COMMUNIQUÉ DE PRESSE Exposition "Remue-méninges à

Bruxelles, le 14 octobre 2011.
COMMUNIQUÉ DE PRESSE
Exposition "Remue-méninges à Bruxelles"
100 ans de Conseils de Physique Solvay
La mécanique quantique comme si vous y étiez né !
Du 14 octobre au 21 décembre 2011
Palais des Académies-Ecuries Royales
rue Ducale 1 – 1000 Bruxelles
À l'occasion du centième anniversaire du légendaire premier Conseil de Physique Solvay (1911 à Bruxelles)
qui a marqué le développement de la physique actuelle, les Instituts Internationaux de Physique et de Chimie
fondés par Ernest Solvay organisent plusieurs activités tournées vers le grand public et les jeunes du secondaire en
particulier (exposition-pièce de théâtre-exposés de vulgarisation-colloque). Des festivités qui feront de Bruxelles la
capitale du monde de la physique en octobre et qui s'ouvrent ce 14 octobre avec l'Exposition "Remue-méninges à
Bruxelles – Cent ans de Conseils de Physique Solvay" au Palais des Académies de Bruxelles.
Fruit d’une collaboration entre les Instituts Internationaux de Physique et de Chimie, des enseignants et
chercheurs de l'ULB et de la VUB, cette exposition explique, à travers différents récits, comment les Conseils
Solvay ont contribué à établir les bases du monde technologique d’aujourd’hui et raconte cette histoire de la révolution
quantique. Placée dans un contexte social, elle permet également de percevoir le côté passionnant de la recherche,
aventure humaine faite d'étonnements, de victoires et d'échecs, de doutes, de patiences et de conflits d'idées.
Le visiteur y découvrira ainsi les principes de la physique moderne au développement de laquelle les célèbres
Conseils Solvay ont spectaculairement contribué. Un parcours historique fascinant, une quinzaine d'expériences
et des simulations qui illustrent le comportement étrange de la lumière, des atomes et de la nature à l'échelle
subatomique, le plongeront au cœur de la "révolution quantique". Le visiteur suivra les pas de Bohr, Marie Curie,
Einstein, Heisenberg, Planck, Schrödinger et d'autres géants intellectuels qui ont jeté les bases de cette aventure
exceptionnelle de l'humanité. Une occasion aussi de voir comment la physique moderne a profondément changé
notre quotidien par d'innombrables applications (laser, électronique, énergie et imagerie médicale…).
L'exposition…en pratique :
Jusqu'au 21 décembre 2011 – du lundi au samedi de 9h à 16h30 – fermé le dimanche
Palais des Académies-Ecuries Royales (rue Ducale 1 – 1000 Bruxelles)
Entrée libre.
Visites guidées pour les groupes – réservation obligatoire www.solvayinstitutes.be
Contact :
[email protected]
À partir de 2012, cette exposition sera itinérante.
Un cahier pédagogique de l'exposition sera disponible.
En savoir plus : www.solvayinstitutes.be
Une exposition proposée par les Instituts Internationaux
de Physique et de Chimie, fondés par Ernest Solvay ASBL et
conçue par des enseignants et chercheurs de l’Université
Libre de Bruxelles et de la Vrije Universiteit Brussel.
informations pratiques
La famille Solvay
Remue-méninges
à Bruxelles
Palais des Académies - Écuries Royales,
1, rue Ducale, 1000 Bruxelles
Du 14 ctobre au 21 décembre 2011
Du lundi au samedi de 9h à 16h30. Fermé le dimanche.
À partir de 2012, itinérante dans les provinces belges.
Public : adapté à tout public, contenu compatible avec le
programme du 3ème degré de l’enseignement secondaire.
Entrée gratuite
Visites guidées pour les groupes (15 personnes max.) : 30 €
Réservation obligatoire par internet :
www.solvayinstitutes.be
Cahier pédagogique disponible
Contact
Mme Bogaerts
Instituts Internationaux de Physique et de Chimie Solvay,
ULB/Campus Plaine, CP 231
Boulevard du Triomphe, 1050 Bruxelles.
[email protected]
EXPO
100 ans de conseils de physique solvay
La mécanique quantique comme si vous y étiez né !
du 14 octobre au 21 décembre
au Palais des Académies de Bruxelles
À partir de 2012, itinérante
dans les provinces belges
Reconnaissez-vous ces personnes ?
l’histoire
l’exposition
Des expériences pour comprendre
À la fin du XIXe siècle la physique est triomphante
et les physiciens ont de grandes certitudes. La mécanique
de Newton et l’électromagnétisme de Maxwell semblent
pouvoir tout décrire. Toutefois, quelques détails échappent
à ces théories : le rayonnement du corps noir, la radioactivité
et les spectres atomiques notamment. La recherche
d’explication à ces problèmes va être à l’origine de la théorie
des quanta qui sera souvent discutée aux Conseils Solvay de
1911 à 1930. Les discussions sont
animées et intenses entre
les plus grands physiciens
de l’époque qui s’appellent
Einstein, Marie Curie, Poincaré,
puis Bohr, Heisenberg,
Schrödinger, …
Elles portent successivement
sur les quanta de lumière
et d’énergie, la structure
des atomes, le spin et le principe d’exclusion de Pauli,
la nature ondulatoire des électrons, le principe d’incertitude
d’Heisenberg, le caractère probabiliste de la mécanique
quantique, la dualité onde-particule, des concepts
que l’exposition invite à venir comprendre. De cette
révolution résultera en une théorie cohérente et efficace
dont l’interprétation a troublé plus d’un esprit, dont celui
d’Einstein. Pourtant, cette théorie, encore en évolution
aujourd’hui, a radicalement changé notre mode de vie
par ses applications !
