Have we reached the end of physics? | Harry Cliff

Traducteur: Matthieu Panicucci Relecteur: Emmanuel Parfond

A hundred years ago this month, a 36-year-old Albert Einstein

Il y a un siècle ce mois-ci, Albert Einstein, alors âgé de 36 ans,

stood up in front of the Prussian Academy of Sciences in Berlin

présentait à l'Académie royale des sciences de Prusse à Berlin,

to present a radical new theory of space, time and gravity:

une théorie révolutionnaire de l'espace, du temps et de la gravité :

the general theory of relativity.

la théorie de la relativité générale.

General relativity is unquestionably Einstein's masterpiece,

Cette théorie, sans aucun doute le chef-d'œuvre d'Einstein,

a theory which reveals the workings of the universe at the grandest scales,

révèle le fonctionnement de l'univers aux plus grandes échelles,

capturing in one beautiful line of algebra

et condense en une élégante équation

everything from why apples fall from trees to the beginning of time and space.

aussi bien la chute des pommes que l'avènement du temps et de l'espace.

1915 must have been an exciting year to be a physicist.

1915 devait être une année passionnante pour les physiciens.

Two new ideas were turning the subject on its head.

Deux nouvelles idées étaient en train de révolutionner le domaine.

One was Einstein's theory of relativity,

L'une était la relativité d'Einstein,

the other was arguably even more revolutionary:

l'autre était peut-être encore plus révolutionnaire :

quantum mechanics,

la mécanique quantique,

a mind-meltingly strange yet stunningly successful new way

une nouvelle façon très étrange mais extrêmement efficace

of understanding the microworld, the world of atoms and particles.

de comprendre le monde des atomes et des particules.

Over the last century, these two ideas have utterly transformed

Au cours du siècle dernier, ces deux idées ont radicalement transformé

our understanding of the universe.

notre vision de l'univers.

It's thanks to relativity and quantum mechanics

Grâce à la relativité et la mécanique quantique,

that we've learned what the universe is made from,

nous avons découvert de quoi est fait l'univers,

how it began and how it continues to evolve.

comment il a commencé et comment il évolue encore.

A hundred years on, we now find ourselves at another turning point in physics,

Cent ans plus tard, nous arrivons à un nouveau tournant de la physique,

but what's at stake now is rather different.

mais les enjeux sont à présent différents.

The next few years may tell us whether we'll be able

Dans les prochaines années, nous saurons peut-être

to continue to increase our understanding of nature,

si nous pouvons encore repousser la frontière de l'inconnu,

or whether maybe for the first time in the history of science,

ou si, pour la première fois dans l'histoire des sciences,

we could be facing questions that we cannot answer,

nous serons face à des questions auxquelles nous ne pouvons pas répondre,

not because we don't have the brains or technology,

non par manque d'intelligence ou de technologie,

but because the laws of physics themselves forbid it.

mais parce que la physique elle-même nous en empêche.

This is the essential problem: the universe is far, far too interesting.

Voici le problème fondamental : l'univers est trop, bien trop intéressant.

Relativity and quantum mechanics appear to suggest

Selon la relativité et la mécanique quantique,

that the universe should be a boring place.

l'univers devrait être morne.

It should be dark, lethal and lifeless.

Il devrait être sombre, mortel, sans vie.

But when we look around us, we see we live in a universe full of interesting stuff,

Mais en l'observant, nous voyons qu'il regorge de choses intéressantes,

full of stars, planets, trees, squirrels.

d'étoiles, de planètes, d'arbres, d'écureuils.

The question is, ultimately,

La vraie question est, donc,

why does all this interesting stuff exist?

pourquoi est-ce que tout cela existe ?

Why is there something rather than nothing?

Pourquoi quelque chose plutôt que rien ?

This contradiction is the most pressing problem in fundamental physics,

Cette contradiction est au cœur de la physique fondamentale,

and in the next few years, we may find out whether we'll ever be able to solve it.

et les années à venir pourraient nous dire s'il sera un jour possible de la résoudre.

At the heart of this problem are two numbers,

Au centre de ce problème se trouvent deux valeurs,

two extremely dangerous numbers.

deux valeurs hautement dangereuses.

