La plus petite brique du quantum et la constante de Planck : la Kees Engelbarts Arabesque Damast

À l’automne 1900, dans les laboratoires froids et gris de Berlin, le physicien allemand Max Planck restait des heures à sa table, à ruminer. Planck n’était pas un savant ordinaire qui aligne des formules ; c’était la figure la plus respectée de la science allemande, extrêmement disciplinée, attachée à ses règles, d’un tour d’esprit profondément philosophique. Il avait traversé de grandes tragédies, et intérieurement c’était un physicien croyant, convaincu que l’univers possédait un ordre impeccable et inébranlable.

En ces jours-là, une seule question le rongeait : pourquoi la nature fonctionne-t-elle de façon si réglée et si mesurée, plutôt qu’au hasard ? Planck voyait très clairement que tout ce que la physique classique avait enseigné jusque-là venait de heurter un mur. Les physiciens ne pouvaient pas mesurer le nouvel univers avec leurs vieilles règles, et les équations finissaient chaque fois sur l’infini. C’est alors qu’au risque de sa propre carrière, il a joué le pari révolutionnaire et s’est mis à forcer les codes profonds de la création. Des années plus tard, il appellerait ce pas un acte de désespoir.

Les physiciens réunis dans ces laboratoires berlinois avaient un souci très concret, très pratique et pourtant énorme : éclairer les rues plus efficacement et mesurer exactement l’énergie que dégagent les appareils de chauffage.

Pour le saisir, imaginez la scène. Une boîte fermée, un four, qui ne laisse entrer aucune lumière, faite d’une céramique spéciale entièrement noire à l’intérieur. Sur cette boîte, un trou pas plus grand qu’une pointe d’aiguille. Vous chauffez le four par en dessous, et à mesure qu’il s’échauffe, une lumière colorée s’échappe de ce trou minuscule : d’abord le noir absolu, puis une braise rouge pâle, puis, le four montant encore, un orange vif, un jaune, et enfin un blanc si violent qu’il blesse l’œil. La vraie question était celle-ci : quand nous portons ce four à telle ou telle température, pourquoi la couleur de la lumière qui sort change-t-elle, et combien d’énergie se cache dans quelle couleur ?

Les physiciens classiques pensaient que la lumière coulait en ondes, comme l’eau. Selon leur logique, le four aurait dû rayonner une énergie infinie en chauffant. Mais si cette logique avait été juste, dès que vous allumiez le fourneau, la bouilloire de votre cuisine aurait lancé une bouffée d’ultraviolet capable de roussir l’univers. Les physiciens voyaient de leurs yeux que le four donnait une lumière parfaitement mesurée, limitée, dans des couleurs précises, et pourtant ils n’arrivaient pas à en construire la mathématique. Le nom de catastrophe ultraviolette serait donné à cette contradiction plus tard, onze ans après le coup de Planck.

Planck n’avait aucune prophétie tombée du ciel ; il avait deux nombres concrets, mesurés par ses collègues au laboratoire. Le premier était le rayonnement total émis par centimètre carré et par seconde, sept virgule trente et un fois dix puissance cinq ergs. L’erg est une unité d’énergie très, très petite, une goutte aussi menue que l’énergie dépensée par une puce qui saute. Le nombre nous dit donc ceci : de chaque centimètre carré, chaque seconde, ce four projette exactement tant de gouttes minuscules d’énergie. La mesure était celle de Ferdinand Kurlbaum, et elle donnait la différence de rayonnement entre l’eau bouillante et l’eau qui gèle.

Le second était la longueur d’onde du pic, zéro virgule deux cent quatre-vingt-quatorze centimètre kelvin. C’est la couleur à laquelle le four rayonne le plus intensément, multipliée par la température ; l’empreinte mathématique de la règle qui fait passer une barre de fer du rouge au jaune quand on la chauffe. Lummer et Pringsheim l’avaient mesurée.

Planck s’est assis et a bâti sa formule sur l’hypothèse que l’énergie circule en paquets discontinus : l’énergie d’un paquet est sa fréquence multipliée par une constante. Mais il avait deux grandes inconnues, deux boutons de radio à régler. L’un était la taille des paquets d’énergie, l’épaisseur de la brique. L’autre, le coefficient de liaison qui dit à quel point les atomes s’agitent sous l’effet de la chaleur. Imaginez-vous dans une pièce noire, deux boutons entre les mains, cherchant où ils doivent se tenir exactement rien qu’en écoutant le son de la musique qui porte au-dehors.

Puis, dans la cuisine des mathématiques, il a mêlé les résultats d’énergie totale de la première expérience à la règle des couleurs de la seconde, et posé les deux équations l’une sous l’autre. De la première est sorti un rapport entre le coefficient d’agitation et le cube de la brique, comme une recette où la farine et le sucre se répondent. De la seconde est venu le simple rapport des deux mêmes inconnues. Quand Planck a pris l’un pour le placer dans l’autre, une magie mathématique s’est produite : le coefficient d’agitation s’est simplifié, c’est-à-dire qu’il a disparu. Un seul invité mystérieux restait debout : la brique elle-même.

En résolvant l’équation, le chiffre qu’il a atteint dans les anciennes unités de l’époque était six virgule cinquante-cinq fois dix puissance moins vingt-sept erg seconde. L’erg et le joule sont tous deux des unités d’énergie, comme le gramme et le kilogramme ; l’erg est la règle des très petites choses, le joule la mesure de notre monde, celle qui soulève une pomme d’un mètre. Pour que la science parle une seule langue, cette valeur s’écrit aujourd’hui six virgule six cent vingt-six fois dix puissance moins trente-quatre joule seconde.