L’exposition « Remue-méninges à Bruxelles » raconte
cette histoire de la révolution quantique. Elle est organisée
à l’occasion du centenaire du premier Conseil de Physique
Solvay qui s’est tenu en 1911 à l’initiative d’Ernest Solvay
qui fut à la fois un industriel, un mécène et un humaniste.
La physique à la fin du XIXe siècle
VENEZ DÉCOUVRIR ET EXPÉRIMENTER
CES NOTIONS DE PHYSIQUE MODERNE
QUI ONT REVOLUTIONNÉ NOTRE QUOTIDIEN.
Placée dans un contexte social, l’exposition permet au public
de découvrir le côté passionnant de la recherche scientifique,
aventure humaine faite d’étonnements,
de victoires et d’échecs, de doutes, de patience et de conflits
d’idées. Divisée en cinq chapitres, elle propose un parcours
de la physique classique aux principes de la mécanique
quantique et aux applications de celle-ci. De nombreuses
expériences et des vidéos permettent de rendre concrets et
d’appréhender sans complexe des concepts qui vont
à l’encontre de l’intuition ordinaire.
Billard : la physique classique est déterministe, les trajectoires
des particules peuvent être prédites.
Eclairs : il existe des charges électriques.
Dynamo : l’électromagnétisme explique comment l’énergie
mécanique est transformée en énergie électrique.
Moulinet à électrons : les électrons sont des particules.
Fentes de Young : la lumière est constituée d’ondes qui peuvent
former des figures d’interférence.
Propriétés des ondes (cordes vibrantes, canal et cuve à ondes) :
notions de fréquence, de longueur d’onde et d’interférence.
Des phénomènes non expliqués
Corps noir : un corps chauffé il émet une lumière dont
l’intensité augmente avec la température.
La radioactivité : certaines substances émettent
des rayonnements aux propriétés particulières.
Le spectre de l’atome d’hydrogène : il est formé de raies
séparées.
La révolution quantique
L’effet photoélectrique : s’explique si la lumière a un caractère
corpusculaire, comme le montre un analogue mécanique.
Trajectoire d’électrons : dans un champ magnétique,
ils se comportent comme des particules.
Diffraction d’électrons par une poudre : les électrons ont un
caractère ondulatoire. Ils forment la même figure d’interférence
que la lumière passant à travers un réseau tournant.
Expérience de Taylor : la dualité onde-particule de la lumière.
En résumé
Ondes stationnaires sur un cercle : le caractère ondulatoire
des électrons explique les niveaux discrets d’énergie dans l’atome.
Einstein et Bohr à Bruxelles
Le spectre de l’hélium : il peut être comparé à celui calculé
par la théorie quantique.
Remue-méninges
à Bruxelles
EXPO
100 ANS DE CONSEILS DE PHYSIQUE SOLVAY
Au pays de la physique quantique comme si vous y étiez né !
La famille Solvay
miniguide exposition “Remue-Méninges à Bruxelles”
1
“Remue-Méninges à Bruxelles”
Cent ans de Conseils de Physique Solvay
Un miniguide pour le visiteur.
Les Conseils de Physique Solvay : c’est quoi?
Les Instituts Internationaux de Physique et de
Chimie Solvay, fondés par Ernest Solvay, célèbrent
en 2011 le centenaire du premier Conseil de
Physique Solvay. Sur invitation de ce célèbre
industriel, riche et progressiste, un petit groupe
d’excellents scientifiques européens se sont réunis
pour la première fois à Bruxelles il y a 100 ans pour
discuter de leurs recherches récentes dont les résultats soulevaient
pas mal de controverses.
On peut affirmer sans aucune hésitation que les Instituts
Internationaux de Physique et de Chimie Solvay font partie des plus
prestigieuses institutions scientifiques au niveau mondial. C’est eux
qui ont porté au début du siècle dernier, la Belgique et Bruxelles en
particulier, sur la carte du monde des Sciences.
Depuis 1911, les Instituts
organisent régulièrement
des “Conseils de Physique”,
réunions - au format unique de scientifiques réputés sur des
sujets encore très
controversés.
Ces Conseils Solvay ont
largement contribué au développement de la physique moderne, en
particulier celle du début du 20ème siècle : la mécanique quantique
de la matière et du rayonnement.
Le 25ème Conseil : “Le monde Quantique/ the Quantum
World”
Dans le cadre du centenaire des
Instituts Solvay, un Conseil Solvay
extraordinaire aura lieu entre le 19
et le 22 octobre 2011 avec
comme titre “Le Monde Quantique”.
C’est en effet la physique quantique
miniguide exposition “Remue-Méninges à Bruxelles”
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qui a été le fil conducteur de la majorité des 24 Conseils Solvay de
Physique organisés depuis leur création.
La théorie quantique et ses applications à portée de tous ?