These are properties of the universe that we can measure,

Il s'agit de propriétés mesurables de l'univers,

and they're extremely dangerous

et elles sont dangereuses car,

because if they were different, even by a tiny bit,

si elles étaient différentes, même rien qu'un peu,

then the universe as we know it would not exist.

notre univers tel que nous le connaissons n'existerait pas.

The first of these numbers is associated with the discovery that was made

La première valeur est liée à la découverte faite

a few kilometers from this hall, at CERN, home of this machine,

à quelques kms d'ici, au CERN, où se trouve cette machine,

the largest scientific device ever built by the human race,

le plus grand outil scientifique jamais construit par l'homme,

the Large Hadron Collider.

le Large Hadron Collider.

The LHC whizzes subatomic particles around a 27-kilometer ring,

Il accélère des particules subatomiques le long d'un anneau de 27 kilomètres,

getting them closer and closer to the speed of light

se rapprochant de la vitesse de la lumière

before smashing them into each other inside gigantic particle detectors.

avant de les faire entrer en collision dans d'immenses détecteurs de particules.

On July 4, 2012, physicists at CERN announced to the world

Le 4 juillet 2012, des physiciens du CERN ont annoncé au monde

that they'd spotted a new fundamental particle

la découverte d'une nouvelle particule fondamentale

being created at the violent collisions at the LHC: the Higgs boson.

créée par les violentes collisions au sein du LHC : le boson de Higgs.

Now, if you followed the news at the time,

Si vous suiviez l'actualité de l'époque,

you'll have seen a lot of physicists getting very excited indeed,

vous avez certainement remarqué l'enthousiasme des physiciens,

and you'd be forgiven for thinking

et vous avez peut-être pensé

we get that way every time we discover a new particle.

que nous nous emballons à chaque nouvelle particule.

Well, that is kind of true,

Et, c'est un peu vrai,

but the Higgs boson is particularly special.

mais le boson de Higgs est vraiment spécial.

We all got so excited because finding the Higgs

Nous étions très excités car cette découverte

proves the existence of a cosmic energy field.

prouve l'existence d'un champ de force cosmique.

Now, you may have trouble imagining an energy field,

Vous ne voyez peut-être pas ce qu'est un champ de force,

but we've all experienced one.

mais vous en connaissez un.

If you've ever held a magnet close to a piece of metal

Si vous avez approché un aimant d'un objet métallique

and felt a force pulling across that gap,

et senti l'attraction entre les deux,

then you've felt the effect of a field.

vous avez senti l'effet d'un champ.

And the Higgs field is a little bit like a magnetic field,

Le champ de Higgs est un peu comme un champ magnétique,

except it has a constant value everywhere.

sauf qu'il a une valeur constante partout.

It's all around us right now.

Il nous entoure en ce moment.

We can't see it or touch it,

On ne peut ni le voir ni le toucher,

but if it wasn't there,

mais sans lui,

we would not exist.

nous n'existerions pas.

The Higgs field gives mass

Ce champ donne leur masse

to the fundamental particles that we're made from.

aux particules fondamentales qui nous composent.

If it wasn't there, those particles would have no mass,

Sans lui, ces particules n'auraient aucune masse,

and no atoms could form and there would be no us.

aucun atome ne se formerait, et nous ne serions pas là.

But there is something deeply mysterious about the Higgs field.

Mais un grand mystère entoure le champ de Higgs.

Relativity and quantum mechanics tell us that it has two natural settings,

Selon la relativité et la mécanique quantique, il devrait

a bit like a light switch.

fonctionner comme un interrupteur.

It should either be off,

Il serait soit inactif,

so that it has a zero value everywhere in space,

avec une valeur nulle partout dans l'espace,

or it should be on so it has an absolutely enormous value.

soit actif avec une valeur gigantesque.

In both of these scenarios, atoms could not exist,

Dans les deux cas, les atomes n'existeraient pas,

and therefore all the other interesting stuff

et donc toutes ces choses passionnantes

that we see around us in the universe would not exist.

ne pourraient pas exister non plus.

In reality, the Higgs field is just slightly on,

En réalité, le champ de Higgs est juste un peu actif,

not zero but 10,000 trillion times weaker than its fully on value,

pas zéro mais dix millions de milliards de fois plus faible que sa valeur maximale,

a bit like a light switch that's got stuck just before the off position.

comme un interrupteur bloqué à la limite de la position éteinte.

