Le Spectre d'Atacama

Alain Connes, Danye Chéreau, Jacques Dixmier

• Éditeur: Odile Jacob
• Année: 2018
• Imprimer l'ISBN: 9782738141361
• ISBN de l'eBook: 9782738141378
• Sujet: Mathématiques
• Sujet: Mathématiques générales

Retrouvez la vidéo de présentation du livre par Alain Connes sur Youtube. Ce roman nous invite à partager la quête de la vérité dans la peau d'un scientifique, d'une physicienne rescapée d'un séjour quantique et d'un as de l'informatique. Chemin faisant, le lien entre espace et musique se révèle, avec Messiaen et son Quatuor pour la fin du Temps, avec les spectres mystérieux captés par l'observatoire d'Alma au Chili. À l'aléa du quantique vont se mêler celui, rebelle, des nombres premiers et celui des topos du grand mathématicien Alexandre Grothendieck, dont on écoutera les motifs. Le diable aussi jouera son rôle. Il sévit dans le machine learning qui l'emporte au jeu sans que l'on puisse comprendre pourquoi. Qui gagnera la partie ? Alain Connes est mathématicien, professeur au Collège de France, titulaire de la chaire d'Analyse et Géométrie, membre de l'Académie des sciences et de plusieurs académies étrangères, dont la National Academy of Sciences des États-Unis. Il a obtenu la médaille Fields en 1982. Danye Chéreau a une formation littéraire. Les surprises de la vie lui ont permis de découvrir le milieu scientifique et le monde des chercheurs sur lesquels elle porte un regard toujours curieux, amusé et attendri. Jacques Dixmier a professé aux universités de Toulouse, de Dijon et de Paris. Il est mathématicien « pur », mais certains de ses domaines de recherche (algèbres d'opérateurs, représentations des groupes, algèbres enveloppantes) sont utiles en mécanique quantique. Il a aussi publié des nouvelles de science-fiction. 

CHAPITRE 7

Le spectre d’Atacama

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Armand se sent allégé du poids des engagements. Puisque personne ne s’intéresse à lui, il partira sans explication. Il laisse derrière lui son équipement informatique et sa mélancolie. En outre, un accès de perversité et de rancœur contre ses collègues l’amène à se dire : Je vais leur mitonner un problème « à la Majorana ».

Majorana, ce génial physicien italien, disparu un jour de mars 1938. Quel fut son sort ? Aucune enquête n’a réussi à le savoir. Un suicide ? Ou peut-être un exil volontaire en Argentine ? En considérant ses travaux sur les particules et son caractère, on aurait pu le surnommer le « fermion libre ».

Armand, excité comme un gamin qui joue un bon tour aux adultes, rédige un message à l’intention du directeur de l’observatoire et le laisse en évidence sur sa table. Il sent qu’il va se rendre à une sorte de fête. Alors remonte à sa mémoire une promesse d’âge tendre. En lisant avec passion un autre roman de Jules Verne, Le Phare du bout du monde, dont l’action se déroule en Terre de Feu, il s’était juré de voyager loin, presque aux extrémités de la Terre, pour voir cet endroit perdu. Improvisant son voyage au Chili, il s’était assuré que le phare existait toujours, puis il avait pris en considération le fait que des milliers de kilomètres séparent l’observatoire du phare, et qu’il serait trop occupé pour envisager une escapade là-bas. Mieux vaut garder ses rêves intacts, s’était-il dit frileux. L’amitié de Felipe vient de tout bouleverser et de dénicher au tréfonds de sa personnalité un goût un peu naïf pour l’aventure plein sud.

Le lendemain dès 6 heures, Felipe vient chercher Armand. Il a fallu emporter de grosses réserves d’eau. La marche dans le désert est épuisante. Felipe explique qu’à certains endroits il ne tombe une averse que deux ou trois fois par siècle, parce que la cordillère des Andes arrête les nuages venant du bassin amazonien. Il s’est instruit autant dans les livres que par le bouche-à-oreille. C’est un passionné de météorologie.

Un nom revient dans le dialogue et surprend quelque peu Armand. Humboldt par-ci, Humboldt par-là. À la longue, cela devient clair : il s’agit bien du savant allemand. Apparemment, Humboldt a visité la région, lui aussi. Il a donné son nom à un courant froid venant des zones polaires et longeant la côte chilienne, qui explique ces curieux phénomènes atmosphériques, ce temps gris, brumeux mais pas pluvieux. Le vent de mer, s’étant rafraîchi en survolant le courant froid, ne peut s’élever et former des précipitations. Ce désert, noyé dans le brouillard, est si sec qu’à Antofagasta la NASA a mis au point des expériences destinées à l’étude de la planète Mars.

L’un des premiers soirs de leur marche, Armand sort de son sac à dos le spectre de Rodrigo pour le contempler, rêveur, à la lumière magique des myriades d’étoiles de la Voie lactée qui resplendit.

– C’est quoi ce grand rectangle ? On dirait les couleurs de l’arc-en-ciel ! dit Felipe en regardant l’image.