Bien que la physique quantique puisse paraître ésotérique, c’est une
discipline sur laquelle repose la plupart des technologies de notre
société moderne : rayons X, énergie
nucléaire, micro- et nanoélectronique,
photonique et technologies laser, imagerie
médicale, supraconductivité, technologies
de l’information et de la communication.
Les Instituts Solvay veulent tirer profit des
festivités du centenaire pour expliquer cela au grand public et en
particulier aux jeunes. Ils veulent montrer aussi combien la science
est une activité humaine, pleine de défis, de provocations et de
passions. L’exposition se tient dans le Palais des Académies Royales
à Bruxelles, du 14 octobre au 21 décembre et voyagera ensuite
dans les huit autres provinces du pays.
Objectifs précis de l’exposition.
L’objectif de l’exposition est de montrer à un large public combien
les Conseils de physique Solvay et particulièrement ceux de 1911 et
de 1927 ont joué un rôle crucial dans le développement des
concepts qui ont révolutionné notre vision du monde et ont mené
aux technologies qui dominent notre société aujourd’hui.
Elle raconte la genèse de la physique quantique et son
impact technologique. Placée dans son contexte sociétal elle a
aussi comme objectif de montrer que la recherche scientifique est
miniguide exposition “Remue-Méninges à Bruxelles”
3
une activité passionnante faite de surprises, de curiosité,
d’aventure, de victoires et de défaites, de passions et de conflits.
Mais surtout de satisfactions et de plaisir !
C’est ainsi que les organisateurs espèrent revaloriser l’image de
l’activité scientifique et stimuler les jeunes à choisir une carrière
dans cette direction.
Le scénario de l’exposition
Espace 1 : Regardez autour de vous : votre
monde est plein d’objets et d’instruments qui
sont des applications de la théorie quantique.
Les Conseils de physique Solvay ont joué un
rôle crucial au berceau de cette théorie, au
début du 20ème siècle.
La manière de faire la science était alors très
différente de maintenant. Les scientifiques du
début du 20ème siècle n’avaient pas l’occasion de présenter les
résultats de leur recherche à leurs collègues ni de les confronter
avec ceux des experts lors de conférences comme elles existent
maintenant.
C’est sur proposition du physico-chimiste allemand Walther Nernst
(prix Nobel 1920) et avec le soutien du physicien néerlandais
Hendrik Antoon Lorentz (prix Nobel 1902) que le riche et
progressiste industriel belge Ernest Solvay a organisé et financé un
premier Conseil Solvay à Bruxelles en Octobre 1911. Une vingtaine
des plus éminents scientifiques de ce temps – dont 11 sont déjà ou
deviendront plus tard lauréats du prix Nobel - ont royalement été
reçus pour ce premier Conseil de physique à l’hôtel Métropole à
Bruxelles. La photo officielle de cette réunion est devenue
mythique
Dans l’espace 1 on fait mieux connaissance avec la personne
d’Ernest Solvay, d’apprécier les caractéristiques des Conseils et
d’apprendre un peu plus sur les problèmes qu’ils ont abordés.
Espace 2 : le temple de la physique classique triomphante.
A la fin du 19ème siècle les scientifiques pensaient qu’avec la
mécanique classique de Sir Isaac Newton
(1643 – 1727) et l’électromagnétisme de
James Clerk Maxwell ( 1831-1879) tous les
phénomènes naturels pouvaient être décrits et
compris. Par exemple, on pouvait calculer avec
grande précision la trajectoire des planètes
autour du soleil. On comprenait et
miniguide exposition “Remue-Méninges à Bruxelles”
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domestiquait parfaitement la production du courant électrique par la
variation de l’induction magnétique (qui est la base du moteur
électrique). Deux démonstrations servent à illustrer ces deux
théories classiques.
La mécanique classique et l’électromagnétisme sont déterministes
et universelles. Avec les lois de Newton on peut décrire aussi bien la
collision de deux boules de billard que la trajectoire d’une planète
autour du soleil ou celle de l’électron dans un champ électrique ou
magnétique. D’autre part, on savait que les lois de l’optique, de
l’électricité, du magnétisme, de toutes les formes du rayonnement
électromagnétique trouvaient leur origine dans les équations de
Maxwell! C’est ainsi qu’on a pu montrer que la lumière visible –
comme tous les autres phénomènes électromagnétiques devait se conduire comme une onde, en analogie avec les ondes
qui peuvent surgir à la surface d’un plan d’eau.
Le caractère corpusculaire de la matière et ondulatoire de la
lumière sont mis en évidence dans l'espace 2.
Espace 3: dans le ciel bleu de la physique classique
triomphante apparaissent quelques petits nuages
menaçants.
A la fin du 19ème, début du 20ème siècle, il y a quelques
scientifiques – essentiellement chimistes et physiciens - qui sont
perplexes : les résultats de certaines expériences récentes ne
peuvent être expliqués avec les outils théoriques de la physique
classique! Parmi les nombreux exemples connus, trois sont
présentés dans cette exposition sous forme de démonstrations:
1. le comportement du rayonnement émis par un corps noir (un
objet qui absorbe tout le rayonnement qui l’atteint et dont la
radiation ne dépend que de sa température). La théorie classique
prédit qu’un corps noir émet un rayonnement électromagnétique,
une onde, dont l’énergie augmente avec le carré de sa fréquence.
