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Une collision sur une table de billard peut se dérouler comme nous la voyons ou en inversant le sens du temps. Les positions initiales et finales des boules sont simplement inversées, symétriques dans le temps. Le déroulement de ces événements dans un sens du temps ou dans l’autre est strictement équivalent. Cette symétrie temporelle est caractéristique de toute la mécanique classique : les lois qui régissent les mouvements ne dépendent pas du temps. Par exemple, une pomme tombe de la même manière aujourd’hui oui demain, car la loi de la gravitation est immuable dans le temps. Un théorème mathématique, le théorème de Noether, déduit de cette symétrie la conservation de l’énergie. Ainsi la symétrie est à l’origine d’une des lois les plus connues de la physique. D’autres symétries de l’espace sont liées de la même manière aux autres lois de conservation, celle du moment cinétique et celle du moment angulaire.

Le temps joue un rôle central dans nos vies comme dans les lois de la physique. Son déroulement symétrique selon les lois de la mécanique ne l’est pas dans nos vies. Il y a une asymétrie notoire entre le passé que nous connaissons et l’avenir qui nous est caché. L’origine de cette asymétrie est à chercher dans les lois des très grands nombres, c’est un sujet qui fit les grandes heures du développement de la thermodynamique pendant de nombreuses décennies au fil des XVIIIème et XIXème siècles. Mesurer le temps qui s’écoule est central pour connaître l’enchaînement des saisons, pour notre vie quotidienne, mais aussi pour étudier tous les phénomènes naturels, des collisions de particules à l’évolution des galaxies et de l’Univers. Les techniques de mesure du temps vont du suivi des mouvements célestes aux battements de pendules et aux phénomènes quantiques au sein des atomes.

Notre existence est due à une toute petite asymétrie entre la matière et l’anti-matière. Sans cette asymétrie, toute la matière aurait disparu, car lorsqu’une particule rencontre une anti-particule, elles s’annihilent immédiatement en lumière. La cause de cette asymétrie est à chercher dans les lois de la physique des particules et dans les tout premiers instants de notre Univers. Etudier ces effets demande des réflexions théoriques et des expériences conduites au CERN.  Des particules sont accélérées à de très hautes énergies et amenées à se collisionner. Il s’agit alors de mesurer les particules et anti-particules dans les restes de collisions et d’en déduire les symétries et asymétries des lois régissant autant les collisions que la physique des premiers instants de l’histoire de l’Univers.

Le temps et l’espace ne sont pas seulement le cadre dans lequel notre vie se déroule, ce sont aussi les acteurs de la relativité générale d’Einstein. Le temps et l’espace ne sont pas absolus, mais ils sont façonnés, déformés par le contenu énergétique de l’Univers, c’est l’essence de la théorie de la relativité. La mise en œuvre de cette description conduit à la compréhension de l’évolution de l’Univers d’un passé dense et chaud vers un futur ténu et froid. Cette description correspond remarquablement bien aux observations astronomiques des dernières décennies, l’expansion de l’Univers. Une cohorte de question nait cependant de cette compréhension. L’une d’elles est souvent exprimées par « Qu’y avait-il avant le big bang ? ». Elle doit être abordée au regard de la notion même de temps non seulement dans le cadre de la relativité, mais encore de la mécanique quantique. Ces deux descriptions n’étant pour le moment pas compatibles, les outils nous manquent pour lui donner une réponse satisfaisante. De plus, malgré nos observations précises du cosmos, son contenu nous reste encore largement inconnu. La matière que nous connaissons, qui nous forment et que l’on étudie au CERN ne constitue que 5% du contenu total de l’Univers. Le reste serait formé de 25% de matière noire, une matière invisible qui gouverne pourtant le mouvement des étoiles et galaxies ; et de 75% d’une énigmatique énergie sombre, nécessaire pour expliquer l’accélération de d’expansion de l’Univers, une observation révolutionnaire qui a donnée lieu en prix Nobel de physique en 2011. Ces grands mystères sont au cœur de la recherche scientifique actuelle. Celle-ci nous mène aussi naturellement à nous pencher sur l’avenir de l’Univers en utilisant toute notre connaissance physique pour dessiner ce que pourrait être notre environnement à très longue échéance.

La chimie et la biologie sont, autant que la physique, marquées par des jeux de symétries et d’asymétrie. Certaines molécules centrales à notre existence, l’ADN de nos gènes par exemple, tournent dans un sens, mais pas dans l’autre. Le développement des organismes, les humains compris, est déterminé par des processus ancrés dans des jeux dans lesquels symétries et asymétries se partagent les rôles.

Le colloque Wright propose ainsi un tour d’horizon des symétries et asymétries qui façonnent notre existence et notre environnement sur toutes les échelles. Il n’est pas surprenant au vu du rôle central de ces jeux que notre appréhension des structures qui nous entourent, qu’elles résultent ou non de l’action humaine, soit aussi marquées par la notion de symétrie. Notre sens de l’esthétique en est pétri. Le spectacle projeté sur la façade du Musée d’Art et d’Histoire illustre en lui-même cet aspect de notre manière de voir le monde.