Cette semaine, scoop! Anh Tuan s’installe aux commandes en tant, et c’est officiel, que 3e larron de la bande! Welcome on board!
Dans l’ordre, nous parlons:
- peluchologie avec Anh Tuan. Il nous invite tous à devenir peluchologues et relaie sur cestpasfaux.tv l’opération « Mission Peluche ! » lancée par l’Université Montpellier 2 . Faites avancer la science en recensant votre nounours préféré sur http://cestpasfaux.tv/devenez-peluchologue/
- philosophie et mathématiques avec Mathieu qui se penche cette semaine sur le paradoxe de Zénon et le calcul infinitésimal (voir le dossier en ligne)
- enfin, nous rendons hommage à feu Paul le poulpe en évoquant l’extraordinaire intelligence des pieuvres, avec Alan (dossier en ligne également, où vous retrouvez les fameuses vidéos mentionnées).
Last but not least, la fameuse quote de Mathieu empruntée cette semaine à un illustre physicien:
An expert is a man who has made all the mistakes, which can be made, in a very narrow field.
Traduction maison: un expert est une personne qui a fait toutes les erreurs possibles dans un domaine spécifique
À méditer!
Bonne semaine! En attendant, rdv chez nos amis de Niptech Podcast: www.niptechpodcast.com
Prochain enregistrement le jeudi 4 novembre 2010
Avec la vie que je mène, je ne regarde pas beaucoup la télé et je ne lis pas beaucoup la presse généraliste. Du coup, je ne suis jamais au courant des événements qui ponctuent le quotidien du reste du monde. Jamais? Ah bin, si, cette semaine: comment aurais-je pu passer mardi dernier à côté de la mort de Paul le Poulpe ? L’oracle d’Oberhausen a rendu l’âme mardi dernier. Qu’il repose en paix.
Ce ne sont pas les détails de sa biographie qui m’intéressent bien sûr (même si les accusations de corruption sont plutôt croustillantes), ni même ses prétendus dons de divination (il faut dire qu’aucun protocole scientifique rigoureux n’a été respecté pendant l’expérience du Mondial, ce qui rend vraiment très difficile la validation scientifique de ses prouesses…) Non, c’est juste sa condition de pieuvre qui m’intéresse et je voudrais parler aujourd’hui d’une caractéristique en particulier de ces créatures étonnantes: leur intelligence!
(c) BNPS.CO.UK
Commençons par une petite description de ce charmant céphalopode… Franchement, je trouve que certains auteurs de science-fiction qui décrivent des extra-terrestres le plus souvent humanoïdes manquent cruellement d’imagination. Pas besoin d’aller chercher les aliens bien loin, prenez un poulpe (ou une pieuvre, c’est synonyme) : pas de squelette, une tête à la chair élastique, 8 bras d’une puissance extraordinaire, 3 coeurs, 9 cerveaux. Capable de changer de couleur à sa guise. Pas juste de couleur en fait, la peau des pieuvres peut imiter n’importe quel motif même complexe, et elles s’amusent à prendre l’apparence (et le comportement) de prédateurs dangereux (comme le poisson scorpion ou le serpent tricot rayé) pour éloigner les gêneurs ou encore sont capables d’imiter le Bernard lermite pour faire croire qu’elle est protégée par une solide carapace. Des expériences à l’aquarium de la Corogne, en Galice, ont montré qu’elles sont mêmes capables de se camoufler sur un fond géométrique artificiel aléatoire ou régulier. Leur camouflage n’est pas un simple réflexe instinctif mais le résultat d’une combinaison d’observation et de volonté. Franchement, ET peut aller se rhabiller.
Du point de vue de son intelligence, les stratégies et globalement les performances de la pieuvre sont comparables à celles de l’homme.
Les poulpes cherchent en permanence à comprendre leur environnement et sont doués d’un sens de l’observation hors du commun.
En fouillant un peu dans les sous-sols de l’Internet, j’ai déniché un formidable reportage de Thalassa, intitulé “Planète Pieuvre”, diffusé en avril dernier. Ce documentaire relate de nombreuses expériences menées pour mesurer l’intelligence de ces céphalopodes.
Voici quelques exemples de problèmes totalement inconnus dans la nature et qui ne résistent pourtant pas plus de quelques minutes à l’intelligence du poulpe.
- Dévisser le couvercle d’un bocal pour accéder à un crabe qui y est enfermé (démontrant non seulement de la dextérité, mais encore un raisonnement logique et pas mal d’imagination);
- Aller se servir dans les nasses des pêcheurs galiciens pour manger à l’oeil, et ils n’ont bien sûr aucune difficulté pour ressortir du piège;
- Récupérer un crabe introduit de force dans un récipient à col de cygne (impossible à sortir du récipient, donc). Pour info, nos proches cousins chimpanzés, d’une intelligence pourtant remarquable sont incapables de résoudre ce problème;
- S’évader d’une boîte de verre ne contenant qu’une ouverture de 6 cm de diamètre (6 cm, c’est la taille de son bec, la seule partie rigide de son corps). Par contre, si l’ouverture fait moins de 6 cm, la pieuvre n’essaye même pas de s’échapper, elle sait qu’elle ne passera pas. Elle mesure l’ouverture avec un tentacule et décide d’y aller ou non);
- S’échapper d’un labyrinthe de verre à l’itinéraire inconnu, en étant entouré de prédateurs. La pieuvre met quelques minutes la première fois, mais ce qui est intéressant, c’est qu’elle ne met plus que quelques secondes à partir de la 2e fois, démontrant qu’en plus de tout le reste, elle a une excellente mémoire !
On a affaire une créature capable de déduction, de raisonnement logique, de stratégies, de conduites instrumentales (je ne l’ai pas indiqué dans les exercices, mais la vidéo de la noix de coco comme abri est éloquente à ce sujet !), de mémoire à court et à long terme, alors qu’il s’agit d’un mollusque, plus proche génétiquement de l’huître et de la limace que de tous les autres animaux!