Cette “catastrophe ultraviolette” comme elle a été nommée par
Ehrenfest, implique que le rayonnement de
n’importe quel corps noir est mortel pour
n’importe quel être vivant sur terre, ce qui
est faux comme nous pouvons tous le
constater !
2. les spectres d’émission et
d’absorption des atomes en interaction
avec la lumière. Ces spectres ne peuvent
être compris car on ne disposait pas à
l’époque d’un bon modèle de l’atome !
3. le phénomène de la radioactivité, pour
lequel Henri Becquerel et Pierre et Marie
miniguide exposition “Remue-Méninges à Bruxelles”
5
Curie ont reçu le prix Nobel en 1903.
Ce phénomène est incompris car on ne disposait pas à l’époque
d’un bon modèle du noyau de l’atome!
Tous ces phénomènes non classiques interpellent quelques
physiciens et non des moindres ! Par exemple, Max Planck et Albert
Einstein introduisent chacun un modèle différent pour essayer de
comprendre le comportement du rayonnement noir. Max Planck
introduit - bien contre son gré - le concept de quanta d’énergie,
Albert Einstein l’idée que la lumière est composée d’un faisceau de
particules - qui bien plus tard (en 1926) - seront nommés
“photons”. Ces idées sont rejetées fortement par la majorité de
leurs collègues. Pour le grand physicien néerlandais Hendrik
Lorentz, l’état de la physique en ce début du 20ème siècle est
“dramatique”.
Espace 4: la révolution quantique et la naissance d’une
nouvelle physique
Les Conseils Solvay ont fortement contribué à la
naissance de la révolution quantique et de la
nouvelle manière de considérer la matière et le
rayonnement.
Entre 1911 et 1933 Ernest Solvay, puis l'Institut
qu'il a fondé, invita sept fois les plus grands
physiciens de l’époque pour un Conseil à
Bruxelles.
Nombreux sont les nouveaux concepts
annoncés, discutés et parfois clarifiés pendant
ces réunions.
Le Conseil de 1911 permet de percevoir que le concept “quanta
d’énergie”, bien qu’encore incompris, est un concept important.
La structure de l’atome basée sur les modèles de J.J. Thomson,
de Rutherford et de Bohr est largement discutée pendant les
Conseils de 1913 et de 1921. C’est aussi pendant le Conseil de
1921 que le physicien britannique Rutherford, le patron de
Chadwick, prédit l’existence du neutron!
Après la première guerre mondiale les Conseil reprennent, d’abord
sans les physiciens allemands (1921 et 1924). C’est Solvay et
Lorentz qui ont contribué après 1924 à la réouverture les frontières
de la collaboration scientifique!
miniguide exposition “Remue-Méninges à Bruxelles”
6
En 1923, l’américain Arthur H Compton confirme
expérimentalement le caractère schizophrène de la lumière qui
se comporte d’après les circonstances soit comme une onde
(théorie classique) soit comme un faisceau de particules (quanta
d’énergie). Louis de Broglie postule en 1924 que ceci est
également vrai pour l’électron!
A la même époque, Wolfgang Pauli énonce son principe
d’exclusion qui est la base même de la compréhension de la
structure de la matière. Et en 1925 on découvre le spin de
l’électron. Ceci permet de comprendre les propriétés
magnétiques de la matière, discutées lors du Conseil de 1930.
Mais comment interpréter cette dualité? Cette question est au cœur
des discussions qui ont lieu pendant le Conseil de Physique de
1927.
Pour Louis de Broglie, chaque particule est accompagnée d’une
“onde pilote”. C’est aussi une idée d’Einstein. Pour Erwin
Schrödinger, Werner Heisenberg et Max Born l’état de la particule
doit être décrit mathématiquement par une “onde de probabilité”
qui permet de calculer exactement la probabilité de trouver
la particule - à un moment précis - à un endroit donné dans
l’espace.
Nous voilà loin du caractère déterministe de la physique classique !
Nombreux sont les physiciens de l’époque qui ont du mal à accepter
cette nouvelle conception de la matière. Le modèle planétaire de la
trajectoire de l’électron autour de l’atome doit être abandonné.
C’est aussi en 1927 que Heisenberg formule une propriété
fondamentale, nommée « principe d'incertitude » de la
mécanique quantique qui dit qu'il est impossible de mesurer de
façon exacte la position d'une particule EN MÊME TEMPS que sa
vitesse. Voilà qu’intervient la problématique de la mesure qui
nous poursuit jusqu'à nos jours.
La théorie quantique de l’électron obtint sa forme définitive
grâce au travail de Paul A.M. Dirac, qui prédit aussi l’existence de
l’anti-électron (le positron) en 1928.
Il faut noter que Pauli, Heisenberg, Dirac n’ont pas 30 ans à
l’époque de ces grandes découvertes! De jeunes explorateurs à la
recherche de la réalité quantique, comme il en existe encore
beaucoup aujourd’hui.
miniguide exposition “Remue-Méninges à Bruxelles”
7
Espace 5 : quelles sont les différences essentielles entre la
physique quantique et la physique classique?
La physique quantique permet de décrire
correctement les propriétés
microscopiques de la matière et de son
interaction avec le rayonnement. La
plupart des mystères mentionnés dans le
troisième espace de cette exposition sont
résolus. Pourtant restent d’autres
mystères tels que celui du “chat de
Schrödinger”, des états enchevêtrés,
d’action à distance instantanée, de
possibilité de téléportation, qui interpellent de nombreux
scientifiques. Ce qui est remarquable c’est que chaque fois que par
une expérience on essaye de prendre en défaut la mécanique
quantique, c’est elle qui gagne le pari!
