Richard Feynman en visite au Cern en 1965. © Cern

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Richard Feynman : centenaire d'un génie et bouffon de la physique

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Richard Feynman, prix Nobel de physique que l'on compare parfois à Einstein, était aussi un enseignant légendaire et un personnage hors norme et facétieux. À sa mort, il était déjà devenu une icône et 100 ans après sa naissance, ses amis, sa familles et ses collègues lui rendent hommage.

Le physicien et mathématicien Freeman Dyson, connu du grand public pour le concept de sphère de Dyson, était un ami proche d'une des stars de la physique du XXe siècle dont on a fêté ce mois de mai 2018 le centenaire : le prix Nobel de physique Richard Feynman. Les deux hommes se sont rencontrés à la fin des années 1940 alors que Dyson, mathématicien de l'université de Cambridge, en Angleterre, était venu aux États-Unis passer un doctorat en physique, sous la direction de Hans Bethe (découvreur des réactions thermonucléaires et ancien directeur du département de physique théorique du projet Manhattan pendant la seconde guerre mondiale).

Le Britannique était tombé sous le charme intellectuel du jeune Américain, qu'il décrira alors dans une lettre à ses parents comme « mi-génie et mi-bouffon ». Bien plus tard, Dyson finira par dire que finalement Feynman était un génie et un bouffon total.

Des années après la mort de Feynman, la BBC a consacré d'autres documentaires au physicien génial et iconoclaste. Voici l'un des plus récents. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © BBC

Feynman, génie de la physique quantique

Au cours des années 1980, le physicien deviendra une icône, après un documentaire diffusé par la BBC, mais aussi un livre, sorte d'autobiographie parsemée d'anecdotes rocambolesques, Vous voulez rire, Monsieur Feynman !. Le prix Nobel y apparaissait comme un esprit libre et excentrique, davantage encore qu'Einstein, bien loin de la traditionnelle image sage et digne du scientifique. Son livre montrait un esprit critique et irrévérencieux. On y voit le savant s'amuser à ouvrir les coffres-forts contenant les secrets de la fabrication de la bombe atomique à Los Alamos, jouant du bongo, ou croquant aussi régulièrement des modèles de danseuses dans les bars topless, tout en travaillant. L'image était décoiffante : un prix Nobel, unanimement considéré par ses pairs comme un génies de la physique du XXe siècle, apparaissant comme une sorte d'Albert Einstein découvrant la théorie de la relativité entre deux shows du Moulin rouge.

Entre sa date de naissance, le 11 mai 1918 à Manhattan, et son décès des suites d'un cancer le 15 février 1988 à Los Angeles, Richard Feynman a eu une vie bien remplie. Il avait commencé à étudier la physique au MIT avant de finalement passer sa thèse avec John Wheeler à Princeton. Ce chercheur avait élaboré la première théorie de la fission nucléaire avec Niels Bohr à la fin des années 1930 et sera plus tard un des pionniers de la théorie des trous noirs en relativité générale et de la cosmologie quantique. Dans sa thèse, Feynman réussissait le tour de force de donner une nouvelle formulation des équations de la mécanique quantique, équivalante à celle de Schrödinger et de Heisenberg-Born-Jordan mais qui se révélera plus efficace en théorie quantique des champs.

Lors de sa conférence Nobel en 1965, le physicien avait raconté comment cette nouvelle version de la théorie quantique l'avait conduit aux fameux « diagrammes de Feynman », abondamment utilisés depuis en physique des particules et en physique de la matière condensée. L'idée lui était venue, avait-il expliqué, alors qu'il cherchait à résoudre les énigmes de l'époque concernant l'électrodynamique quantique, la version relativiste et quantique de la théorie des électrons et du champ électromagnétique de Maxwell-Lorentz. Ces diagrammes permettent de calculer rapidement les phénomènes associés par exemple à l'existence du boson de Brout-Englert-Higgs.

Feynman démystifiant les capacités des physiciens à comprendre la mécanique quantique ou la relativité. La physique, explique-t-il, est à la portée du plus grand nombre avec du travail (beaucoup, quand même). © BBC, YouTube

L'approche de Feynman, dont le développement avait été différé par la seconde guerre mondiale et son implication dans le projet Manhattan, était si nouvelle à la fin des années 1940 qu'elle a été initialement incomprise. C'est justement Dyson qui a réussi à donner aux découvertes de Feynman une base plus solide, les rendant plus facilement compréhensibles et montrant leur efficacité supérieure. Dyson a raconté toutes les difficultés qu'il avait eues à convaincre Oppenheimer à Princeton, alors directeur du célèbre institut, qui l'interrompait sans cesse pour le critiquer sévèrement lors de son exposition des idées de Feynman en séminaire. Bethe avait été contraint d'intervenir pour remettre « Oppy » à sa place. Cela vaudra finalement un poste à vie à Princeton pour Dyson sans que celui-ci n'ait eu à passer un doctorat, qu'il n'a toujours pas d'ailleurs. À la même époque, la physicienne et mathématicienne française Cécile DeWitt-Morette avait compris également toute l'importance de la fameuse intégrale de chemin de Feynman, sa nouvelle formulation de la théorie quantique, et en discutait avec Feynman et Dyson.