Mieux, chacun des bras dispose de son propre cerveau, qui n’a pas à rendre de comptes au système nerveux central pour prendre ses décisions. 250 millions de neurones dans le cerveau central et 50 millions dans chacun des 8 bras… 650 millions de neurones en tout pour une intelligence comparable à la nôtre, qui en comptons quelque 100 milliards ! Comment expliquer un tel rendement ? Des équipes entières de chercheurs en neurosciences sont en train d’étudier la question.
Alors, avec une telle intelligence et de si nombreux avantages évolutifs, comment se fait-il que ce soit l’homo sapiens qui domine le monde et pas le poulpe ? (Abstraction faite du regretté Paul, bien entendu)
Eh bien, l’homme est un animal social, comme la plupart des mammifères. Il tire ses avantages de son mode de vie en société, de sa communication et collaboration avec ses pairs, et en l’occurrence, contrairement à la plupart des mammifères, de son langage et de sa culture ! Chez nous, le savoir se transmet de génération en génération. On bénéficie des inventions et découvertes passées : on n’en serait pas où on en est si chaque individu devait redécouvrir le feu et réinventer la roue…
C’est exactement cela qui se passe chez le poulpe. Les parents meurent juste avant la naissance des petits et ceux-ci sont livrés à eux-mêmes avant d’être secs derrière les oreilles: ils doivent repartir à zéro, tout redécouvrir, tout réinventer.
Ceci étant dit, le dernier passage du reportage de Thalassa que je mentionnais tout à l’heure évoque de nombreuses recherches qui concluent à un changement de comportement chez les pieuvres. Il semblerait que les individus d’une même génération, sans doute en raison des pressions auxquelles leur environnement en mutation les soumet, déploient de nouvelles stratégies d’imitation et d’apprentissage. Ils ne doivent plus tout redécouvrir seuls mais sont capables d’apprendre les uns des autres et de bénéficier des expériences des autres pieuvres.
Alors à quand un monde gouverné par les poulpes ? S’ils continuent d’améliorer leur partage de connaissances tandis que nous continuons de couper dans les budgets de l’éducation et de la culture, c’est à dire, ce qui fait notre différence, ils nous mangeront peut-être à la Gallega, avec un peu de piment d’espelette et un filet d’huile d’olive… On ne pourra pas vraiment leur en vouloir!
Ré-écouter l’émission:
Thalassa du 10 avril 2010, 1/2: http://www.wat.tv/video/planete-pieuvre1-2mcvh_2gk6t_.html
Thalassa du 10 avril 2010, 2/2: http://www.wat.tv/video/planete-pieuvre2-thalassa-04-10-2mn2f_2gk6t_.html
Mega Shark vs Giant Octopus (Un poulpe attaque un requin) : http://dai.ly/cVnDtc
Un poulpe se sert d’une coquille de noix de coco comme abri: http://videos.nouvelobs.com/video/iLyROoafIEb6.html
UPDATE 30.10.2010: encore une super vidéo sur le camouflage du poulpe: https://www.youtube.com/watch?v=ygh1-ul6E94 Merci Olivier Tripet!
UPDATE 22.12.2012: les mécanismes du changement de pigmentation chez les poulpes dans un super article bien détaillé: http://www.sirtin.fr/2010/12/21/dou-vient-les-changements-de-couleur-des-poulpes/
Sources:
http://fr.wikipedia.org/wiki/Paradoxes_de_Z%C3%A9non
http://fr.wikipedia.org/wiki/Paradoxe_d%27Achille_et_de_la_tortue
http://pagesperso-orange.fr/th%E9rese.eveilleau/pages/paradoxe/textes/zenon.htm
Le paradoxe du mouvement
- Un personne qui veut aller vers un mur, ne pourra jamais parcourir la distance qui la sépare du mur.
- Parce que d’abords elle doit atteindre la moitié de la distance qui la sépare de ce mur.
- Mais avant d’atteindre le milieu de cette distance qui la sépare au mur, elle doit d’abords parcourir la moitié de celle-ci.
- Mais avant, la moitié de la moitié de celle-ci…
- Et ceci éternellement jusqu’à l’infini…
- D’un point de vue purement théorique, une personne ne peut pas parcourir une certaine distance, elle est condamnée à rester immobile, parce qu’elle doit toujours parcourir la moitié de la moitié de la moitié…de la distance qui la sépare de sa destination.
- => ça pourrait laisser sous-entendre que au bout du compte le mouvement physique est impossible et n’existe pas et que le mouvement n’est qu’une illusion.
- Mais on se rend bien compte que dans la réalité c’est pas comme ça, c’est possible de se déplacer d’un point à un autre.
Les paradoxes de Zénon
- Philosophe grec qui a émis un certain de nombre de paradoxes lié à cette illusion du mouvement.
- Dans le paradoxe d’Achille et de la tortue:
- Il est dit qu’un jour, le fameux héros grec Achille a disputé une course à pied avec une tortue.
- Comme Achille était réputé être un coureur très rapide, il avait accordé gracieusement à la tortue une avance de mille mètres (1 km).
- Zénon affirme alors que le rapide Achille n’a jamais pu rattraper la tortue:
- En effet, supposons pour simplifier le raisonnement que chaque concurrent court à vitesse constante, l’un très rapidement, et l’autre très lentement
- Au bout d’un certain temps, Achille aura comblé ses mille mètres de retard et atteint le point de départ de la tortue ; mais pendant ce temps, la tortue aura parcouru une certaine distance, certes beaucoup plus courte, mais non nulle, disons 100 mètres.
- Cela demandera alors à Achille un temps supplémentaire pour parcourir cette distance, pendant lequel la tortue avancera encore plus loin.