Espace 6 : un feu d’artifice d’applications!
La nouvelle physique se spécialise à partir des années 1950 et
donne lieu à des centaines d’applications qui
ont changé notre manière de vivre, de voir
le monde et de consommer.
Ceci est montré dans les domaines des
technologies de l’information et de la
communication, des soins de santé, de la
production d’énergie, du transport, des
loisirs …
Espace 7 : Sciences et Société.
Cet épilogue de l’exposition présente une
réflexion sur l’évolution de l’activité
scientifique et de son organisation depuis
l’époque d’Ernest Solvay à nos jours. Et de
l’impact énorme de la recherche
scientifique du dernier siècle sur la société
d’aujourd’hui.
miniguide exposition “Remue-Méninges à Bruxelles”
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Concrètement
L’exposition est structurée en 7 espaces sur une surface de 350 m2
Elle présente :
Cinquante panneaux
Dix-sept démonstrations
Neuf écrans multimédia
Six vitrines
Quiz interactif
Expériences
Espace 2 : déterminisme
Comportement déterministe: la piste des billes
o La trajectoire d'une bille est entièrement déterminée par
son état initial.
Caractéristiques des ondes :
o La machine à vagues : la longueur d'onde est la
distance entre deux crêtes successives.
o Cordes vibrantes : relation entre la fréquence et la
longueur d'onde.
Charges électriques : formation d'étincelles
o Les étincelles sont formées par un flux de charges.
Relation entre électricité et magnétisme : induction
magnétique
o Le mouvement d'un conducteur entre les fers d'un
aimant produit un courant électrique.
Interférences dans la cuve à ondes
o Les vaguelettes qui se rejoignent en un point peuvent
se renforcer mutuellement ou s'annihiler.
Interférences lumineuses
o Des faisceaux de lumière monochrome qui se rejoignent
en un point peuvent se renforcer mutuellement ou
s'annihiler.
miniguide exposition “Remue-Méninges à Bruxelles”
Espace 3 : des nuages menaçants
Rayonnement d'un corps noir
o La couleur du rayonnement émis par un objet dépend
de sa température.
Le spectre de l'atome d'hydrogène
o La lumière émise est divisée en quatre raies par un
réseau de diffraction.
Radioactivité
o Les rayons alpha et bêta sont absorbés différemment
par des matériaux différents, mais les rayons alpha
toujours plus que les bêta.
Espace 4 : révolution !
Caractère corpusculaire de la lumière: l'effet photoélectrique
o De la lumière bleue parvient à arracher des électrons
d'une plaque métallique. La lumière rouge n'y parvient
pas.
Caractère ondulatoire de l'électron
o Des électrons qui ont traversé une poudre cristalline,
forment des figures d’interférence sur le fond
fluorescent d'un ballon.
o La lumière d'un laser qui passe à travers un réseau de
diffraction tournant produit les mêmes figures
d'interférences que les électrons qui traversent une
poudre métallique.
Caractère corpusculaire de l'électron
o Trajectoire d'électrons dans un champ magnétique.
Caractère dual de la lumière : l'expérience de Taylor
o Des photons sont envoyés un par un à travers une
double fente et construisent petit à petit une figure
d'interférence.
Espace 5 : bilan
Ondes stationnaires sur un cercle
9
miniguide exposition “Remue-Méninges à Bruxelles”
10
o Le caractère ondulatoire des électrons peut expliquer
pourquoi les orbites sont séparées dans l’atome de
Bohr.
Le spectre de l'hélium
o Le spectre expérimental de l'hélium est comparé au
spectre théorique donné par la mécanique quantique.
Fragments de films et simulations
Espace 2 : déterminisme
Caractère corpusculaire de l'électron
o Un flux d'électrons fait tourner un petit moulin
Espace 3 : des nuages menaçants
Le problème du corps noir
o Simulation du rayonnement du corps noir en fonction de
la température.
Le problème de la radioactivité
o Les rayonnements alpha, bêta et gamma dans un
champ électrique.
Espace 4 : révolution !
Caractère corpusculaire de la lumière
o Un analogue mécanique de l'effet photoélectrique.
Le Conseil Solvay de 1927
o Les principaux fondateurs de la mécanique quantique.
Espace 5 : bilan
Un paradoxe de la mécanique quantique : le chat de
Schrödinger.
Fragment de Big Bang Theory.
miniguide exposition “Remue-Méninges à Bruxelles”
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Espace 6 : feu d'artifice
Energie et transport
o Le train maglev ( supraconductivité)
Formation d'images
o Zoom à l'échelle nanométrique sur un feu de circulation
Médecine
o Le pet scanner
Conception et réalisation
C’est une équipe de chercheurs et de professeurs de l’Université
Libre de Bruxelles (ULB) et de la Vrije Universiteit Brussel (VUB), de
professeurs de l’enseignement secondaire, de personnel technique
et administratif des deux universités de Bruxelles et des Instituts
Internationaux de Physique et de Chimie Solvay qui a conçu et
réalisé cette exposition.
L’équipe a pu bénéficier des avis d’experts de différentes
universités.
