Les harmoniques sphériques: quand l'algèbre et la géométrie rejoignent la physique et les EDP.

Résumé

Les harmoniques sphériques sont les solutions des équations du type Δf = λf sur la sphère. Ces fonctions jouent un rôle très important dans de nombreuses situations. Dans le cadre de l'étude de l'équation de la chaleur, elles donnent un analogue «non-abélien» de la transformée de Fourier. Le spectre du laplacien est aussi un outil important des mathématiques «pures», par exemple, pour l'analogue en géométrie différentielle du théorème de Grothendieck-Riemann-Roch (travaux de Bismut, Lebeau...).

En me référant à l'exemple de l'équation de Schrödinger, j'expliquerai, après avoir soigneusement omis un certain nombre de détails techniques, comment de petits calculs «algébriques» permettent d'étudier qualitativement les espaces de solutions de Δf = λf, et donnerai quelques descriptions plus ou moins explicites des harmoniques sphériques, ainsi que des liens avec différents domaines, comme la théorie des représentations.

Mots-clés

laplacien, sphère, spectre, géométrie, groupe, algèbre de Lie, représentation.