- Et puis une autre durée avant d’atteindre ce troisième point, alors que la tortue aura encore progressé.
- Ainsi, toutes les fois où Achille atteint l’endroit où la tortue se trouvait, elle se retrouve encore plus loin.
- Par conséquent, Achille n’a jamais pu et ne pourra jamais rattraper la tortue.
Subtilité mathématique pour résoudre ce paradoxe
- Basée sur le calcul infinitésimal qu’on connaissait pas à l’époque de Zénon.
- L‘erreur mathématique dans le raisonnement introduit dans le paradoxe consiste à affirmer que la somme d’une infinité d’événements de plus en plus brefs tend vers l’infini, c’est-à-dire qu’Achille n’arrive jamais (temps infini) à rattraper la tortue.
- C’est James Gregory (1638-1675), un mathématicien écossais du XIIème siècle qui a démontré le contraire:
- Une somme infinie de nombre peut avoir un résultat fini.
- Une série infinie de nombres strictement positifs peut converger vers un résultat fini.
- Les distances (et aussi les intervalles de temps) que doit parcourir Achille pour aller d’un point où se trouvait la tortue au point suivant sont toujours infiniment plus petits, et la somme de ces distances (intervalles de temps) donne mathématiquement un résultat fini: la valeur de ce résultat fini donne le point (moment auquel) où Achille dépassera la tortue.
- On voit que la moitié de la distance + la moitié de la moitié de la distance + la moitié de la moitié de la moitié de la distance…donne comme résultat une distance entière (et un temps entier!). On peut donc parcourir un nombre infini de moitiés en un temps fini.
Que dit la mécanique quantique?
- La mécanique quantique a découvert que l’évolution dynamique (motion) d’un système quantique peut-être altérer, voire même inhiber à cause de la propre observation de ce système.
- C’est ce qu’on appelle l’effet quantique de Zénon (quantum Zeno effect).
- Alan Turing, un de pères de l’informatique, avait d’ailleurs à l’époque exprimer ça:
- Si on fait N mesures/secondes de l’état d’un système qu’on observe, alors même si l’état n’est pas stationnaire, la probabilité que le système sera dans le même état après une seconde tends vers 1 si N tends vers l’infini.
- Ce qui veut dire que les observations continuelles empêchent le système d’évoluer d’un état vers un autre et donc d’être dynamique.
Cette semaine, nous faisons pour la première fois le podcast à 3!
Anh Tuan, du podcast C’est Pas Faux, nous a fait l’immense plaisir d’être des nôtres et de prêter à Podcast Science sa voix, sa passion, son talent de vulgarisateur hors-pair et un formidable sujet sur les baleines!
Après quelques remerciements à toutes les personnes qui nous encouragent et motivent par des petits mots sympa, du soutien, de l’échange, nous entrons dans le vif du sujet.
Mathieu nous parle du regretté Benoît Mandelbrot et de la géométrie fractale, en passant par la théorie du chaos. Quelques petites illustrations s’imposent :
Une fractale célèbre, le flocon de Koch (Wikipedia)
La fameuse fractale de Mandelbrot (Wikipedia)
Zoom sur une fractale:
Excellent documentaire d’Arte sur les fractales:
Ensuite, Anh Tuan décortique pour nous le fascinant chant des baleines: vous retrouvez son dossier complet sur le présent site.
Last but not least, la fameuse quote de Mathieu nous invite cette semaine à nous interroger sur les limitations de la compréhension humaine
“Les plus grandes limitations de l’être humain se doivent à son incapacité de comprendre la fonction exponentielle” (Albert Bartlett)
Enfin, Anh Tuan nous rappelle qu’en France, ces jours-ci, du 21 au 24 Octobre, c’est la fête de la science. Au menu de cette 19e édition: Biodiversité, biotechnologie et bioéthique, quels défis pour l’avenir ? http://www.fetedelascience.education.gouv.fr/delia-CMS/presentation/article_id-9/la-fete-de-la-science.html
Prochain enregistrement le jeudi 28 octobre 2010. Anh Tuan est bien sûr invité à revenir quand il le souhaite! Sera-t-il invité la semaine prochaine? Invité permanent? Le 3e membre de la bande? Vous le découvrirez la semaine prochaine!
Excellente semaine à toutes et à tous!
[UPDATE du 07.11.2010] : La vidéo proposée par Olivier Tripet (dans son commentaire ci-dessous: des fractales sans ordinateurs, via des mises en abîme)
Alors pour mon baptême du feu chez PodcastScience, j’ai décidé de plonger au coeur des Océans. Jacques-Yves Cousteau, océanologue français que tout le monde connait a un jour qualifié les fonds marins de « Monde du Silence »
Même si c’est une image qui marque, elle est totalement fausse. On peut entendre une multitude de sons dans l’océan et je vous propose d’en savoir un peu plus sur le plus fascinant d’entre eux : le chant de la baleine et plus précisément de la baleine à bosses, spécialiste dans ce domaine
L’extrait sonore que vous pourrez entendre dans le podcast a été pris dans l’archipel d’Hawaï. Là-bas, en hiver, les baleines viennent chercher des eaux clémentes pour mettre au monde leur progéniture pendant que les mâles chantent. Il suffit alors avec un peu de chance d’aller sur une plage et de plonger la tête sous l’eau pour entendre ce chant. Magique non ?
Ce chant reste d’ailleurs très mystérieux. On n’en connait toujours pas le but. Séduction ? Goût pour la musique ? Lien social ? Ca reste encore une énigme pour les scientifiques.
En revanche, on en connait parfaitement la structure sonore particulière. Qualifié par le biologiste marin Philip Clapham de son le plus complexe du règne animal, le chant de la baleine à bosse s’organise comme des poupées russes.
On a donc le chant global qui peut durer jusqu’à 36h d’affilé et chose incroyable : son volume est plus fort que le son d’un avion au décollage.