Coordinateur : Henri Eisendrath (VUB)
Coordinateur adjoint: Jean Wallenborn (ULB)
Rédacteur en chef : Gaston Moens (VUB)
Equipe de conception : Sophie Allein (KA Etterbeek), Edouard
Brainis (ULB), Werner Coomans (VUB), Henk Foriers (VUB), Jan
Heyninck (VUB), Caroline Verhoeven (ULB)
Quiz interactif : EDM, UHasselt
Scénographie et graphisme : Trinôme
Miniguide : Irina Veretennicoff (VUB)
Organisation : Instituts Internationaux de Physique et de Chimie, fondés
par E. Solvay
www.solvayinstitutes.be
Contact
Madame D. Bogaerts
International Solvay Institutes
ULB-Campus de la Plaine, CP 231
1050 Bruxelles
@ : [email protected]
Octobre 2011 -­ Bruxelles, Capitale Mondiale de la Physique A l'occasion du centième anniversaire du légendaire premier Conseil de Physique Solvay qui a marqué le développement de la physique actuelle, les Instituts Internationaux de Physique et de Chimie fondés par Ernest Solvay organisent plusieurs activités exceptionnelles tournées vers le grand public et les jeunes du secondaire en particulier. 1. Exposition "Remue-­méninges à Bruxelles -­ Cent ans de Conseils de Physique Solvay" Dates: Du 14 octobre au 21 décembre 2011 Lieu: Palais des Académies, 1 rue Ducale, 1000 Bruxelles Thème : L’exposition expliquera, à travers différents récits, comment les Conseils Solvay ont contribué à établir les bases du monde technologique d’aujourd’hui et fera découvrir au public le côté passionnant de la recherche scientifique. Nombreuses expériences. Visites organisées pour les écoles. Public : tout public 2. Pièce de théâtre "Copenhagen" Date: le 17 octobre 2011 à 19h30 Lieu: Espace Flagey (Studio 4), 1050 Bruxelles Thème: Cette pièce est une reconstitution dramatique de la rencontre qui s'est déroulée dans le plus grand secret, en 1941, entre le scientifique danois Niels Bohr et son ancien élève et collègue, le scientifique allemand Werner Heisenberg. Au centre du conflit : la bombe atomique. Cette pièce qui mêle le suspens, l’humour, la tragédie soulève des questions profondes sur la vérité, l’amitié, le patriotisme, sur la moralité de la recherche et sur le rôle de la science dans le monde. Elle invite les spectateurs à prendre part à un intéressant débat moral. Acteurs: Les rôles des Prix Nobel Bohr et Heisenberg seront interprétés par les Prix Nobel A. Heeger et D. Gross, le rôle de Mme Bohr sera interprété par la grande actrice shakespearienne Fiona Shaw. Débat: La pièce sera suivie d'un débat avec l'auteur, la metteuse en scène et les acteurs. Public : tout public – traductions française et néerlandaise projetées sur écran. 3. Exposés de vulgarisation "Le futur de la physique" Date: le 23 octobre 2011 à 15h Lieu: Espace Flagey (Studio 4), Bruxelles Thème: Les exposés porteront sur les grandes questions de la physique actuelle et sur plusieurs de ses applications qui ont révolutionné notre vie quotidienne. Orateurs: William Phillips et Frank Wilczek, physiciens exceptionnels, tous les deux Prix Nobel de Physique. Débat: Les exposés seront suivis d'un débat mené par le Prix Nobel David Gross sur le thème "Le futur de la Physique", lors duquel le public sera invité à poser des questions. Traductions simultanées vers le français et le néerlandais. Public : tout public Toutes ces manifestations sont gratuites 4. Colloque : Les premiers Conseils Solvay et l’avènement de l’ère quantique Date: le 14 octobre 2011 toute la journée. Lieu: le Palais des Académies des Sciences et des Arts, rue Ducale , 1000 Bruxelles Thème: journée d’étude consacrée aux aspects historiques de l’origine et de l’impact des Conseils Solvay ( communications et table ronde ). Orateurs: des historiens des sciences et physiciens de renommée mondiale viendront des Etats Unis d’Amérique et de toute l’Europe pour contribuer à cette journée d’études. Langue : Anglais Le programme et les modalités d’enregistrement pour tous les évènements mentionnés ci-­‐
dessus sont mis en ligne sur http://www.solvayinstitutes.be 25th
Solvay
Conference
on
Physics
"THE
THEORY
OF
THE
QUANTUM
WORLD"
Brussels,
19­22
0ctober
2011
Quantum
Mechanics
is
one
of
the
most
profound
intellectual
achievements
of
the
20th
century.
This
physical
theory
deals
with
the
fascinating
and
somewhat
puzzling
behaviour
of
Nature
at
the
atomic
and
sub‐atomic
scales.
It
has
deeply
modified
our
traditional
views
on
reality
and
determinism.
Driven
by
the
physicists'
curiosity
for
unlocking
the
mysteries
of
the
microscopic
world,
the
quantum
revolution
has
also
led
to
a
wealth
of
applications
going
from
electronics
and
lasers
to
medical
imaging
and
atomic
clocks.
These
have
dramatically
changed
our
everyday
life.
But
quantum
mechanics
is
far
from
being
a
finished
theory.
The
number
of
Nobel
Prizes
awarded
for
work
that
involves
astonishing
new
quantum
phenomena
shows
no
sign
of
stagnation
and
can
safely
be
predicted
to
continue
keeping
that
pace
for
the
years
to
come.
