Le dossier de la semaine
Tout en émotion cette semaine puisque pour sa dernière émission régulière, Mathieu nous parle – un chat (quantique?) dans la gorge – du chat de Schrödinger. Accrochez vos ceintures et préparez le paracétamol!
Retour sur les émissions passées
Avec nos excuses pour le peu de scientificité du dossier de la semaine dernière. Intéressant certes, mais pas aussi étayé que ce que nous proposons d’habitude. Nous nous arrangerons pour éviter cela à l’avenir
Du nouveau concernant les prochaines émissions
Comme Franck l’a annoncé sur le site, Podcast Science passe au live dès le prochain numéro, soit le mercredi 4 janvier 2012 à 20h30, rendez-vous sur la wiki-radio Neweez, on vous attend nombreux 
Plugs
Notre ami Xavier Agnès nous indique que Marc Montangero, que nous avions reçu dans le Podcast (Episode 34 – La chimie pour les nuls) vient de publier un livre, disponible http://editions.chimie.ch pour une somme modique.
Et Xilrian se distingue en produisant une fois encore des épisodes formidables dans ses deux podcasts:
12minutes.com
Pour ce troisième épisode, encore une fois significativement plus long que les 12 minutes affichées (mais je me permet d’être plus long dès que j’ai un invité), 26 minutes de discussions avec Stanislas Jourdan autours du revenu de vie.
David et son invité parlent des allocations universelles et des modèles économiques alternatifs pour cesser de laisser les gens sur le carreau. Super bien expliqué!
vie-artificielle.com, l’autre podcast de Xilrian, vaut le détour également: le dernier épisode porte sur les algorithmes génétiques, c’est juste fascinant!
5e épisode de vie artificielle sur les algorithmes génétiques. Fascinant:
http://www.vie-artificielle.com/
La quote de Mathieu
Shut up and calculate! - David Mermin
La quote pour Mathieu
Bonne chance Mathieu et que la science te garde – Charles Cauchon, auditeur du Podcast
Encore un immense MERCI à Mathieu de tout ce qu’il a fait jusqu’ici! Et le reste de l’équipe vous retrouve le mercredi 4 janvier prochain à 20h30 sur Neweez: http://bit.ly/PSneweez
D’ici là, nos meilleurs voeux pour les fêtes et une excellente année!
Podcast Science 66 - Le chat de Schrödinger [ 1:10:04 | 64.18 MB ] Play Now | Play in Popup | Download (5504)L’expérience du chat de Schrödinger fut imaginée en 1935 par le physicien Erwin Schrödinger, afin de mettre en évidence des supposées lacunes dans l’interprétation de la physique quantique appliquée aux objets quotidiens faite par l’Ecole de Copenhague. L’Ecole Copenhague est un courant de pensée en physique qui a pris place au XXème siècle et qui présente la mécanique quantique comme un simple instrument de prédiction. De nombreux grands physiciens se sont inscrit dans ce courant comme Niels Bohr, Werner Heisenberg, Max Born…Mais, Schrödinger, avec son expérience du chat, a voulu illustrer le problème qu’on appelle problème de la mesure, un problème qui trouve sa source dans l’interprétation purement prédicitive de la physique quantique telle que la décrit l’Ecole de Copenhague.
La physique quantique ou mécanique quantique est l’appellation générale d’un ensemble de théories physiques nées au XXème siècle qui décrivent le comportement des atomes et des particules. La mécanique quantique a donc pour but de décrire le monde microscopique et de l’infiniment petit. Cependant sa description du monde heurte le sens commun à plusieurs égards. Par exemple une propriété bizzare de la mécanique quantique est la dualité onde-particule, je vous renvoie à l’expérience des fentes de Young dont j’avais parlé dans mon dossier sur la lumière. Le problème de la mesure décrit par Schrödinger est en soi aussi une des nombreuses interprétations étranges que l’on peut faire de la mécanique quantique et il illustre bien les difficultés de corrélation entre les postulats fondamentaux de la mécanique quantique et le monde macroscopique tel qu’il nous apparaît et tel qu’il peut être mesuré.
Superposition quantique
Un état quantique peut être vu comme un ensemble de propriétés qui permettent de décrire complètement un objet physique, comme par exemple une particule de matière. Par exemple, dans le cas d’un électron en mouvement, son état quantique est décrit par 4 propriétés ou nombres quantiques:
- Nombre quantique 1: son énergie.
- Nombre quantique 2: son spin
- Nombre quantique 3: son moment angulaire
- Nombre quantique 4: son moment magnétique.
En physique classique:
- l’état d’un système physique détermine de manière absolue les résultats de mesure des grandeurs physiques.
- les différents états d’un système physique classique sont mutuellement exlusifs (un système est très énergétique ou ne l’est pas)
En physique quantique:
- la connaissance de l’état d’un système permet seulement de prévoir les probabilités respectives des différents résultats possibles lors d’une mesure. L’état quantique ne peut pas être assimilé à un ensemble de propriétés physiques qui évoluent au cours du temps. En mécanique quantique, l’état et les grandeurs physiques sont deux concepts séparés et sont représentés par deux objets mathématiques différents.