Ensuite, si on décortique le chant, on peut voir qu’il est constitué de plusieurs thèmes. Ces thèmes sont à leur tour constitués de phrases musicales qui sont elles-même des successions de notes.
On voit donc bien une imbrication comme des poupées russes. Ce chant est parfaitement audible pour l’être humain, vous en avez eu la preuve en début de chronique. C’est ce qui fait dire aux scientifiques qu’il servirait plus à la communication entre individus d’un même groupe de baleines qu’à la localisation dans l’espace comme le sonar des dauphins.
En parlant de groupes, 1 chose fascinante : les chants de baleines vivant dans des zones géographiquement proches sont vraiment similaires et évoluent comme une langue ! De plus au cours de sa vie, le chant d’une baleine va changer au contact de ses congénères. On peut d’ailleurs parler de culture vocale.
On peut conclure en disant que l’océan n’est décidément pas un monde silencieux, désolé Mr Cousteau :p
Liens Utiles (en Anglais) :
Page Wikipedia du Chant des Baleines
Voices In The Sea : Un site magnifique pour écouter les cétacés
Cette semaine, après avoir abusé de votre patience, nous mettons votre motivation à rude épreuve!
En effet, tout est allé de travers avec ce malheureux septième épisode et la qualité s’en ressent, nous en sommes tout à fait désolés. Skype n’était pas au rendez-vous, nous avons été interrompus plusieurs fois, nous avons dû refaire certains passages, au prix de notre spontanéité et de la qualité du son que nous avions enfin réussi à améliorer.
Bref…
Cette semaine, nous revenons d’abord sur une des news de la semaine dernière. L’exo-planète Gliese 581G (Zarmina) n’est peut-être pas habitable après tout, et ce n’est pas de là que venait le signal reçu il y a deux ans… Comme quoi, tout le monde est allé un peu vite en besogne sur ce coup-là, nous compris… Il faut prendre le temps de vérifier ses sources!
Article sur les doutes croissants de la population scientifique sur le sujet.
En anglais: http://www.space.com/scienceastronomy/doubt-cast-habitable-alien-planet-gliese-581g-101012.html
En espagnol: http://www.microsiervos.com/archivo/ciencia/supuesta-senial-laser-no-llego-gliese-581g.html et
http://www.microsiervos.com/archivo/ciencia/y-si-gliese-581g-no-existiera.html
Ensuite, nous parlons du graphène, dont le découvreur a été nobelisé il y a quelques jours. Le mini-dossier contenant les images est accessible ici.
Enfin, nous parlons des macaques capables de se voir dans le miroir, ce qui bouleverse une fois encore nos connaissances sur notre propre évolution.
La vidéo de l’expérience:
Sneak peeks from Science News on Vimeo.
Articles sur le sujet:
- http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/zoologie/d/les-macaques-peuvent-se-reconnaitre-dans-le-miroir_25388/
- http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/zoologie/d/les-macaques-savent-faire-des-additions_13964/
- http://www.news.wisc.edu/18469
- http://www.tendencias21.net/notes/Los-macacos-podrian-tener-autoconciencia-sugiere-la-prueba-de-auto-reconocimiento-en-espejo_b2387949.html
En bonus, la fameuse image de l’expérience de l’addition:
Le matériel utilisé pour l'expérience de l'addition chez les macaques (de l'article de Futura-Sciences)
Et pour finir, place à la véritable minute de sagesse de Podcast Science, la quote de Mathieu!
“De nos jours, on peut aller chez Walmart et acheter des jouets qui fonctionnent mieux que les satellites d’il y a une vingtaine d’années” (Chris Boshuizen), physicien à la Nasa
La semaine prochaine, tout ira mieux et nous aurons le plaisir d’accueillir un invité, podcasteur scientifique lui aussi, que nous aimons bien et dont nous parlons souvent: Anh Tuan en personne!
Prochain enregistrement le jeudi 21 octobre 2010.
Une excellente semaine à toutes et à tous!
Si on consulte la page Wikipedia du graphène, voici ce qu’on lit:
Le graphène est un cristal bidimensionnel (monoplan) de carbone dont l’empilement constitue le graphite. Il fut isolé en 2004 par Andre Geim, du département de physique de l’université de Manchester, qui a reçu pour cette découverte le prix Nobel de physique en 2010 avec Konstantin Novoselov.
Un cristal bidimensionnel, pas franchement parlant a priori… Regardons cela de plus près! Le graphène a tellement de potentiel qu’il rappelle un peu le laser au début des années 60: on tenait une technologie géniale, mais on ne savait pas trop quoi en faire… C’était une solution qui attendait son problème. Et des problèmes à résoudre pour le laser, on a en a trouvé un paquet depuis, des imprimantes à la chirurgie ophtalmique en passant par les lecteurs CD/DVD, les téléscopes, la fusion nucléaire contrôlée, l’épilation, les anti-missiles, les mesures de distance… Bref… On ne sait pas comment on ferait sans le laser aujourd’hui. Voir d’ailleurs à cet égard le tout premier épisode de “C’est pas faux!”, le podcast vidéo de notre ami Anh Tuan, qui traite justement du sujet.
Le graphène est sans doute promis à un avenir aussi brillant, alors creusons un peu! Le graphène est fait de carbone, le matériau de construction de la vie sur Terre, du diamant, du charbon, entre autres et notamment du graphite. Le carbone peut vraiment prendre les formes les plus extraordinaires! Le graphite, c’est ce minéral qu’on trouve dans les crayons (combiné à de l’argile)… La mine de crayon, quoi, qui contrairement à ce qu’on croit, ne contient plus de plomb depuis le XIXe siècle. Depuis qu’on utilise du graphite justement.