– Exactement ! Violet, indigo, bleu, vert, jaune, orangé, rouge. Oui, c’est bien cela, répond Armand.

– Je me suis toujours demandé d’où sortaient toutes ces couleurs de l’arc-en-ciel…

– Eh bien, quand la lumière du soleil, qui est ce qu’on appelle de la lumière blanche, traverse des gouttes d’eau, elle se décompose en rayons de diverses couleurs, qui sont déviés de manière différente. Dans certaines conditions, cela forme un arc-en-ciel.

– C’est pour cela qu’il n’apparaît que quand il y a à la fois du soleil et de la pluie ! Mais, attends, j’ai une question : est-ce que seules les gouttes d’eau peuvent ainsi décomposer la lumière ?

– Non, on peut y arriver autrement. Par exemple, avec un prisme, un bloc de verre taillé. C’est ce qu’a fait Isaac Newton au XVII^e siècle. Il a passé beaucoup de temps à étudier ainsi la lumière du soleil, et ces travaux lui ont permis d’identifier ce qu’on appelle les couleurs prismatiques : violet, indigo, bleu, vert, jaune, orangé et rouge, bref les couleurs que l’on connaît habituellement comme celles de l’arc-en-ciel.

– Mais, dis-moi, tu m’expliques que l’on peut « décomposer » la lumière blanche en une multitude de couleurs. Est-ce que cela veut dire que toutes ces couleurs sont en quelque sorte présentes, mélangées, dans la lumière blanche ?

– C’est exactement cela. D’ailleurs, on peut faire l’expérience inverse : en mélangeant toutes les couleurs prismatiques grâce à des instruments d’optique, on reconstitue la lumière blanche.

– Mais comment est-ce possible ?

– Pour comprendre, il faut savoir que ce que nous appelons une couleur est en réalité notre perception d’une longueur d’onde particulière de la lumière.

– D’une longueur d’onde ?

– Oui. Je vais t’expliquer… Tiens, imagine-toi sur la plage.

– Comme si nous étions déjà arrivés ?

– Si tu veux. Les vagues sont comme une onde, une vibration qui se propage sur la mer. Elles arrivent l’une après l’autre sur la plage, mais, tu le sais bien, d’un endroit à un autre, d’un moment à un autre, cette onde n’est pas la même. Si tu veux la caractériser, tu peux le faire à l’aide de trois données : la hauteur des vagues, par exemple 50 centimètres, la fréquence à laquelle elles touchent le rivage et se brisent, disons huit fois par minute, et la distance à laquelle elles se suivent les unes les autres, on pourrait dire 5 mètres. Cette dernière distance, c’est ce que l’on appelle la longueur d’onde. La vitesse de propagation de l’onde est le produit de sa fréquence par sa longueur d’onde.

– Je vois. Si je te suis bien, tu es en train de me dire que la lumière se comporte comme une onde ?

– Tu as parfaitement compris. De la même manière que les vagues, elle a donc une longueur d’onde. Et notre œil est très sensible à cette caractéristique.

– C’est donc cela, la couleur ?

– Exactement. Comme je te le disais, la couleur est notre manière de percevoir une longueur d’onde de la lumière. Par exemple, ce que nous appelons le bleu correspond aux longueurs d’onde situées autour de 480 milliardièmes de mètre, c’est-à-dire 480 nanomètres. Et donc, quand on superpose toutes les longueurs d’onde, on obtient du blanc. Cependant, nous ne pouvons pas « voir » toutes les longueurs d’onde : l’œil humain perçoit généralement celles allant de 400 nanomètres, le violet, à 700 nanomètres, le rouge.

– En fait, dans un arc-en-ciel, on voit toute la panoplie des longueurs d’onde entre ces deux extrémités !

Les trois types de spectres en physique.

– Oui ! En revanche, dans un observatoire comme celui de l’Alma, les grandes oreilles permettent de percevoir le spectre de la lumière pour des longueurs d’onde au-delà du rouge, dans ce que l’on appelle l’infrarouge.

– Pourquoi parles-tu de « spectre », pourquoi ce mot ?

– On désigne ainsi un ensemble de longueurs d’onde. Je ne sais pas trop d’où vient le mot, je n’y connais pas grand-chose, mais vraisemblablement l’origine est-elle à rechercher dans les jeux de lumière observés à l’aide des premiers instruments d’optique, au XVII^e siècle, qui ont dû évoquer les phénomènes inquiétants censés apparaître avec les fantômes, les spectres… Que sais-je ?

– Et donc ton rectangle, là, c’est un spectre ?

– C’est un spectre, tout à fait.

– Mais il est bizarre ton spectre, il a plein de raies noires par-dessus. On dirait un code-barres…

– Bonne comparaison ! D’ailleurs, un spectre avec des raies noires comme cela, on l’appelle un spectre d’absorption.

– Un spectre code-barres ?

– L’histoire de leur découverte est plutôt tortueuse. Au début du XIX^e siècle, à la suite d’observations minutieuses, on a repéré un petit nombre de raies sombres dans la lumière du soleil décomposée par un prisme. Puis un opticien allemand, Joseph von Fraunhofer, a eu l’idée brillante d’explorer ce spectre au microscope. Alors un très grand nombre de raies lui sont apparues.

