Comment explorer les questions non résolues en physique | James Beacham | TEDxBerlin
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0:07 - 0:11Il y a quelque chose
à propos de la physique -
0:11 - 0:16qui me dérange vraiment
depuis que je suis petit. -
0:17 - 0:19Et cela concerne une question
-
0:19 - 0:22que les scientifiques se posent
depuis presque 100 ans, -
0:22 - 0:23en vain.
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0:25 - 0:28Comment les plus petites choses
qui existent dans la nature, -
0:28 - 0:30les particules du monde quantique,
-
0:30 - 0:33sont-elles reliées
aux plus grandes choses de la nature -- -
0:33 - 0:37les planètes, les étoiles et les galaxies
retenues par la gravité ? -
0:37 - 0:40Enfant, c'était le genre de questions
qui me perturbaient. -
0:40 - 0:43Je m'amusais avec des microscopes
et des électroaimants, -
0:43 - 0:45je lisais sur les forces du minuscule
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0:45 - 0:47et sur la mécanique quantique
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0:47 - 0:50et je m'émerveillais
de l'exactitude de la description -
0:50 - 0:52par rapport à nos observations.
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0:52 - 0:54Puis je regardais les étoiles,
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0:54 - 0:57et je lisais qu'on connait bien la gravité
-
0:57 - 1:00et je pensais qu'il devait y avoir
une manière élégante -
1:00 - 1:02de faire coïncider ces deux systèmes.
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1:03 - 1:05Mais il n'y en a pas.
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1:06 - 1:07Et les livres disaient,
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1:07 - 1:10oui, nous comprenons très bien
ces deux domaines séparément, -
1:10 - 1:13mais en essayant de les relier
mathématiquement, -
1:13 - 1:14tout s'écroule.
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1:15 - 1:16Et pendant 100 ans,
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1:16 - 1:21aucune de nos idées censées
résoudre ce désastre de la physique -
1:21 - 1:23n'a pu être appuyée par des preuves.
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1:24 - 1:26Et pour mon moi enfant --
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1:26 - 1:28le petit, curieux et sceptique James --
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1:28 - 1:31c'était une réponse extrêmement décevante.
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1:32 - 1:34Je suis d'ailleurs
toujours un enfant sceptique. -
1:34 - 1:38Faisons un bon en avant
jusqu'en décembre 2015, -
1:39 - 1:42quand je me suis retrouvé coincé au milieu
-
1:42 - 1:45du monde de la physique
complètement retourné. -
1:46 - 1:49Au CERN, on a remarqué
une chose intrigante dans nos données : -
1:49 - 1:51la trace d'une nouvelle particule,
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1:52 - 1:56l'ombre d'une éventuelle réponse
extraordinaire à cette question. -
1:58 - 2:00Je suis encore un enfant sceptique,
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2:00 - 2:02mais je suis aussi
un chasseur de particules. -
2:02 - 2:05Je suis physicien au Grand collisionneur
de hadrons (LHC) du CERN, -
2:06 - 2:09la plus grande expérience scientifique
jamais organisée. -
2:10 - 2:14C'est un tunnel de 27 kilomètres à
la frontière de la France et de la Suisse, -
2:14 - 2:15creusé 100 mètres sous la terre.
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2:15 - 2:17Et dans ce tunnel,
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2:17 - 2:20on utilise des aimants supraconducteurs
plus froids que la température de l'espace -
2:21 - 2:24pour accélérer des protons,
presque à la vitesse de la lumière, -
2:24 - 2:28et les écraser les uns contre les autres
des millions de fois par secondes, -
2:28 - 2:30afin de recueillir
les débris de ces collisions -
2:30 - 2:34et chercher de nouvelles particules
fondamentales inconnues. -
2:35 - 2:37Sa création a demandé
des décennies de travail -
2:37 - 2:40à des centaines de physiciens
à travers le monde -
2:40 - 2:43et lors de l'été 2015,
-
2:43 - 2:46nous avons travaillé sans relâche
afin de lancer le LHC -
2:46 - 2:51à la plus grande énergie jamais utilisée
pour ce genre d'expérience. -
2:52 - 2:54Une énergie plus élevée
est en fait indispensable -
2:54 - 2:57car pour les particules,
il existe un équivalent -
2:57 - 2:59entre l'énergie
et la masse des particules, -
2:59 - 3:01et la masse n'est qu'un nombre
mis là par la nature. -
3:02 - 3:04Pour découvrir des particules,
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3:04 - 3:06on doit atteindre ces grands nombres.