Areas
of
active
current
research
where
many
key
questions
remain
include:
foundational
aspects
of
quantum
mechanics,
quantum
computing,
control
of
quantum
systems,
puzzles
in
condensed
matter
theory,
challenges
in
particle
physics
at
the
time
of
the
LHC,
quantum
gravity
and
string
theory.
These
hot
subjects
at
the
frontiers
of
knowledge
will
be
under
focus
at
the
25th
Solvay
conference
on
Physics
entitled
"The
Theory
of
the
Quantum
World".
The
history
of
the
Solvay
Conferences
is
intimately
connected
with
the
development
of
quantum
mechanics.
It
was
at
the
first
Solvay
Conference
on
Physics
that
the
conceptual
rupture
between
the
old
"classical"
physics
and
the
new
theory
of
quanta
was
clearly
realized
to
be
inevitable.
It
was
at
the
5th
Solvay
Conference
in
1927
that
the
formulation
of
quantum
mechanics
still
used
today
was
definitely
established.
Most
of
the
subsequent
Solvay
Conferences
dealt
with
quantum
mechanics
in
one
form
or
the
other
(to
list
some
in
the
last
fifty
years:
1961:
"Quantum
Field
Theory";
1967:
"Fundamental
Problems
in
Elementary
Particle
Physics";
1982:
"Higher
Energy
Physics";
1991:
"Quantum
Optics";
2005:
"The
Quantum
Structure
of
Space
and
Time";
2008:
"Quantum
Theory
of
Condensed
Matter").
It
was
thus
quite
logical
and
natural
that
quantum
mechanics
was
chosen
to
be
the
central
theme
of
the
25th
Solvay
Conference
on
Physics,
which
celebrates
the
hundredth
anniversary
of
the
First
Solvay
Conference.
The
conference
is
by
invitation
only
and
chaired
by
Nobel
Laureate
David
Gross
(Physics
2004).
Among
the
eminent
scientists
who
have
confirmed
their
participation
are
Nobel
laureates
Murray
Gell‐Mann
(Physics
1969),
David
Gross
(Physics
2004),
Alan
Heeger
(Chemistry
2000),
Wolfgang
Ketterle
(Physics
2001),
Anthony
Leggett
(Physics
2003),
William
Phillips
(Physics
1997),
Gerard
't
Hooft
(Physics
1999),
Klaus
von
Klitzing
(Physics
1985),
Frank
Wilczek
(Physics
2004)
and
Fields
medalist
Edward
Witten
(1990).
Distinguished
physicist
Stephen
Hawking
will
also
take
part
in
the
Conference.
Following
the
tradition
initiated
by
Hendrik
Lorentz
one
century
ago,
the
conference
consists
in
a
few
rapporteurs'
talks
followed
by
intense
discussions.
Session
1:
History
and
Reflections
Chair:
Marc
Henneaux
(Brussels)
Lecturers:
David
Gross
(Santa
Barbara),
"A
Century
of
Quantum
Mechanics";
John
Heilbron
(Berkeley),
"The
First
Solvay
Council:
A
Sort
of
Private
Conference";
Murray
Gell‐Mann
(Santa
Fe),
"From
Solvay
1961
to
Solvay
2011"
Session
2:
Foundations
of
Quantum
Mechanics
and
Quantum
Computing
Chair:
Alain
Aspect
(Palaiseau)
Rapporteurs:
Anthony
Leggett
(Urbana
Champaign),
"The
Structure
of
a
World
Described
by
Quantum
Mechanics";
John
Preskill
(Caltech),
"Quantum
Entanglement
and
Quantum
Computing"
Session
3:
Control
of
Quantum
Systems
Chair:
Peter
Zoller
(Innsbruck)
Rapporteurs:
Ignacio
Cirac
(Garching),
"Quantum
Computing
and
Simulation
with
Atoms
and
Photons";
Steven
Girvin
(Yale),
"Coherent
Control
of
Mesoscopic
Solid‐State
Systems"
Session
4:
Quantum
Condensed
Matter
Chair:
Bertrand
Halperin
(Harvard)
Rapporteur:
Subir
Sachdev
(Harvard),
"Quantum
Phases
of
Matter"
Session
5:
Particles
and
Fields
Chair:
Howard
Georgi
(Harvard)
Rapporteur:
Frank
Wilzek
(MIT),
"A
Long
View
on
Particle
Physics,
≈
100
Years
On"
Session
6:
Quantum
Gravity
and
String
Theory
Chair:
Joe
Polchinski
(Santa
Barbara)
Rapporteurs:
Juan
Maldacena
(Princeton),
"String
Theory
and
Gravity";
Alan
Guth
(MIT),
"Quantum
Fluctuations
in
Cosmology"
Session
7:
General
Discussion
and
Conclusion
Chair:
David
Gross
(Santa
Barbara)
Rapporteurs:
chairs
of
sessions
2,
3,
4,
5
and
6
The International Institutes for Physics and Chemistry
founded by Ernest Solvay
Who We Are
Ernest Solvay
Ernest Solvay was born in 1838, the son of a
quarry master from Rebecq-Rognon in Belgium. From a very young age he exhibited
a passion for physics, chemistry and natural history, and at the age of 23, he and his
brother Alfred developed a new process
for the industrial production of sodium carbonate. They founded the company Solvay
& Cie on December 24, 1863, flirting with
bankruptcy on several occasions during
the nearly 10 years it took them to perfect
the process. But in the end they succeeded,
thanks both to their perseverance and to
the active support of their friends and family. From 1870 to 1880, Solvay promoted the
global expansion of the company. Factories
were set up in Belgium, France, England,
Germany, Russia and the United States. Ernest Solvay oversaw the organization and
development of this industrial empire with
remarkable insight. For example, he was
one of the first to make industrial use of
electrolysis.
