. Ions piégés et sauts quantiques
12. CHAPITRE VII - Apprivoiser le chat de Schrödinger
    1. La boîte à photons
    2. L'atome circulaire
    3. Un ping-pong quantique
    4. Tricot quantique
    5. Comment voir les photons sans les détruire ?
    6. Vie et mort d'un photon
    7. Retour à l'expérience de Young avec une fente mobile
    8. Compter les quanta de lumière et voir les sauts quantiques
    9. Radiographie du champ quantique
    10. Chats de Schrödinger de lumière
    11. Saisir le passage du quantique au classique
    12. Vers un ordinateur quantique : utopie ou réalité future ?
    13. Le rêve de Feynman : la simulation quantique
    14. Action fantomatique à distance, cryptographie et téléportation quantiques
    15. Métrologie quantique et horloges de lumière
13. Postface - Science et vérité
14. Bibliographie - Quelques ouvrages pour compléter la lecture de ce livre
15. Index des scientifiques cités
16. Remerciements
17. Sommaire