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3:06 - 3:09Et pour ça, il faut créer un collisionneur
plus grand et plus puissant, -
3:09 - 3:11et le plus grand, plus puissant
collisionneur au monde -
3:12 - 3:13est le Grand collisionneur de hadrons.
-
3:14 - 3:19Ensuite, nous réalisons des collisions
de protons des billiards de fois, -
3:19 - 3:24nous rassemblons ces données
très lentement, cela dure des mois. -
3:25 - 3:29Les nouvelles particules pourraient
y apparaître comme des disparités, -
3:29 - 3:32de légers écarts par rapport
à ce qu'on attendait, -
3:32 - 3:36de petits amas de points qui rendent
une ligne lisse un peu moins lisse. -
3:36 - 3:38Par exemple, cette disparité,
-
3:39 - 3:42après des mois de collecte
de données en 2012, -
3:42 - 3:44a révélé l'existence
de la particule de Higgs -- -
3:44 - 3:45le boson de Higgs --
-
3:45 - 3:48et a mené à un prix Nobel
pour la confirmation de son existence. -
3:50 - 3:54Ce pic dans le domaine
de l'énergie en 2015 -
3:55 - 3:58était la meilleure chance
que nous avions, en tant qu'espèce, -
3:58 - 3:59de découvrir des particules --
-
4:00 - 4:02des réponses à ces éternelles questions,
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4:02 - 4:05car c'était presque le double de l'énergie
que nous avons utilisé -
4:05 - 4:07pour la découverte du boson de Higgs.
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4:07 - 4:10Beaucoup de mes collègues ont travaillé
toute leur carrière pour ce moment -
4:11 - 4:13et honnêtement,
pour le jeune moi si curieux, -
4:13 - 4:15c'était le moment
que j'avais attendu toute ma vie. -
4:16 - 4:182015 était un grand moment.
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4:19 - 4:22Et donc en juin 2015,
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4:22 - 4:25le LHC a été rallumé.
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4:25 - 4:28Nous avons retenu notre souffle
et rongé nos ongles -
4:28 - 4:31et enfin assisté
à la première collisions de protons -
4:31 - 4:33à l'énergie la plus haute jamais utilisée.
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4:33 - 4:35Applaudissements, champagne, célébration.
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4:35 - 4:38C'était un tournant pour la science,
-
4:38 - 4:43nous n'avions aucune idée de ce qu'on
trouverait dans ces nouvelles données. -
4:46 - 4:48Quelques semaines après,
on a trouvé une disparité. -
4:50 - 4:52Ce n'était pas une grosse disparité,
-
4:53 - 4:55mais c'était assez gros
pour nous faire sourciller. -
4:56 - 4:58Sur l'échelle de 1 à 10
du haussement de sourcils, -
4:58 - 5:00si 10 indique la découverte
d'une nouvelle particule, -
5:00 - 5:01c'était un quatre.
-
5:02 - 5:04(Rires)
-
5:05 - 5:10J'ai passé des heures, des jours,
des semaines à des réunions secrètes, -
5:10 - 5:12débattant avec mes collègues
sur cette disparité, -
5:12 - 5:15la manipulant sans pitié
avec ce qui nous passait par la tête -
5:15 - 5:18pour voir si elle supporterait
d'être observée. -
5:18 - 5:22Mais après des mois de travail acharné --
-
5:22 - 5:24à dormir dans nos bureaux
sans rentrer à la maison, -
5:24 - 5:26des barres chocolatées en guise de dîner,
-
5:26 - 5:28du café par litres entiers --
-
5:28 - 5:32les physiciens sont des machines
qui transforment le café en diagrammes -- -
5:32 - 5:33(Rires)
-
5:33 - 5:36Cette petite disparité ne s'en allait pas.