Cette intégrale sera la clé pour exploiter les équations de Yang-Mills du Modèle standard, qui se mettait en place dans les années 1970. Elle sera aussi utilisée par Hawking pour développer ses théories sur les trous noirs et la cosmologie quantique pour son modèle sans frontière avec temps imaginaire : le modèle de Hartle-Hawking.

Au cours des années 1950 et au début des années 1960, Feynman va faire d'autres découvertes. Il fera notamment progresser la théorie des superfluides. Avec Murray Gell-Mann et Sudarshan, il fera partie des pionniers d'une nouvelle théorie de la force nucléaire faible, aidant à bâtir un modèle plus précis que celui proposé par Fermi dans les années 1930 et qui sera à la racine du modèle électrofaible. Influence plus médiatisée, il sera le premier à esquisser ce qui deviendra les nanotechnologies, avec sa fameuse conférence There's Plenty of Room at the Bottom.

Il contribuera également au développement d'une théorie quantique de la gravitation et à l'acceptation de l'existence au moins théorique des ondes gravitationnelles au sein de la théorie d'Einstein. Il établira avant tout le monde l'instabilité des étoiles relativistes massives qui les conduit à s'effondrer facilement en trou noir.

Feynman, professeur de physique légendaire

Au cours des années 1960, ce sont ses dons d'enseignant et de vulgarisateur qui étendront son aura grandissante. Sept conférences, données en 1964 à l'université de Cornell dans le cadre des Cornell University's Messenger Lecture Series, seront filmées par la BBC. Elles seront aussi éditées sous la forme d'un petit livre intitulé La nature des lois de la physique (en anglais The Character of Physical Law) destiné à un plus large public.

Il y aura surtout les incontournables cours de physique pour étudiants en licence. Pierre-Gilles de Gennes lui-même, alors qu'il était déjà un scientifique reconnu, n'hésitait pas à dire qu'ils l'avaient contraint à se remettre en cause. Faussement simples, ces cours permettent en fait d'aborder des concepts centraux de la physique débarrassés des ornements mathématiques stériles et inutilement compliqués. Ils restituent ainsi la véritable dimension de la physique, une aventure extraordinaire à la recherche de la vision d'une grandiose fresque des phénomènes naturels (voir la présentation de cette suite, The Feynman Series-Curiosity).

Grand physicien et enseignant lui aussi, Leonard Susskind explique que la particularité de Feynman dans ses cours et dans ses travaux est d'utiliser des raisonnements physiques simples pour court-circuiter de longs calculs mathématiques. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © caltech

Les Feynman Lectures on Physics sont désormais en accès libre sur la toile (mais en anglais). Elles ont été une révélation pour le cosmologiste Max Tegmark qui ne trouvait pas la physique intéressante avant de les avoir vues. Ses cours sur la théorie de la gravitation ont aussi été publiés par la suite.

Moins d'une dizaine d'années avant sa mort, Feynman avait réfléchi aux développements des ordinateurs. À vrai dire, cet intérêt lui venait de loin, du du temps où il travaillait sur la bombe atomique, à l'aide de calculateurs, et au contact de Von Neumann et Stanislaw Ulam. Il avait d'ailleurs collaboré avec Danny Hillis, pionnier des ordinateurs fonctionnant en parallèle. Surtout, ses réflexions font de lui aujourd'hui un des pionniers de la théorie des ordinateurs quantiques. Il en a résulté des cours sur l'informatique et les ordinateurs, également publiés.

On pourrait consacrer plusieurs livres à Richard Feynman, ce qui a d'ailleurs été fait. Pour le centenaire de son anniversaire, de nombreuses vidéos ont été ajoutées sur YouTube par le Caltech, l'université où il était en poste depuis les années 1950. En voici deux :

  • Le centenaire de la naissance de Richard Feynman, prix Nobel de physique 1965, est l'occasion de rappeler son œuvre.
  • Esprit brillant et iconoclaste, il a contribué à faire progresser les connaissances dans de nombreux domaines, physique des particules, cosmologie, nanotechnologies, informatique quantique...
  • Ses cours de physique, célèbres, ont été inspirants pour une génération de physiciens.
  • Des vidéos le concernant ont récemment été mises en ligne.
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