Eh bien quand on découpe ce graphite en tranches super-fines, des tranches épaisses d’un atome seulement, eh bien c’est ce qu’on appelle du graphène. D’où cette indication dans Wikipedia de cristal bidimensionnel: le graphène est tellement fin qu’il n’a qu’une largeur et une hauteur. Pas de profondeur. Ce qui est fait le matériau le plus fin et le plus solide qu’on connaisse sur Terre. Au microscope, c’est très beau à voir: les atomes de carbone sont reliés entre eux selon un pattern hexagonal, qui rappelle les alvéoles des ruches.
la structure alvéolaire du graphène
Le truc rigolo, c’est que pour obtenir ces tranches super fines, Andre Geim a utilisé du scotch!! Le graphène n’est pas le résultat d’une synthèse chimique, il existe dans la nature, mais pour l’obtenir, il a fallu séparer les millions de couches qui constituent le graphite (on sait aujourd’hui qu’on peut également l’obtenir en cuisant des blocs de carbure de silicium à 1400 degrés pendant 2 heures, mais à l’époque de la découverte, en 2004, André Geim et son équipe l’ont obtenue grâce à un morceau de graphite et un rouleau de scotch! Ils se sont aperçus que les couches scotchées étaient parfois épaisses d’un atome seulement! Ils venaient de découvrir le graphène, matériau incroyable qui fait rêver les scientifiques et les industriels car il pourrait révolutionner l’électronique et l’informatique.
- Tout d’abord, le graphène est incroyable résistant. 100x plus résistant que l’acier tout en étant flexible;
- Il est souple, peut se déformer et reprendre sa forme originale, comme un élastique;
- D’autre part, le graphène est totalement transparent;
- Accessoirement, c’est un excellent conducteur d’électricité. 1 million de fois plus efficace que le cuivre selon Andre Geim; les électrons s’y déplacent allègrement à la vitesse de la lumière;
- C’est aussi un excellent conducteur thermique;
- Enfin, il s’agit non seulement du seul matériau bidimensionnel qu’on connaisse, donc le plus fin , mais également du plus léger: 1 gramme de graphène suffirait à couvrir plusieurs terrains de football (encore faut-il trouver un sens à couvrir de graphène des terrains de foot
Un écran transparent super-résistant, étirable, conducteur d’électricité… On comprend que ça fasse rêver! On voit tout de suite les applications possibles… A commencer par des appareils électroniques souples et déformables, des écrans tactiles, voire des écrans tactiles transparents géants à la Minority Report (enfin!), des cellules solaires, des téléviseurs muraux plus fins qu’une couche de peinture. Accessoirement, les atomes de carbone étant plus petits que le silicone, ce qui veut dire qu’on va pouvoir encore accélérer la miniaturisation des composants électroniques de manière impressionnante, d’autant plus que, comme l’a précisé Mathieu durant l’émission, il suffit d’enrouler une feuille de graphène sur elle-même pour obetenir un nanotube! On n’a pas fini de parler des nanotechnnologies dans Podcast Science!
Une autre propriété remarquable du graphène, c’est que si on en ajoute ne serait-ce qu’un pourcent dans du plastic, alors ce dernier devient lui aussi conducteur d’électricité. Et même avec moins d’un pourcent de graphène, on peut rendre le plastique plus résistant à la chaleur et plus solide!
Le graphène, c’est du carbone absolument pur. Aussi, n’importe quel atome de matière différente à la surface du graphène se remarque immédiatement par contraste. On peut imaginer une utilisation au niveau de nouveaux détecteurs ou senseurs qui pourraient détecter la plus petite particule de pollution…
Découverte absolument géniale qui va sans doute tout changer dans les toutes prochaines années. L’industrie s’y intéresse déjà de très près. Je pense que dans 10 ans déjà, on se demandera comment on a pu se débrouiller si longtemps sans graphène et comment on ferait sans!
Lévitation diamagnétique
Voilà, juste un dernier mot sur le découvreur, Andre Geim: en fait, d’autres de ses travaux avaient déjà été médiatisés il y a 10 ans et sanctionnés par un prix IG-Nobel (c’est une parodie du Prix Nobel, aux Etats-Unis, qui récompense des recherches qui respectent la démarche scientifique mais qui sont inutiles ou crades ou ridicules…) Et donc, le professeur Geim a été récompensé il y a dix ans pour avoir fait léviter des grenouilles à l’aide de puissants aimants géants. Certains sont prêts à tout pour faire avancer la science
Bonus sur le graphène:
La présentation du professeur Geim (en anglais, 56:45 min)
Liens utiles:
http://en.wikipedia.org/wiki/Graphene
http://fr.wikipedia.org/wiki/Graph%C3%A8ne
http://fr.wikipedia.org/wiki/Nanotube_de_carbone
http://fr.wikipedia.org/wiki/Nanotechnologie
Update du 22 novembre 2010 (Merci Xavier Agnès): le graphène génère un effet Faraday imprévu
Bonjour à tou-te-s!
Cette semaine,
- nous commençons par un petit plug pour notre ami Anh Tuan, son podcast scientifique vidéo C’est Pas Faux et sa chronique scientifique dans le podcast Will & Co,
- puis Alan parle de la première exoplanète habitable, Gliese 581g, poétiquement surnomée Zarmina par son découvreur
- et enfin (roulement de tambour!) Mathieu nous livre la suite et la fin de son monumental dossier sur la Théorie des cordes.