-
5:37 - 5:39Après quelques mois,
-
5:39 - 5:43nous avons montré cette petite disparité
au monde avec un message très clair : -
5:44 - 5:46cette petite disparité
est intéressante, mais pas définitive, -
5:46 - 5:50donc surveillons-la
et récupérons plus de données. -
5:50 - 5:53Nous avons essayé
d'être très décontractés à ce sujet. -
5:54 - 5:56Et le monde entier
s'est quand même enthousiasmé. -
5:56 - 5:58Les journaux nous adoraient.
-
5:59 - 6:01Les gens nous ont dit
que ça leur rappelait la disparité -
6:01 - 6:04qui avait mené à la découverte
du boson de Higgs. -
6:05 - 6:08Mieux que ça,
mes collègues théoriciens -- -
6:09 - 6:11j'adore mes collègues théoriciens --
-
6:11 - 6:15mes collègues théoriciens ont écrit
500 articles sur cette petite disparité. -
6:15 - 6:16(Rires)
-
6:17 - 6:21Le monde de la physique des particules
avait été complètement retourné. -
6:22 - 6:26Mais qu'est-ce qui faisait
que cette petite disparité -
6:26 - 6:31avait réussi à enthousiasmer
des centaines de physiciens ? -
6:32 - 6:33Cette petite disparité était unique.
-
6:34 - 6:36Cette disparité indiquait
-
6:36 - 6:39que nous observions un nombre
étonnamment grand de collisions -
6:39 - 6:42dont les débris étaient composés
de seulement deux photons, -
6:42 - 6:43deux particules de lumière.
-
6:43 - 6:45Et c'est rare.
-
6:45 - 6:48Une collision ne ressemble pas
à un accident de voiture. -
6:48 - 6:49Elle répond à d'autres règles.
-
6:49 - 6:52Si celle-ci se fait
presque à la vitesse de la lumière, -
6:52 - 6:53c'est dans le monde quantique.
-
6:53 - 6:55Dans ce monde quantique,
-
6:55 - 6:58les deux particules peuvent brièvement
créer une nouvelle particule -
6:58 - 7:01qui vit pendant une fraction de secondes
-
7:01 - 7:04puis explose en d'autres particules
repérées par notre détecteur. -
7:04 - 7:07Imaginez un accident où les deux voitures
disparaissent sous l'impact, -
7:07 - 7:09une bicyclette apparaît à la place --
-
7:09 - 7:10(Rires)
-
7:11 - 7:13et puis cette bicyclette
éclate en deux skateboards, -
7:13 - 7:14qui frappent nos détecteurs.
-
7:14 - 7:15(Rires)
-
7:16 - 7:17Heureusement, pas littéralement.
-
7:18 - 7:19Ils coûtent très cher.
-
7:20 - 7:24Les moments où deux photons atteignent
nos détecteurs sont très rares. -
7:24 - 7:27Et à cause des propriétés
quantiques des photons, -
7:28 - 7:31il existe un nombre très petit
de nouvelles particules possibles -- -
7:32 - 7:33ces bicyclettes mythiques --
-
7:33 - 7:36qui peuvent donner naissance
à seulement deux photons. -
7:36 - 7:39Mais une de ces options est immense
-
7:39 - 7:42et concerne cette éternelle question
-
7:42 - 7:44qui me dérangeait quand j'étais petit,
-
7:44 - 7:46à propos de la gravité.
-
7:48 - 7:51La gravité vous semble plutôt forte,
-
7:51 - 7:55mais elle est en réalité très faible
comparée à d'autres forces de la nature. -
7:55 - 7:58Je peux brièvement
vaincre la gravité en sautant, -
7:58 - 8:01mais je ne peux pas attraper
un des photons de ma main. -
8:03 - 8:06La force de la gravité comparée
aux autres forces de la nature ? -
8:07 - 8:09C'est 10 puissance moins 39.
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8:09 - 8:11C'est une décimale avec 39 zéros derrière.
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8:11 - 8:12Pire que ça,
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8:13 - 8:16toutes les autres forces de la nature
sont très bien décrites -
8:16 - 8:18par ce que nous appelons
le modèle standard, -
8:18 - 8:21notre meilleure description actuelle
de la nature à sa plus petite échelle -
8:21 - 8:22et franchement,
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8:22 - 8:26une des plus grandes réussites
de l'humanité -- -
8:26 - 8:31à l'exception de la gravité,
qui est absente du modèle standard. -
8:31 - 8:32C'est dingue.