– Pourquoi certaines raies étaient-elles visibles à l’œil nu et pas les autres ?

– Elles sont plus ou moins prononcées. Elles sont dues à la présence dans la périphérie solaire de corps chimiques qui avalent les rayons lumineux venant du soleil et se dirigeant vers nous, mais seulement ceux qui correspondent exactement à leur spectre. Après les avoir avalés, ils les renvoient, mais dans toutes les directions, de sorte que nous n’en recevons qu’une toute petite fraction. Pour les longueurs d’onde lumineuse ainsi avalées on obtient des raies sombres qui forment un spectre d’absorption, absorbé car avalé !

– Plus c’est avalé, plus c’est noir !

– Grâce à sa formation d’opticien, Fraunhofer a ensuite mis au point des instruments, que nous appelons spectroscopes, qui permettent d’observer les spectres facilement. Ce Fraunhofer était un génie dans son genre, et l’humanité ne l’a récupéré que de justesse. À 14 ans, il a échappé par miracle à l’effondrement de l’atelier dans lequel il travaillait. Un aristocrate l’a pris sous sa protection et lui a permis de pousser jusqu’au bout des études d’opticien.

– Belle histoire… Et pourquoi ce code-barres est-il intéressant ?

– Tu n’imagines pas à quel point les raies d’un spectre sont sources d’information. Voyons… Quantité d’objets, dans la nature, rayonnent. Pas seulement le Soleil, tu le sais bien. Le rayonnement, en interagissant avec des corps chimiques perd des raies, et donc exhibe… un code-barres. Ces raies sont noires parce que les couleurs correspondantes ont été absorbées. Et ce code-barres permet de reconnaître de manière absolument infaillible les éléments chimiques impliqués…

– Comment ?

– Chaque élément simple exhibe une signature spectrale infalsifiable. Cette signature est visible en négatif dans un spectre d’absorption, mais heureusement elle est aussi visible en positif dans ce que l’on appelle un spectre d’émission. Au lieu de raies manquantes, c’est-à-dire de raies noires sur un fond coloré, on a cette fois des raies colorées sur un fond noir. Au XIX^e siècle, les chimistes ont réussi, en chauffant à incandescence, dans l’obscurité totale, un certain nombre de corps simples, à produire un rayonnement qui donne en positif presque toutes les raies d’absorption du spectre solaire. Ils en ont alors déduit la composition chimique de la photosphère, c’est-à-dire de la surface du soleil. Mais ils n’ont pas réussi à produire toutes les raies, et ils ont par conséquent imaginé un corps chimique hypothétique, qu’ils ont baptisé « hélium ».

– Cela me rappelle une discussion que j’avais entendue à l’observatoire, sur la matière noire. Quand les scientifiques ne sont pas capables d’expliquer un phénomène, apparemme...

Table des matières

• Couverture
• Titre
• Copyright
• CHAPITRE PREMIER - Un courriel impératif
• CHAPITRE 2 - L’apparition
• CHAPITRE 3 - L’Alma
• CHAPITRE 4 - L’absent
• CHAPITRE 5 - Chajnantor
• CHAPITRE 6 - L’échappée
• CHAPITRE 7 - Le spectre d’Atacama
• CHAPITRE 8 - Les nuages de Magellan
• CHAPITRE 9 - Nous irons à Valparaiso
• CHAPITRE 10 - La Licorne
• CHAPITRE 11 - Plein sud
• CHAPITRE 12 - Charlotte Dempierre
• CHAPITRE 13 - Le phare du bout du monde
• CHAPITRE 14 - Chez le psy
• CHAPITRE 15 - Analyse spectrale
• CHAPITRE 16 - Isospectralité
• CHAPITRE 17 - Intrication sentimentale
• CHAPITRE 18 - Aucun homme n’est une île
• CHAPITRE 19 - L’île des États d’âme
• CHAPITRE 20 - Le spectre de la guitare
• CHAPITRE 21 - Suites spectrales
• CHAPITRE 22 - Nouvelles du monde
• CHAPITRE 23 - Le retour de la Licorne
• CHAPITRE 24 - Une île au passé chargé
• CHAPITRE 25 - À la recherche du fermion libre
• CHAPITRE 26 - Synchronicité
• CHAPITRE 27 - Ali ravi
• CHAPITRE 28 - Les vingt-quatre hertz du Clos Lucé
• CHAPITRE 29 - Le réveil de Florimond
• CHAPITRE 30 - Mode quantique
• CHAPITRE 31 - Le spectre et son double
• CHAPITRE 32 - Téléporter un secret
• CHAPITRE 33 - Les révélations de Rodrigo
• CHAPITRE 34 - Le secret de la licorne
• CHAPITRE 35 - Le diable est dans la machine
• CHAPITRE 36 - Motifs rythmiques
• CHAPITRE 37 - Dans le Bureau ovale
• CHAPITRE 38 - La question 131
• Notes
• Remerciements
• Table
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