And this value is crucial.

Et cette valeur est cruciale.

If it were a tiny bit different,

Si elle était légèrement différente,

then there would be no physical structure in the universe.

l'univers n'aurait aucune structure physique.

So this is the first of our dangerous numbers,

C'est donc la première valeur dangereuse,

the strength of the Higgs field.

l'intensité du champ de Higgs.

Theorists have spent decades trying to understand

Des théoriciens cherchent depuis des décennies

why it has this very peculiarly fine-tuned number,

la raison de cette valeur étrangement précise,

and they've come up with a number of possible explanations.

et ont imaginé de nombreuses explications.

They have sexy-sounding names like "supersymmetry"

Celles-ci ont des noms exotiques comme « supersymétrie » ou

or "large extra dimensions."

« grandes dimensions supplémentaires. »

I'm not going to go into the details of these ideas now,

Je vous épargne les détails,

but the key point is this:

mais voici le plus important :

if any of them explained this weirdly fine-tuned value of the Higgs field,

chacune de ces théories implique des nouvelles particules

then we should see new particles being created at the LHC

que nous devrions détecter au LHC

along with the Higgs boson.

en même temps que le boson de Higgs.

So far, though, we've not seen any sign of them.

Mais il n'y a pour l'instant aucun signe de ces particules.

But there's actually an even worse example

Mais il y a un exemple encore pire

of this kind of fine-tuning of a dangerous number,

de valeur aussi précise que dangereuse,

and this time it comes from the other end of the scale,

et à l'inverse du champ de Higgs,

from studying the universe at vast distances.

il vient de l'étude de l'univers aux plus grandes échelles.

One of the most important consequences of Einstein's general theory of relativity

Une des plus grandes conséquences de la relativité générale

was the discovery that the universe began as a rapid expansion of space and time

fut la découverte que l'univers commença par une expansion du temps et de l'espace

13.8 billion years ago, the Big Bang.

il y a 13,8 milliards d'années : le Big Bang.

Now, according to early versions of the Big Bang theory,

Selon les premières versions de la théorie du Big Bang,

the universe has been expanding ever since

l'univers a depuis continué à grandir

with gravity gradually putting the brakes on that expansion.

en ralentissant progressivement sous l'effet de la gravité.

But in 1998, astronomers made the stunning discovery

Mais en 1998, des astronomes ont fait une surprenante découverte :

that the expansion of the universe is actually speeding up.

l'expansion de l'univers s'accélère.

The universe is getting bigger and bigger faster and faster

L'univers grandit toujours plus, toujours plus vite,

driven by a mysterious repulsive force called dark energy.

à cause d'une mystérieuse force répulsive nommée énergie sombre.

Now, whenever you hear the word "dark" in physics,

Quand vous entendez « sombre » en physique,

you should get very suspicious

soyez méfiants, car

because it probably means we don't know what we're talking about.

cela signifie souvent que nous ne savons pas de quoi il s'agit.

(Laughter)

(Rires)

We don't know what dark energy is,

On ne sait pas ce qu'est l'énergie sombre

but the best idea is that it's the energy of empty space itself,

mais la meilleure idée est qu'il s'agit de l'énergie de l'espace lui-même,

the energy of the vacuum.

l'énergie du vide.

Now, if you use good old quantum mechanics to work out

En utilisant la mécanique quantique

how strong dark energy should be,

pour déterminer sa puissance,

you get an absolutely astonishing result.

le résultat est simplement ahurissant.

You find that dark energy

L'énergie sombre devrait être

should be 10 to the power of 120 times stronger

10 exposant 120 fois plus puissante

than the value we observe from astronomy.

que la valeur observée par les astronomes.

That's one with 120 zeroes after it.

C'est un 1 suivi de 120 zéros.

This is a number so mind-bogglingly huge

Un nombre tellement énorme

that it's impossible to get your head around.

qu'on ne peut même pas l'imaginer.

We often use the word "astronomical" when we're talking about big numbers.

On dit souvent des grands nombres qu'ils sont astronomiques.

Well, even that one won't do here.

Mais celui-ci va encore plus loin.

This number is bigger than any number in astronomy.

