« Ce livre est le récit de quelques-unes des incertitudes de la physique d’aujourd’hui en devenir, avec l’ambition de montrer que les questions posées sont l’effet d’une logique interne qui nous a conduits immanquablement là où nous sommes. Il nous a semblé qu’il était possible de raconter en mots, sans équations ni long investissement préalable dans la lecture d’ouvrages difficiles, les interrogations auxquelles sont confrontés les physiciens de notre temps.

Le monde qui nous entoure est bien présent dans ces pages puisque la physique n’est que confrontation entre concepts et réalité. Rien ne permet de penser que le bouleversement de nos modes de vie dû à la science des siècles derniers est en voie de s’arrêter. Mais notre conviction est que c’est bien le propre de l’homme que de connaître le monde dans lequel il vit, et que c’est à ce prix qu’il pourra en tirer parti sans tomber dans les pièges qui lui sont simultanément tendus. »

S. B. et E. B.

À l’initiative de l’Académie des sciences, les plus grands savants français sont réunis ici pour nous faire partager les extraordinaires avancées de la physique moderne.

Contributions de Alain Aspect, Roger Balian, Gérald Bastard, Jean-Philippe Bouchaud, Bernard Cabane, Françoise Combes, Thérèse Encrenaz, Stephan Fauve, Albert Fert, Mathias Fink, Antoine Georges, Jean-François Joanny, Daniel Kaplan, Denis Le Bihan, Pierre Léna, Hervé Le Treut, Jean-Paul Poirier, Jacques Prost et Jean-Loup Puget.

1. Couverture
2. Titre
3. Copyright
4. Préambule
5. Introduction - L’étendue de notre ignorance
   1. Les enjeux de la physique
   2. La physique est d’abord connaissance
   3. L’esprit de la physique
   4. Contenu de l’ouvrage
6. L’univers et ses lois
   1. Chapitre premier - Une science aux frontières, l’astronomie
      1. Les systèmes planétaires
      2. L’exploration du système solaire
      3. Formation d’étoiles et galaxies primordiales
      4. De nouveaux outils d’observation
   2. Chapitre 2 - L’Univers et les particules élémentaires
      1. Les grandes questions
      2. La relativité générale
      3. L’Univers en expansion
      4. Énergie noire et matière sombre
      5. Encore des questions !
      6. Les constantes fondamentales sont-elles constantes ?
      7. De l’infiniment grand à l’infiniment petit
   3. Chapitre 3 - Symétries brisées
      1. La compétition entre énergie et entropie
      2. Universalité et fractalité
      3. Symétries du monde subnucléaire
      4. Notre monde distingue-t-il entre la droite et la gauche ?
      5. Symétrie entre passé et futur ?
      6. Y a-t-il une relation entre la symétrie droite-gauche et l’origine de la vie ?
   4. Chapitre 4 - L’intérieur de la Terre
      1. La Terre est une machine thermique
      2. La croûte, les tremblements de terre et les volcans
      3. Le manteau et le refroidissement de la Terre par convection
      4. Le noyau et le champ magnétique de la Terre
7. La matière
   1. Chapitre 5 - Une nouvelle révolution quantique
      1. La première révolution quantique
      2. D’Einstein-Podolsky-Rosen aux photons jumeaux : l’intrication quantique
      3. La mécanique quantique et les systèmes individuels
      4. Du microscopique au mésoscopique
      5. L’information quantique
      6. La physique quantique : un défi pour l’intuition, une source de ruptures technologiques
   2. Chapitre 6 - Les électrons dans les solides
      1. Une limite quantique de certaines lois classiques : boîtes et fils quantiques
      2. Isolant, magnétique ou supraconducteur ? Les oxydes métalliques remettent en cause la théorie des métaux et des supraconducteurs
      3. L’intrusion du magnétisme quantique dans l’électronique
   3. Chapitre 7 - La matière molle
      1. Les grandes réponses de la matière molle
      2. Les lois de la matière molle, aux échelles mésoscopiques
      3. Les cristaux liquides : des molécules qui s’alignent
      4. Les polymères : des molécules géantes
      5. Les colloïdes, des pâtes aux nano-objets
      6. Quelques problèmes non résolus à l’échelle macroscopique…
      7. … et à l’échelle microscopique
8. Le désordre
   1. Chapitre 8 - Vieillissement et rajeunissement des matériaux
      1. L’âge du système
      2. Tous les matériaux ont un âge
      3. Évolution des systèmes frustrés
      4. Les verres : une histoire qui ne finit jamais
      5. Les pâtes : vieillissement et rajeunissement
      6. La physique du frottement
      7. Le vieillissement accéléré
   2. Chapitre 9 - Lois déterministes et comportements aléatoires
      1. États stationnaires et cycles limites
      2. Comportements chaotiques
      3. Turbulence
   3. Chapitre 10 - Prévoir le climat
      1. Météorologie et océanographie : des applications récentes de la physique classique
      2. Le couplage atmosphère-océan, un élément fondamental dans la prévision du climat
      3. Glaces et climat
      4. Le climat du futur
9. La physique en action
   1. Chapitre 11 - Les énergies
      1. Combustibles fossiles et réchauffement global
      2. L’énergie nucléaire : sécurité et déchets
      3. Énergies renouvelables : biomasse, solaire, éoliennes…
      4. Une solution possible pour le stockage et les transports : les piles à combustible
      5. La recherche en sciences des matériaux, omniprésente
   2. Chapitre 12 - Physique et technologie : l’exemple de la microélectronique
      1. La microélectronique
      2. L’instrumentation physique
      3. Le XXIe siècle : un âge d’or pour les physiciens-inventeurs
   3. Chapitre 13 - La physique et le vivant
      1. Des rayons X au microscope électronique
      2. De la résonance magnétique aux molécules uniques
   4. Chapitre 14 - L’imagerie médicale
      1. Des découvertes fondatrices : rayons X et radioactivité
      2. Les « indicateurs »
      3. L’ordinateur entre en scène
      4. Les progrès de l’IRM
      5. Voir le cerveau penser
      6. Combiner méthodes et compétences pour réaliser le rêve de Claude Bernard
10. Quelques remarques finales
11. Bibliographie
12. Crédits des illustrations