-
8:32 - 8:35C'est presque comme si
la majorité de la gravité avait disparu. -
8:36 - 8:38On en ressent une petite partie,
-
8:38 - 8:40mais qu'en est-il du reste ?
-
8:40 - 8:41Personne ne le sait.
-
8:42 - 8:46Mais une explication théorique
propose une solution folle. -
8:48 - 8:49Vous et moi --
-
8:50 - 8:51même vous, assis au fond --
-
8:51 - 8:53nous vivons dans
trois dimensions de l'espace. -
8:53 - 8:56J'espère que c'est une déclaration
admise par tous. -
8:56 - 8:57(Rires)
-
8:58 - 9:01Toutes les particules connues
existent aussi dans trois dimensions. -
9:01 - 9:03En fait, une particule
est juste un autre nom -
9:03 - 9:06pour une excitation
dans un champ tridimensionnel ; -
9:06 - 9:09une oscillation dans l'espace.
-
9:09 - 9:13Et surtout, toutes les mathématiques
que nous utilisons pour décrire tout ça -
9:13 - 9:16présument qu'il n'y a
que trois dimensions dans l'espace. -
9:16 - 9:19Mais on peut jouer avec les maths
comme on veut, car ce sont les nôtres. -
9:19 - 9:22Et on joue avec des dimensions
supplémentaires dans l'espace -
9:22 - 9:23depuis longtemps,
-
9:23 - 9:26mais c'est toujours resté
un concept mathématique abstrait. -
9:26 - 9:30Je veux dire, regardez autour de vous --
vous aussi au le fond -- -
9:30 - 9:32il n'y a clairement
que trois dimensions dans l'espace. -
9:33 - 9:35Mais si ce n'était pas vrai ?
-
9:36 - 9:42Et si la gravité manquante disparaissait
dans une dimension extra-spatiale -
9:42 - 9:44qui nous était invisible ?
-
9:45 - 9:49Et si la gravité était aussi forte
que les autres forces -
9:49 - 9:52si on la regardait
dans cette dimension extra-spatiale ? -
9:52 - 9:55Et si nous ne ressentions
qu'une infime partie de la gravité -
9:55 - 9:57et que c'était pour ça
qu'elle était si faible ? -
9:58 - 9:59Si c'était vrai,
-
9:59 - 10:02on devrait élargir
notre modèle standard de particules -
10:02 - 10:04pour y inclure une nouvelle particule,
-
10:04 - 10:06une particule de gravité
hyper-dimensionnelle, -
10:06 - 10:09un graviton qui existerait
dans une dimension extra-spatiale. -
10:09 - 10:11Si vous pouviez voir vos têtes.
-
10:11 - 10:13Vous devriez me poser la question :
-
10:13 - 10:16« Comment pouvons-nous tester
cette folle idée de science-fiction, -
10:16 - 10:19puisque nous sommes coincés
dans trois dimensions ? » -
10:19 - 10:20De la manière habituelle,
-
10:20 - 10:22en télescopant deux protons --
-
10:22 - 10:23(Rires)
-
10:24 - 10:26assez fort pour que
la collision se réverbère -
10:26 - 10:29dans une dimension extra-spatiale
qui pourrait être là, -
10:29 - 10:31créant temporairement
ce graviton hyper-dimensionnel -
10:31 - 10:35avant de revenir
dans les trois dimensions du LHC -
10:36 - 10:38et de se séparer en deux photons,
-
10:38 - 10:40deux particules de lumières.
-
10:42 - 10:44Cet hypothétique graviton
extra-dimensionnel -
10:44 - 10:48est une des seules nouvelles particules
possibles et hypothétiques -
10:48 - 10:50qui possèdent ces propriétés quantiques
-
10:50 - 10:55et qui pourraient donner naissance
à notre petite disparité à deux photons. -
10:56 - 11:02La possibilité d'expliquer
les mystères de la gravité -
11:02 - 11:05et de découvrir des dimensions
supplémentaires de l'espace -- -
11:05 - 11:07vous comprenez mieux maintenant
-
11:07 - 11:11pourquoi des centaines de geeks physiciens
ont tous perdu leur sang-froid -
11:11 - 11:13juste pour cette disparité
de deux photons. -
11:13 - 11:16Une découverte de ce type pourrait
changer les manuels scolaires. -
11:17 - 11:18Mais souvenez-vous,
-
11:18 - 11:20notre avis, celui des expérimentateurs,
-
11:20 - 11:22qui travaillions là-dessus était clair :
-
11:22 - 11:23il faut plus de données.