Ernest Solvay was also a man of progressive
social ideals, which he implemented within
his factories. He established before legal obligations a social security system, pensions
for the workers in 1878, an 8-hour workday
in 1897, and paid vacations in 1913. After
becoming wealthy, he looked to society at
large, and founded several scientific, philanthropic, and charitable foundations, including the Institutes of Physiology (1895) and of
Sociology (1901), as well as the prestigious
School of Business (1903) which still bears
his name.
Marie Curie, Albert Einstein, Max Planck,
Ernest Rutherford, Henri Poincaré and
Maurice de Broglie. This was the birth of the
Solvay international physics council, which
has met 20 times between 1911 and 1991,
assembling some of the most brilliant scientists in the world.
Despite Ernest Solvay’s consistently fragile
health, he lived a full and intense life until
the age of 83. The contributions he made to
society during his lifetime, and the industrial
and social legacy he left behind, are both
impressive and an inspiration to many.
The International Solvay Institutes
Following the legendary 1911 Conseil Solvay on Radiation and the Quanta chaired
by Lorentz, the International Solvay Institute
for Physics was founded by Ernest Solvay
in 1912. As stated in its governing rules, its
first mission was to “promote research, the
purpose of which is to enlarge and deepen
the understanding of natural phenomena”.
The main goal of the Institute was thus the
development of physics,“without excluding
problems belonging to other areas of science provided that these are connected
with physics”.
The International Solvay Institute for Chemistry was founded by Ernest Solvay in 1913,
with the similar goal of promoting the advancement of chemistry. The first Conseil
Solvay de Chimie on Five Topical Questions
in Chemistry took place only after the First
World War, in 1922.
The
support
to
science
of both Institutes took the
form of grants to Belgian
His overriding passion for science was
again expressed in 1911 when he
organized a meeting in Brussels of most
of the famous physicists and chemists of
the time. Participants included
of the First Conseil
de Physique Solvay
researchers, fellowships to exceptional students, “extraordinary grants” to outstanding
(Belgian or foreign) researchers and organization of the celebrated “Conseils Solvay”
(Solvay Conferences). It is this last activity
that has contributed most to the international fame of both Institutes.
In 1970, the International Solvay Institute
for Physics and the International Solvay Institute for Chemistry merged into the “International Institutes for Physics and Chemistry, founded by Ernest Solvay”. The goals of
promoting the advancement of physics,
chemistry and related areas through international cooperation and the organization
of international conferences were re-asserted. Ilya Prigogine, Professor at the Université
Libre de Bruxelles and 1977 Nobel Laureate
in Chemistry, was their first director until his
death in 2003.
A total of 24 Solvay Conferences on Physics and 22 Solvay Conferences on Chemistry have taken place, most of them in Brussels, according to the tradition initiated by
Lorentz. In 2004, it was decided to extend
the activities of the Institutes through the organization of Solvay Chairs, workshops, focused meetings and colloquia.
Over the years, the International Solvay Institutes have become a world symbol of scientific excellence, and one of the best-known
research institutions, consistently supported
by the Solvay family, the Solvay group and
the Brussels Universities.
Activities
The Conferences on Physics and Chemistry
are the leading activities of the Institutes.
They are organized by international committees composed of top level scientific personalities, including
several Nobel laureates.
The Conferences
contri–
of the First Conseil
de Physique Solvay
bute to the prestige of Belgium and Europe. The pictures of the conferences
are familiar the world over. Since 2005
the Conferences terminate with a
public event focused on the issues debated
during the Conference. The reputation of
the Institutes assures this event a great visibility and guarantees the highest quality of
the speakers.
The Institutes develop also their own research on themes at the frontiers of knowledge in physics and chemistry, in cooperation with research teams of the ULB and
the VUB. Presently, the preferred research
domains in physics are gravitation and
cosmology, complex dynamic systems and
statistical mechanics. In chemistry, they are
chemical reactivity and out of equilibrium
matter; these questions relate to many present day biological issues. These advanced
subjects, which go from the infinitely small
to the infinitely large, involve also complex
mathematical problems that are studied
at the Institutes. An important budget for
visiting scientists supports efficiently these
research activities and allows regular invitations of top people active in these fields.
To name a few initiatives, let us mention the
International doctoral school of theoretical
physics (with the Ecole Normale Supérieure
de Paris and the University of Amsterdam)
and long-term doctoral and postdoctoral
scholarships to attract to the Institutes international young talents.
The Institutes organize yearly a physics chair
and a chemistry chair entrusted to prominent scientists. They organize also informal
exploratory workshops on targeted themes
of interest to Belgian scientists. These gather
in Brussels many world experts on the chosen subject. Additionally, colloquia give
researchers and master’s students of the
Belgian universities information on topics in
development in their field.