Aucun nombre astronomique n'est aussi grand.

It's a thousand trillion trillion trillion times bigger

C'est 10 exposant 39 fois plus grand

than the number of atoms in the entire universe.

que le nombre d'atomes dans tout l'univers.

So that's a pretty bad prediction.

Cette prédiction est donc fausse.

In fact, it's been called the worst prediction in physics,

On l'appelle même la pire prédiction de la physique,

and this is more than just a theoretical curiosity.

et ce n'est pas qu'une simple bizarrerie théorique.

If dark energy were anywhere near this strong,

Si l'énergie sombre était aussi puissante,

then the universe would have been torn apart,

l'univers se serait désintégré,

stars and galaxies could not form, and we would not be here.

les étoiles et les galaxies n'existeraient pas, et nous non plus.

So this is the second of those dangerous numbers,

La puissance de l'énergie sombre est donc

the strength of dark energy,

la seconde valeur dangereuse,

and explaining it requires an even more fantastic level of fine-tuning

et elle exige une précision encore plus fine

than we saw for the Higgs field.

que le champ de Higgs.

But unlike the Higgs field, this number has no known explanation.

Mais contrairement à celui-ci, elle n'a aucune explication connue.

The hope was that a complete combination

On espérait que l'harmonisation

of Einstein's general theory of relativity,

de la relativité générale,

which is the theory of the universe at grand scales,

la théorie du grand univers,

with quantum mechanics, the theory of the universe at small scales,

et de la mécanique quantique, la théorie de l'univers microscopique,

might provide a solution.

nous donnerait une solution.

Einstein himself spent most of his later years

Einstein lui-même a passé la fin de sa vie

on a futile search for a unified theory of physics,

à tenter vainement d'unifier la physique,

and physicists have kept at it ever since.

et les physiciens ont continué cette quête après lui.

One of the most promising candidates for a unified theory is string theory,

La théorie des cordes fait partie des idées les plus prometteuses,

and the essential idea is,

son fondement étant que,

if you could zoom in on the fundamental particles that make up our world,

si l'on pouvait zoomer sur les particules fondamentales,

you'd see actually that they're not particles at all,

on ne verrait pas du tout des particules,

but tiny vibrating strings of energy,

mais de fines cordes d'énergie en vibration,

with each frequency of vibration corresponding to a different particle,

chaque fréquence de vibration correspondant à une particule différente,

a bit like musical notes on a guitar string.

un peu comme les notes d'une guitare.

So it's a rather elegant, almost poetic way of looking at the world,

C'est donc un point de vue plutôt élégant, presque poétique,

but it has one catastrophic problem.

mais avec un problème catastrophique.

It turns out that string theory isn't one theory at all,

La théorie des cordes n'est en fait pas une théorie

but a whole collection of theories.

mais plusieurs théories.

It's been estimated, in fact,

En réalité, on a estimé

that there are 10 to the 500 different versions of string theory.

qu'il existe 10 exposant 500 versions différentes.

Each one would describe a different universe

Chaque version décrirait un univers différent

with different laws of physics.

doté de lois physiques différentes.

Now, critics say this makes string theory unscientific.

Pour certains, ce n'est donc pas de la science.

You can't disprove the theory.

Car la théorie est impossible à réfuter.

But others actually turned this on its head

D'autres ont pris une approche différente

and said, well, maybe this apparent failure

en se disant que cet échec en apparence

is string theory's greatest triumph.

est la grande force de la théorie des cordes.

What if all of these 10 to the 500 different possible universes

Et si tous ces différents univers possibles

actually exist out there somewhere

existaient réellement, quelque part,

in some grand multiverse?

au sein d'un grand multivers ?

Suddenly we can understand

On peut alors comprendre

the weirdly fine-tuned values of these two dangerous numbers.

pourquoi ces deux dangereuses valeurs sont si étrangement précises.

In most of the multiverse,

La plupart du temps,

dark energy is so strong that the universe gets torn apart,

l'énergie sombre est si puissante que l'univers se désintègre

or the Higgs field is so weak that no atoms can form.

ou le champ de Higgs est si faible qu'aucun atome ne se forme.

We live in one of the places in the multiverse

Nous sommes dans une partie du multivers

where the two numbers are just right.

où les deux valeurs sont parfaites.