En bonus, la vidéo TED de Brian Green sur la théorie des cordes:
Enfin, la désormais fameuse quote de Mathieu:
“Un mathématicien qui n’est pas également un poète ne sera jamais un mathématicien accompli” (Karl Theodor Wilhelm Weierstrass, mathématicien allemand du XIXe siècle
En bonus bis: Quelques liens pour en savoir plus sur les exoplanètes et Zarmina (Gliese 581g) en particulier:
Le même sujet traité par la BBC: http://www.bbc.co.uk/programmes/b00txj8l#synopsis
Qu’est-ce qu’une Exoplanète ? (Wikipedia) http://fr.wikipedia.org/wiki/Exoplan%C3%A8te
Planètes telluriques (Wikipedia) http://fr.wikipedia.org/wiki/Plan%C3%A8te_tellurique
L’effet Doppler et la dilatation du temps (Wikipedia) http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Doppler-Fizeau et http://fr.wikipedia.org/wiki/Dilatation_du_temps
Les différentes news sur la planète (en anglais):
http://news.ucsc.edu/2010/09/planet.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Gliese_581
http://blogs.discovermagazine.com/discoblog/2010/10/04/so-how-long-would-it-take-to-travel-to-that-exciting-new-exoplanet/
http://www.popsci.com/science/article/2010-09/researcher-says-chances-life-newly-discovered-exoplanet-100-percent
Prochain enregistrement le jeudi 14 octobre 2010!
D’ici là, une excellente semaine à toutes et à tous!
Rappel
4 forces fondamentales:
- Gravitation
- maintient les étoiles ensembles.
- maintient les planètes en orbite autour du soleil.
- Electro-magnétisme
- maintient l’atome cohérent.
- responsable de l’électricité et du magnétisme.
- Interaction forte
- maintient le noyau de l’atome entier (neutrons vs protons)
- Interaction faible
- responsable de la radioactivité.
La gravitation est trop faible pour qu’il soit possible d’unifier en une seule théorie ces 4 forces.
=> Conflit entre la théorie de la relativité et la mécanique quantique:
- Relativité généraledécrit un Univers:
- macroscopique
- organisé
- prévisible
- Mécanique quantique décrit au niveau des particules un Univers:
- microscopique
- chaotique
- imprévisible
Dans le modèle standard de la physique:
- la mécanique quantique propose qu’il existe des particules messagèresqui sont responsables des 3 forces atomiques fondamentales:
- électromagnétisme: les photons
- interaction forte : les gluons
- interaction faible: les bosons lourds
- mais le modèle standard n’arrive pas à décrire la particule qui transmet la gravitation.
Théodore Kaluza
En 1919, un mathématicien allemand quasiment inconnu, Théodore Kaluza, a suggéré une idée extrêmement audacieuse et bizarre pour son époque:
- Einstein a réussi à décrire la force de gravitation en terme de déformation et de courbes de l’espace-temps.
- Il va tenter de faire une description similaire avec l’autre force connue: la force électro-magnétique:
- Décrire le force électromagnétique en terme de déformations et courbes.
- Mais des déformations et courbes de quoi?
- Einstein avait déjà épuisé les déformations et courbes de l’espace et du temps pour décrire la force de gravitation.
- Il n’y plus de dimensions disponibles à déformer ou courber.
- Kaluza suggère alors que notre univers pourrait avoir en réalité plus de dimensions que les 3 dimensions de l’espace qu’on connaît:
- Il pourrait donc y avoir des dimensions additionnelles qui d’une certaine manière on ne pourrait pas voir.
- Pour décrire une force supplémentaire (en l’occurrence la force électro-magnétique), on aurait besoin d’une dimension supplémentaire.
- => 4 dimensions de l’espace et plus 3.
- Il imagina que la force électro-magnétique correspond à des courbes et déformation dans cette 4ème dimension.
Kaluza est confronté à 2 questions:
Question 1: où sont ces dimensions additionnelles?
- Question résolue par Oscar Klein en 1926.
- Klein propose deux types de dimensions:
- Type 1: les grandes dimensions faciles à percevoir (3 dimensions de l’espace que l’on connaît + 1 dimension du temps).
- Type 2: les dimensions infimeset enroulées sur elles-mêmes.
- Des dimensions si petites, que bien qu’elles nous entourent, on ne les voit pas.
- Exemple d’un long câbleobservé à longue distance – Si on imagine un câble vu de loin:
- Pour l’observateur celui-ci ne représente qu’une droite.
- Sans épaisseur.
- Il semble très fin.
- Un objet unidimensionnel.
- Si on zoome, si l’on se rapproche assez près:
- On voit qu’il a une certaine épaisseur.
- On s’aperçoit qu’il y a bien une deuxième dimension.
- Celle qui s’entoure autour du câble.
- Des fourmis peuvent accéder à toutes les dimensions du câble:
- Aller en avant et en arrière sur la longueur du câble.
- Tourner autour du câble dans un sens ou dans un autre…=> nouvelle dimension
- Pour l’observateur celui-ci ne représente qu’une droite.
- Au niveau microscopique de la structure de l’espace:
- Il existerait des dimensions supplémentaires enroulées comme des petits anneaux.
- Si on était des fourmis microscopiques on pourrait:
- Marcher sur les dimensions classiques de notre espace spatial en 3d que l’on connaît.
- Faire aussi le tour de ces infimes anneaux minuscules.
Question 2: Est-ce que cette théorie fonctionne?
- Elle est confrontée à des problèmes.
- Par exemple, on est pas arrivé à ce que la masse de l’électron s’intègre dans ce modèle.
La théorie des cordes
Elle n’a rien à voir avec les théorie des dimensions supplémentaires émises par Kaluza et Klein.
Mais on s’aperçoit qu’elle ressuscite leurs idées (dimensions).
La théorie des cordes tente de répondre à la question suivante:
- Quels sont les éléments basiques, fondamentaux, indivisibles qui constituent le monde qui nous entoure?
Elle propose que les éléments élémentaires de la matière sont des brins d’énergie en oscillation semblable à des cordes:
- Au plus profond de chaque particule, il existe des petits filaments d’énergie qui vibrent dans des dimensions additionnelles et que l’on ne peut pas observer, parce qu’elle sont courbées dans un espace trop petit.
- Des cordes vibrantes infiniment petites, ouvertes ou fermées, qui composent toutes les forces et la matière de l’Univers
- et non des particules ponctuelles comme le propose la mécanique quantique.