Et voici le plus frappant. De ces deux mêmes nombres de laboratoire, Planck n’a pas seulement tiré la brique mais aussi le coefficient d’agitation des atomes, et de là il a calculé le nombre d’Avogadro et la charge de l’électron. Ni l’un ni l’autre n’avait encore été mesuré directement par quiconque, et il était d’une justesse stupéfiante sur les deux. En mesurant la lumière qui fuyait d’un trou dans un four, il avait compté le grain de la matière.

Le secret est levé. Ce nombre n’est pas une fantaisie abstraite descendue du ciel ; c’est un pur coefficient de laboratoire, né de la division des données de température et des rapports de couleur du four à l’intérieur d’équations. Aujourd’hui, il n’est même plus mesuré : depuis le 20 mai 2019, sa valeur est fixée par définition, et le kilogramme lui-même en est désormais dérivé. La mesure est devenue la mesure de la mesure.

La constante que Planck a tirée de ce four est la brique quantique la plus fondamentale de la création, et son travail se divise en trois. D’abord, c’est le bouclier invisible qui empêche l’atome de s’effondrer : sans cette brique, la charge positive du noyau et les électrons négatifs qui l’entourent s’attireraient aussitôt, l’électron tomberait au cœur du noyau et disparaîtrait en une seconde. La taille de la brique est l’ordre d’arrêt qui fixe jusqu’où l’électron peut approcher. Ensuite, c’est la discipline de base de la chimie et de la vie : ce qui tient les électrons sur des orbites stables, c’est cette structure discontinue, et les liaisons chimiques, les molécules, la double hélice de notre ADN existent sous cette règle. Enfin, c’est la frontière entre le chaos et l’ordre ; l’équilibre délicat qui empêche l’univers de fondre entièrement en un nuage d’énergie est dû à l’existence de ce plus petit paquet indivisible.

Pourquoi, alors, le Créateur a-t-il déposé dans la pierre la plus fondamentale de l’univers une constante si petite, si bizarre, si finement ajustée ; pourquoi tout n’est-il pas libre et fluide au lieu d’être enveloppé d’une discipline quantique aussi stricte ? Cette constante n’est rien d’autre que Sa signature de mesure et de balance dans la création. Si elle n’avait pas existé, ou si elle avait été créée à une autre valeur que la sienne, les étoiles ne s’allumeraient pas, les éléments ne se synthétiseraient pas, la lumière ne se propagerait pas, et l’univers serait resté un néant obscur. Son existence nous montre que la création n’est pas une chaîne lâche de coïncidences, mais qu’elle est conçue avec un calcul et un ordre impeccables, de la plus basse couche quantique jusqu’à la plus grande toile galactique.

Il y a bien des endroits où regarder si l’on veut sentir cette brique. La physique classique est un toboggan, un écoulement continu ; le monde quantique est un clavier de piano, où l’on appuie sur do ou sur ré et où il n’y a aucun son entre les deux. Sur une rampe, on marche sans degrés ; dans un escalier, on est soit sur cette marche, soit sur la suivante. Approchez-vous de l’image lisse d’un écran et vous trouvez des pixels. Dans le commerce, on ne peut pas payer moins que la plus petite pièce autorisée. Les mots sont bâtis de formes de lettres indivisibles, et une page d’imprimerie aussi. L’univers n’est pas un château de sable mais, à sa couche la plus basse, une structure qui s’emboîte comme des briques de Lego. On ne franchit pas un tourniquet avec un demi-jeton : ou l’on passe, ou l’on s’arrête. Et l’eau du robinet, que vous prenez pour un filet continu, est de près une suite de gouttes séparées.

Ces paquets discontinus de la couche la plus basse de l’univers, ce travail de main impeccable à l’échelle microscopique et ces couches de métal, nous les réunissons dans un chef-d’œuvre du nom genevois de l’horlogerie indépendante, Kees Engelbarts : l’Arabesque Damast. Elle sort d’un atelier qui fait des montres singulières depuis 1997, et celle-ci est une pièce unique.

L’acier damas du boîtier de quarante-neuf sur seize millimètres se construit en pliant encore et encore des couches de fer et d’acier et en les forgeant au feu. Ces lignes organiques et ondulantes à la surface ne sont pas un décor ; elles sont la coupe des couches, et chaque trait est la frontière entre deux d’entre elles. C’est précisément le point : un motif devient visible parce qu’il y a une frontière entre les choses. Dans un métal entièrement continu et entièrement homogène, le motif n’existe pas. La brique quantique fait de même pour la création : elle pose une frontière à l’énergie, et c’est grâce à cette frontière que le monde possède un motif.

Au cœur de la montre bat un NOS AS 690 historique, squeletté et décoré entièrement à la main. Avec ses huit jours de réserve, le calibre se règle par le bouton à deux heures, de sorte que le remontage et la mise à l’heure restent séparés. Les deux faces du boîtier portent un saphir traité antireflet des deux côtés, ce qui veut dire que l’on suit le mouvement par devant comme par derrière. Le bracelet est en alligator à l’extérieur et en peau de requin à l’intérieur, et sa boucle est elle aussi en acier damas. Les aiguilles d’acier bleui portent le temps avec fermeté sur cet océan de couches.

La constante de Planck, à laquelle Max Planck est parvenu en résolvant les données de température et les rapports de couleur de son expérience du four, est la brique quantique la plus fondamentale de la création, celle qui montre l’énergie circulant par paquets discontinus. L’Arabesque Damast de Kees Engelbarts est, elle, un chef-d’œuvre mécanique de philosophie qui porte au poignet cette texture métallique en couches et l’élégance d’un travail de main microscopique.

L’une est la brique quantique de la couche la plus basse de l’univers ; l’autre est le génie de l’horlogerie indépendante qui travaille ce même ordre avec le feu et la patience.

La montre, selon la description de son fabricant : Kees Engelbarts, Arabesque Damast