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Le 16 juillet 1945 explose Trinity, la première bombe nucléaire. La bombe n'a pas déclenché l'Armageddon thermonucléaire redouté. L'explosion a confronté l'humanité à une expérience inédite, soulevant des inquiétudes sur la possibilité d'une réaction incontrôlable dans l'atmosphère. Pour comprendre pourquoi les physiciens faisaient confiance à leurs calculs, ce livre explore trois théories fondamentales : l'existence des atomes et la thermodynamique, celle des électrons et leur radiation, et celle des noyaux avec la mécanique quantique et la fusion. Après avoir exposé ces bases scientifiques, l'ouvrage interroge la capacité de la physique à décrire fidèlement la réalité, opposant empirisme et réalisme. Une réflexion essentielle, lorsque la vie sur Terre dépend d'un article de vingt pages, du nom de LA-602, LA pour Los Alamos. Le rapport est signé par trois auteurs dont Edward Teller, un physicien d'origine hongroise, féroce anticommuniste et futur conseiller de Ronald Reagan.
On découvre au fil des pages l'inventivité expérimentale de divers physiciens déterminés à comprendre cette petite particule chargée électriquement, qu'est l'électron, et l'on suit l'histoire et la compréhension du mouvement brownien, du noyau atomique, du proton et du neutron. Le livre s'intéresse ensuite au problème de la fusion, basé sur la mécanique quantique.
L'auteur oppose en forme de conclusion le réalisme, qui considère les théories éprouvées comme approximativement vraies, à l'empirisme, qui remet en question leur permanence. Il propose une version désenchantée du réalisme, acceptant que différentes théories puissent projeter des aspects de la réalité sous divers angles. Finalement, l'explosion nucléaire rappelle l'enjeu moral : utiliser la science avec responsabilité, comme le souligne Albert Camus dans sa réflexion sur la bombe atomique.