We live in a Goldilocks universe.

Un univers Boucles d'Or.

Now, this idea is extremely controversial, and it's easy to see why.

Cette idée est très controversée, ce qui est compréhensible.

En suivant cette réflexion, nous ne saurons jamais

If we follow this line of thinking,

capables de répondre à la question,

then we will never be able to answer the question,

"Why is there something rather than nothing?"

« Pourquoi y a-t-il quelque chose plutôt que rien ? »

In most of the multiverse, there is nothing,

La majorité du multivers est vide, il n'y a rien,

and we live in one of the few places

et nous sommes à l'un des rares endroits

where the laws of physics allow there to be something.

où les lois de la physique permettent qu'il y ait quelque chose.

Even worse, we can't test the idea of the multiverse.

Pire encore, l'idée d'un multivers est impossible à tester.

We can't access these other universes,

Nous n'avons pas accès à ces autres univers,

so there's no way of knowing whether they're there or not.

et nous ne pouvons donc pas savoir s'ils existent ou non.

So we're in an extremely frustrating position.

Nous sommes donc dans une situation extrêmement frustrante.

That doesn't mean the multiverse doesn't exist.

Cela ne prouve pas que le multivers n'existe pas.

There are other planets, other stars, other galaxies,

Il y a bien d'autres planètes, étoiles, galaxies,

so why not other universes?

alors pourquoi pas d'autres univers ?

The problem is, it's unlikely we'll ever know for sure.

Malheureusement, nous ne le saurons probablement jamais.

Now, the idea of the multiverse has been around for a while,

L'idée du multivers circule depuis un certain temps,

but in the last few years, we've started to get the first solid hints

mais ces dernières années ont offert les premiers indices concrets

that this line of reasoning may get born out.

qui pourraient confirmer ce raisonnement.

On attendait beaucoup des premières expériences au LHC,

Despite high hopes for the first run of the LHC,

what we were looking for there --

nous espérions y trouver —

we were looking for new theories of physics:

nous cherchions de nouvelles théories de physique :

supersymmetry or large extra dimensions

supersymétrie ou nouvelles grandes dimensions,

that could explain this weirdly fine-tuned value of the Higgs field.

quelque chose qui pourrait expliquer la valeur du champ de Higgs.

But despite high hopes, the LHC revealed a barren subatomic wilderness

Malgré ces attentes, le LHC n'a révélé qu'un monde subatomique désert

populated only by a lonely Higgs boson.

à la seule exception du boson de Higgs.

My experiment published paper after paper

Publication après publication,

where we glumly had to conclude that we saw no signs of new physics.

nous avons dû nous rendre à l'évidence : il n'y a aucun signe de nouvelle physique.

The stakes now could not be higher.

Les enjeux présents sont donc énormes.

This summer, the LHC began its second phase of operation

Cet été, le LHC a entamé la seconde phase des expériences

with an energy almost double what we achieved in the first run.

en doublant presque l'énergie de la première phase.

What particle physicists are all desperately hoping for

Les physiciens cherchent désespérément

are signs of new particles, micro black holes,

de nouvelles particules, de minuscules trous noirs

or maybe something totally unexpected

ou peut-être autre chose d'inattendu

emerging from the violent collisions at the Large Hadron Collider.

que les violentes collisions du LHC pourraient révéler.

If so, then we can continue this long journey

Cela permettrait de continuer le long voyage

that began 100 years ago with Albert Einstein

qui a commencé il y a 100 ans avec Albert Einstein

towards an ever deeper understanding of the laws of nature.

toujours plus loin à la découverte des lois de la nature.

But if, in two or three years' time,

Mais si dans deux ou trois ans,

when the LHC switches off again for a second long shutdown,

quand le LHC sera désactivé pour une deuxième longue période,

we've found nothing but the Higgs boson,

nous n'avons trouvé que le boson de Higgs,

then we may be entering a new era in physics:

ce pourrait être le début d'une nouvelle ère de la physique,

an era where there are weird features of the universe that we cannot explain;

une ère où l'univers a d'étranges propriétés inexplicables,

an era where we have hints that we live in a multiverse

où nous suspectons qu'il existe un multivers

that lies frustratingly forever beyond our reach;

que nous ne pourrons malheureusement jamais atteindre,

an era where we will never be able to answer the question,

où nous n'aurons jamais la réponse à la question

"Why is there something rather than nothing?"