- La matière au niveau fondamental serait donc constitué d’états vibrants, qui peuvent osciller selon différents schémas.
- L’Univers serait donc construit d’un réseau constitué d’un nombre immense de minuscules filaments d’énergie en vibration.
- Ce sont les modes d’oscillations de ces brins d’énergie vibrants qui décrivent les différentes particules de la matière:
- Différents types de vibrations produisent différentes particules:
- Bosons(force carriers – particules messagères)
- gluon
- photon (électro-magnétisme)
- graviton (gravitation)
- Fermions(supersymétrie => théorie des supercordes):
- électron
- quark
- Bosons(force carriers – particules messagères)
- Et les particules sont responsable de la richesse du monde qui nous entoure et dans lequel on vit.
Ces dimensions supplémentaires seraient responsables de la vibration des cordes.
- Sans ces dimensions supplémentaires, la théorie s’écroule.
- La cohérence mathématique impose la présence de dimensions supplémentaires dans la théorie des cordes.
Le Graviton
Mais la théorie des cordes ne fonctionne pas dans un univers à 3 dimensions, ni à 4, ni à 5…
Les efforts des physiciens d’unir les différentes théories des cordes se voient avortés car deux calculs devant aboutir à la même réponse donnent des résultats différents!
Cependant un nouveau calcul mathématique démontre que le fait d’obtenir 2 résultats différents ne présente pas en sois une anomalie ni une incohérence (Schwartz, 1984).
- Cette nouvelle découverte mathématique permet d’établir le maillon manquant:
- une corde est une particule (mécanique quantique) étalée (relativité, selon Einstein l’espace-temps peut s’étirer).
- le graviton est la particule qui représente au niveau quantique la modèle de gravitation d’Einstein.
Les 20 constantes de la Nature
Cette théorie ne s’applique pas seulement au graviton.
Quand les scientifiques observent le monde:
- Il semble qu’il existe environ 20 nombres qui décrivent notre univers (la masse des particules, intensité des forces…).
- 20 constantes fondamentales de la Nature.
- Ils ont été mesurés avec précision.
- Mais personne ne sait pourquoi ces nombres ont les valeurs particulières qu’ils ont.
Problème: Si ces valeurs qu’on connaît étaient autres, notre univers n’existerait pas !
Question:
- Pourquoi ces nombres sont-ils si finement réglés pour permettre de donner naissance aux étoiles, au planètes, etc…?
- Pourquoi ces nombres ont ces valeurs qui permettent l’existence de notre univers et pas d’ autres valeurs?
Réponse: La théorie des cordes suggère que les valeurs de ces 20 nombres sont liés aux dimensions extras
- Les 20 nombres dépendent des vibrations des cordes:
- Comme si on avait un plan quadrillé d’innombrables nœuds,
- constitués de dimensions extras entre-mêlées.
- Les dimensions supplémentaires se referment sur elle-mêmes.
- Elles s’emmêlent avec des géométries très complexes.
- Ces vibrations sont modulées par la géométrie des dimensions supplémentaires dans laquelle se déplace et évolue la corde.
- Donc si on savait exactement à quoi ressemblent les dimensions supplémentaires (on ne le sait pas encore):
- On serait capable de calculer les schémas de vibrations.
- Et donc calculer la valeur de ces 20 constantes.
- Et si la réponse que l’on obtient des calculs correspond aux valeurs observées pour ces nombres par les mesures et les expériences déjà effectuées.
- On aurait la première explication fondamentale qui décrirait pourquoi la structure de l’univers est telle qu’elle est.
Théorie M
Plusieurs théories des cordes:
- La théorie des cordes bosonique qui propose 26 dimensions spatiales.
- La théorie des supercordes suggère l’existence de 6 nouvelles dimensions qui s’ajoutent aux 3 dimensions de l’espace et à celle du temps (10 dimensions au total).
- Ces dimensions supplémentaires seraient responsables de la vibration des cordes.
- Cependant 5 différentes variantesde la théorie des supercordes ont vu le jour:
- Elles ont toutes la même validité théorique.
- Toutes reposent sur les cordes et l’existence de dimensions supplémentaires.
- Mais dans les détails elles ne s’accordent pas.
- Certaines font états de cordes ouvertes, d’autres de cordes fermées
- On a montré qu’il existerait de l’ordre de 10^500 théories des cordes possibles.
- On a un “paysage” de théories plutôt qu’une théorie unique.
Seulement l’introduction du nouvelle dimension (la 11ème) a permis de réunir ces variantes au sein d’une seule et unique théorie, appelée la théorie M.
- En fait, on s’est rendu compte que la théorie des supercordes fonctionne bien dans ce cas de figure particulier qui est celui de:
- 10 dimensions spatiales
- 1 dimension temporelle
- Enoncée en 1995.
- Elaborée par Edward Witten.
- Elle regroupe toutes les différentes versions dans un cadre théorique plus large.
- Elle assume que les différentes théories des cordes sont des solutions particulères dans un éventail de situations déterminées.
- Elle démontre que les 5 théories des cordes déjà existantes ne sont en réalité que 5 manières de regarder la même chose.
- Edward Witten a donné la lettre “M” à sa théorie
- Pour permettre de choisir ultérieurement un nom plus approprié selon que sa théorie s’avère juste ou fausse.
- Plusieurs interprétations selon les goûts : Magique, Mystérieuse ou Mystique, Mère…
Multivers
L’introduction de la 11ème dimension permet de représenter non pas un univers, mais décrit différents univers parallèles.
Elle introduit un nouveau type d’objet: les Membranes (Branes).
- Il faut imaginer ces univers parallèles comme des membranes géantes qui cohabitent symphoniquement.
- Certaines de ces membranes ou univers pourraient avoir les même lois physiques que le nôtre (contenir de la matières, des planètes…).
- D’autres univers pourraient être régis par des lois physique totalement différentes.