-
11:24 - 11:26Avec plus de données,
-
11:26 - 11:29cette petite disparité
se transformera en joli Prix Nobel -- -
11:30 - 11:31(Rires)
-
11:32 - 11:35ou les nouvelles données se placeront
autour de cette disparité -
11:35 - 11:37et la transformeront en jolie ligne lisse.
-
11:38 - 11:39On a pris plus de données
-
11:39 - 11:41et avec cinq fois plus de données,
quelques mois après, -
11:41 - 11:43notre petite disparité
-
11:43 - 11:45s'est transformé en ligne toute lisse.
-
11:49 - 11:53Les journaux ont décrit « l'énorme
déception », les « espoirs évanouis » -
11:53 - 11:55et les « tristes »
physiciens des particules. -
11:55 - 11:57À en croire le ton des articles,
-
11:57 - 12:01on avait décidé d'éteindre le LHC
et de rentrer à la maison. -
12:01 - 12:02(Rires)
-
12:03 - 12:04Ce n'est pas ce qu'on a fait.
-
12:07 - 12:08Mais...
-
12:09 - 12:09Pourquoi pas ?
-
12:11 - 12:14Je veux dire, si je n'ai pas découvert
de particule -- c'est le cas-- -
12:14 - 12:17pourquoi suis-je ici
en train de vous parler ? -
12:17 - 12:20Pourquoi je n'ai pas simplement
honteusement baissé la tête, -
12:20 - 12:22avant de rentrer chez moi ?
-
12:25 - 12:29Les physiciens des particules
sont des explorateurs. -
12:30 - 12:33En majorité, nous faisons
de la cartographie. -
12:33 - 12:35Oubliez le LHC pendant une seconde.
-
12:35 - 12:38Imaginez que vous êtes
un explorateur spatial, -
12:38 - 12:41arrivant sur une planète lointaine,
à la recherche d'aliens. -
12:41 - 12:43Quelle est votre première tâche ?
-
12:44 - 12:47Tourner en orbite, atterrir,
observer rapidement les alentours -
12:47 - 12:49pour chercher des signes de vie évidents
-
12:49 - 12:51et envoyer un rapport à la base.
-
12:51 - 12:53C'est l'étape actuelle.
-
12:53 - 12:55Nous avons jeté un œil au LHC
-
12:55 - 12:57pour chercher d'évidentes
nouvelles particules -
12:57 - 12:59et nous pouvons dire qu'il n'y en a pas.
-
13:00 - 13:02On a vu une forme étrange
sur une montagne lointaine, -
13:02 - 13:04mais de plus près,
c'était juste un rocher. -
13:05 - 13:08Mais que fait-on ensuite ?
On abandonne et s'en va ? -
13:08 - 13:09Pas du tout !
-
13:09 - 13:11Cela ferait de nous
de terribles scientifiques. -
13:11 - 13:15Non : on passe plutôt
les décennies suivantes à explorer, -
13:15 - 13:16à cartographier le territoire,
-
13:16 - 13:19à fouiner dans le sable
avec un outil de précision, -
13:19 - 13:20à regarder sous chaque pierre,
-
13:20 - 13:22à creuser sous la surface.
-
13:22 - 13:25Les particules peuvent
apparaître directement -
13:25 - 13:27comme des disparités en évidence,
-
13:27 - 13:31mais aussi se révéler
après des années de récolte de données. -
13:32 - 13:35L'humanité vient juste de commencer
son exploration au LHC -
13:35 - 13:37à cette haute énergie
-
13:37 - 13:38et nous avons encore à faire.