« Pourquoi y a-t-il quelque chose plutôt que rien ? »

Thank you.

Merci.

(Applause)

(Applaudissements)

Bruno Giussani: Harry, even if you just said

Bruno Giussani : Harry, même si vous dites que

the science may not have some answers,

la science n'a pas réponse à tout,

I would like to ask you a couple of questions, and the first is:

j'aimerais vous poser quelques questions, dont celle-ci :

building something like the LHC is a generational project.

la construction du LHC est un projet intergénérationnel.

I just mentioned, introducing you, that we live in a short-term world.

En vous présentant, j'ai souligné la vision à court terme du monde.

How do you think so long term,

En construisant un tel projet,

projecting yourself out a generation when building something like this?

comment vous projetez-vous si loin, au-delà de votre génération ?

Harry Cliff: I was very lucky

Harry Cliff : J'ai la chance

that I joined the experiment I work on at the LHC in 2008,

d'avoir rejoint l'équipe où je travaille au LHC en 2008,

just as we were switching on,

juste avant le lancement,

and there are people in my research group who have been working on it

et certains parmi nous travaillent sur ce projet

for three decades, their entire careers on one machine.

depuis trente ans, depuis le début de leur carrière.

So I think the first conversations about the LHC were in 1976,

Je pense que l'idée du LHC a été lancée en 1976,

and you start planning the machine without the technology

et il a fallu imaginer la machine sans la technologie

that you know you're going to need to be able to build it.

qui sera nécessaire pour la construire.

So the computing power did not exist in the early '90s

La conception a commencé au début des années 90,

when design work began in earnest.

sans les ordinateurs modernes.

One of the big detectors which record these collisions,

On pensait qu'aucune technologie

they didn't think there was technology

ne pourrait supporter les radiations

that could withstand the radiation that would be created in the LHC,

que l'un des grands détecteurs aurait à subir,

so there was basically a lump of lead in the middle of this object

et on a donc imaginé un gros bloc de plomb

with some detectors around the outside,

entouré de quelques détecteurs,

but subsequently we have developed technology.

mais la technologie fut ensuite créée.

So you have to rely on people's ingenuity, that they will solve the problems,

Il faut donc compter sur notre capacité à résoudre les problèmes,

but it may be a decade or more down the line.

mais cela peut prendre 10 ans et plus encore.

BG: China just announced two or three weeks ago

BG : Il y a deux semaines, la Chine a annoncé

that they intend to build

qu'elle compte construire

a supercollider twice the size of the LHC.

un collisionneur deux fois plus grand que le LHC.

I was wondering how you and your colleagues welcome the news.

J'aimerais savoir ce qu'en pensent les physiciens.

HC: Size isn't everything, Bruno. BG: I'm sure. I'm sure.

HC : La taille ne fait pas tout. BG : Je n'en doute pas.

(Laughter)

(Rires)

It sounds funny for a particle physicist to say that.

C'est drôle qu'un physicien dise cela.

But I mean, seriously, it's great news.

Mais blague à part, c'est génial.

So building a machine like the LHC

Construire une machine comme le LHC

requires countries from all over the world to pool their resources.

nécessite de réunir les ressources du monde entier.

Aucun pays ne peut s'offrir une telle machine,

No one nation can afford to build a machine this large,

sauf peut-être la Chine, car ils ont de grandes ressources,

apart from maybe China,

because they can mobilize huge amounts of resources,

de main-d'œuvre et d'argent pour construire ce genre de machines.

manpower and money to build machines like this.

So it's only a good thing.

C'est donc une bonne chose.

What they're really planning to do is to build a machine

Leur objectif est de construire une machine pour étudier

that will study the Higgs boson in detail and could give us some clues

le boson de Higgs en détail et savoir si ces nouvelles idées,

as to whether these new ideas, like supersymmetry, are really out there,

comme la supersymétrie, sont réalisables,

c'est une bonne chose pour la physique, je pense.

so it's great news for physics, I think.

BG: Harry, thank you. HC: Thank you very much.

BG : Harry, merci. HC : Merci beaucoup.

(Applaudissements)

(Applause)