- Ces univers évolueraient dans les dimensions supplémentaires que décrit la théorie M.
- A ces membranes sont rattachées des cordes vibrantes ouvertes et minuscules.
- Selon la théorie de la relativité générale d’Einstein, l’univers formé par le tissu espace-temps peut s’étirer.
- Selon la théorie M, les dimensions peuvent se courber, mais aussi se déchirer
- et créer de cette manière des raccourcis qui peuvent relier un point d’une membrane avec un point d’une autre membrane (d’un univers vers un autre univers).
Le graviton, responsable de la force de gravitation, serait une corde vibrante fermée:
- Elle n’a pas d’extrémité pour se rattacher à une membrane.
- Elle est donc libre de s’échapper
- De se transmettre d’un univers à un autre au moyen de ces raccourcis.
- Il existerait un mode de vibration qui correspondrait à la gravitation à l’échelle microscopique, qui résoudrait enfin le problème de la gravitation quantique.
- Ce modèle de graviton permet de résoudre le conflitqui oppose:
- L’intensité infiniment grande des 3 forces atomiques (électromagnétisme, interaction forte et interaction faible).
- L’intensité apparemment infiniment plus faible de la gravitation.
- La gravitation serait aussi une force très importante, mais son intensité serait répartie entre plusieurs univers parallèles au moyen des gravitons qui passent d’une dimension à une autre.
BigBang
- La théorie M permet aussi de mieux comprendre l’origine de l’univers, le fameux Big Bang.
- Le Big Bang serait le résultat d’une collision entre différentes membranes dimensionnelles.
- Ce qui laisse à penser que plusieurs Big Bang peuvent avoir eu lieu et d’autres à venir sont aussi envisageables.
Unification
La théorie des cordes semble donc unifier en une seule théorie unique M:
- Toutes les lois de l’Univers et les 4 forces fondamentales (gravitation, électromagnétisme, interaction forte et interaction faible).
- Elle pourrait décrire:
- Non seulement n’importe que phénomène physique que nous observons dans l’Univers.
- Mais aussi expliquer comment et pourquoi le Cosmos est tel qu’il est.
Mais la théorie des cordes possède aussi son talon d’Achille:
- Aucune expérience ne peut la vérifier et la corroborer à des échelles aussi petites.
- Physique expérimentale vs Physique théorique.
- Les détracteurs diront que la physique se définit comme une science expérimentale basée sur l’observation.
- La théorie des cordes est-elle donc de la physique ou plutôt une sorte de philosophie, un courant de pensée…?
- Le framework très ouvert et polyvalent de la théorie des cordes permet d’ajuster un certain nombre de paramètres de manière à s’accommoder de pratiquement à n’importe quelle observation, connues ou à venir:
- Il est toujours possible de modifier et adapter la théorie pour expliquer un nouveau phénomène.
LHC
Un des objectifs du nouvel accélérateur de particules du CERN (LHC):
- Effectuer une collision de particules à de très hautes énergies qui pourrait éjecter des débrisde nos dimensions dans les autres dimensions.
- Si la différence d’énergie avant la collision est plus grande que celle après la collision.
- => une partie de l’énergie se serait égarée dans d’autres dimensions.
- Tenter de prouver l’existence du gravitonen collisionnant à des très grandes vitesses des particules.
- Graviton qui pourrait apparaître lors d’une collision.
- Les expériences prévues pour ces prochaines années au CERN sont donc cruciales pour valider ou non cette nouvelle théorie M prometteuse d’unification des lois de l’Univers…
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- Multivers
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- L’introduction de la 11ème dimension permet de représenter non pas un univers, mais décrit différents univers parallèles.
- Elle introduit un nouveau type d’objet: les Membranes (Branes)
- Il faut imaginer ces univers parallèles comme des membranes géantes qui cohabitent symphoniquement.
- Certaines de ces membranes ou univers pourraient avoir les même lois physiques que le nôtre (contenir de la matières, des planètes…)
- D’autres univers pourraient être régis par des lois physique totalement différentes.
- Ces univers évolueraient dans les dimensions supplémentaires que décrit la théorie M.
- A ces membranes sont rattachées des cordes vibrantes ouvertes et minuscules.
- Selon la théorie de la relativité générale d’Einstein, l’univers formé par le tissu espace-temps peut s’étirer.
- Selon la théorie M, les dimensions peuvent se courber, mais aussi se déchirer
- et créer de cette manière des raccourcis qui peuvent relier un point d’une membrane avec un point d’une autre membrane (d’un univers vers un autre univers).
- Il faut imaginer ces univers parallèles comme des membranes géantes qui cohabitent symphoniquement.
- Le graviton, responsable de la force de gravitation, serait une corde vibrante fermée:
- Elle n’a pas d’extrémité pour se rattacher à une membrane.
- Elle est donc libre de s’échapper
- De se transmettre d’un univers à un autre au moyen de ces raccourcis.
- Il existerait un mode de vibration qui corresponderait à la gravitation à l’échelle microscopique, qui résouderait enfin le problème de la gravitation quantique.
- Ce modèle de graviton permet de résoudre le conflit qui oppose:
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- L’intensité infiniment grande des 3 forces atomiques (électromagnétisme, intéraction forte et intéraction faible).
- L’intensité apparemment infiniment plus faible de la gravitation.
- La gravitation serait aussi une force très importante, mais son intensité serait répartie entre plusieurs univers parallèles au moyen des gravitons qui passent d’une dimension à une autre.
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- BigBang:
- La théorie M permet aussi de mieux comprendre l’origine de l’univers, le fameux Big Bang.
- Le Big Bang serait le résultat d’une collision entre différentes membranes dimensionnelles proposées par la théorie.
- Ce qui laisse à penser que plusieurs Big Bang peuvent avoir eu lieu et d’autres à venir sont aussi envisageables.
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