-
13:38 - 13:42Mais que se passerait-t-il
dans 10 ou 20 ans, -
13:42 - 13:44si on ne trouvait toujours pas
de nouvelle particule ? -
13:45 - 13:47On construira une machine plus grosse.
-
13:47 - 13:48(Rires)
-
13:48 - 13:51On recherchera
à une plus haute énergie. -
13:51 - 13:53On recherchera
à des énergies plus élevées. -
13:53 - 13:57On planifie déjà la construction
d'un tunnel de 100 kilomètres -
13:57 - 13:59où les collisions seraient
dix fois plus énergétiques. -
13:59 - 14:02On ne décide pas où se trouvent
les nouvelles particules. -
14:02 - 14:04On décide juste de plus explorer.
-
14:04 - 14:07Et si même avec un tunnel
de 100 kilomètres, -
14:07 - 14:09ou un tunnel de 500 kilomètres,
-
14:09 - 14:10ou un collisionneur de 10 000 km
-
14:10 - 14:13flottant dans l'espace
entre la terre et la lune, -
14:13 - 14:16on ne trouvait aucune particule ?
-
14:18 - 14:21Notre physique des particules
serait alors peut-être à revoir. -
14:21 - 14:22(Rires)
-
14:22 - 14:25Peut-être que l'on devrait tout repenser.
-
14:25 - 14:29Peut-être qu'il faudrait plus
de ressources, de technologie, d'expertise -
14:29 - 14:30que ce que l'on a maintenant.
-
14:31 - 14:34L'intelligence artificielle
et l'apprentissage automatique -
14:34 - 14:35sont déjà au LHC.
-
14:35 - 14:37Imaginez une expérience
de physique des particules -
14:37 - 14:39utilisant des algorithmes si avancés
-
14:39 - 14:43qu'elle pourrait s'apprendre à trouver
des gravitons hyper-dimensionnels. -
14:43 - 14:44Voici l'ultime question :
-
14:44 - 14:48et si même l'IA était incapable
de répondre à nos questions ? -
14:48 - 14:50Et si ces questions posées
depuis tant d'années -
14:50 - 14:53était destinées à rester
sans réponse dans le futur ? -
14:53 - 14:56Et si ce qui me dérange
depuis mon enfance -
14:56 - 14:59était destiné à rester sans réponse
pour mon existence entière ? -
15:00 - 15:02Alors, ce serait...
-
15:02 - 15:04encore plus fascinant.
-
15:06 - 15:10On serait obligé de penser
complètement différemment. -
15:10 - 15:13On serait obligé de revenir
sur nos suppositions, -
15:13 - 15:15pour déterminer
leurs failles potentielles. -
15:15 - 15:18Il faudrait que plus de monde
nous rejoigne et étudie la science -
15:18 - 15:22car nous avons besoin de nouveaux regards
sur ces problèmes anciens -
15:22 - 15:25dont je n'ai pas trouvé les réponses
et que j'étudie encore. -
15:25 - 15:27Mais quelqu'un --
peut-être à l'école en ce moment, -
15:28 - 15:30peut-être pas encore née --
-
15:30 - 15:33pourrait nous faire voir la physique
d'une façon vraiment nouvelle, -
15:33 - 15:37et nous montrer qu'on pose simplement
les mauvaises questions. -
15:38 - 15:40Ce ne serait pas la fin de la physique,
-
15:41 - 15:42mais un nouveau départ.
-
15:43 - 15:44Merci.
-
15:44 - 15:47(Applaudissements)
- Title:
- Comment explorer les questions non résolues en physique | James Beacham | TEDxBerlin
- Description:
-
James Beacham cherche des réponses aux plus importantes questions ouvertes de la physique en utilisant la plus grande expérience scientifique jamais montée, le Grand collisionneur de hadrons du CERN. Dans ce discours amusant et accessible sur la façon dont la science se déroule, Beacham nous emmène dans un voyage à travers les dimensions extra-spatiales à la recherche de particules fondamentales non découvertes (et d'une explication des mystères de la gravité) et détaille la motivation pour continuer à explorer.
Cette présentation a été donnée lors d'un événement TEDx local
utilisant le format des conférences TED mais organisé indépendamment.
En savoir plus : http://ted.com/tedx - Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDxTalks
- Duration:
- 15:52