- dans un système quantique les états mutuellement exclusifs existent aussi, on les appelle les états quantiques orthogonaux. Ce sont en quelques sortes les états de base d’un système quantique comparables à ceux de la physique classique. Mais la nouveauté en mécanique quantique, c’est que en plus de ces états orthogonaux mutuellement exclusifs, il en existe beaucoup d’autre, une infinité. Ils s’obtiennent en mélangeant les états quantiques de base. La mécanique quantique expose tous les états possibles du système, les états de base et aussi tous ceux qui peuvent s’obtenir en mélangeant, superposant, les états de base.
En mécanique quantique, le principe de superposition stipule que les propriétés qui caractérisent un état quantique d’une particule peuvent posséder plusieurs valeurs (position, spin, quantité de mouvement, etc…). Un système quantique se trouve dans un état superposé tant qu’il n’est pas observé ou mesuré. Cependant, la mécanique quantique stipule que le résultat d’une mesure d’un système donne toujours un des états de base mutuellement exclusifs, il n’est pas possible d’obtenir un état superposé lors d’une mesure. L’état superposé existe uniquement en absence d’observation. Pour expliquer ce phénomène, il faut faire appel à une nouvelle notion, la fonction d’onde.
La description du monde par la mécanique quantique repose sur une fonction d’onde (un courbe de forme ondulatoire) qui donne les probabilités de trouver une particule ou un objet quantique dans un état ou un autre. Pour cette raison, on a coutume de dire qu’un système quantique peut être dans plusieurs états à la fois, ou dans un état superposé. Il faut en réalité comprendre que le système est dans un état quantique unique, mais que les mesures peuvent donner plusieurs résultats différents, chaque résultat étant associé à sa probabilité d’apparaître lors de la mesure. Lors d’une opération dite de mesure, l’objet quantique sera trouvé dans un état de base déterminé. Il se produit ce que l’on appelle une réduction ou effondrement de la fonction d’onde: la particule ou l’objet quantique se matérialise dans un état donné, selon la probabilité indiquée par sa fonction d’onde. C’est comme si tout acte d’observation sélectionne instantanément un et un seul état parmi l’ensemble des états superposés possibles.
C’est la mesure qui perturbe le système quantique et le fait bifurquer d’un état quantique superposé vers un des états de base qui est mesuré. C’est un état qui ne préexiste pas avant la mesure, et qui à une probabilité d’advenir décrite par la fonction d’onde de la particule et c’est la mesure qui semble le faire advenir. En mécanique quantique, il n’est pas possible de connaître l’état d’un système avant son observation, tout simplement parce que cette information n’existe pas dans l’Univers. C’est comme si avant la mesure l’Univers n’aurait pas encore décidé quel en serait le résultat.
L’expérience du chat de Schrödinger
L’expérience consiste à enfermer un chat dans une boîte fermée avec un dispositif qui tue l’animal dès que le dispositif détecte la désintégration d’un atome d’un corps radioactif. On peut imaginer un détecteur de radioactivité comme un compteur Geiger, relié à un interrupteur qui peut provoquer la chute d’un marteau cassant une fiole de poison et libérant un gaz mortel pour le chat. L’interrupteur est activé et le chat empoisoné si l’atome radioactif se désintègre, au contraire l’interrupteur n’est pas activé et le chat reste vivant si l’atome ne se désintègre pas. Si les probabilités de la fonction d’onde de la particule radioactive indiquent qu’une désintégration a une chance sur deux d’avoir eu lieu au bout d’une minute, la mécanique quantique indique que, tant que l’observation n’est pas faite, l’atome est en superposition et simultanément dans deux états (intact et désintégré). Or le mécanisme de l’expérience imaginée par Erwin Schrödinger lie l’état du chat à l’état des particules radioactives (intact et désintégré), de sorte que le chat serait simultanément dans deux états (mort et vivant), jusqu’à ce que l’ouverture de la boîte (l’observation) déclenche le choix entre les deux états. Du coup, tant que l’on n’a pas ouvert la boîte, on ne peut absolument pas dire si le chat est mort ou non au bout d’une minute. En suivant scrupuleusement les règles quantiques, l’état superposé d’une particule (désintégrée/non désintégrée) devrait se propager à l’état du chat qui devrait également être dans un état superposé mort-vivant. Or, un tel état n’est et ne peux jamais être observé, d’où paradoxe et problème.
La difficulté principale dans notre conceptualisation de cette expérience tient dans le fait que si l’on est généralement prêt à accepter ce genre de situation pour une particule quantique, l’esprit refuse d’accepter facilement une situation qui semble aussi peu naturelle quand il s’agit d’un sujet plus familier, macroscopique, à notre échelle comme un chat. En fait, le passage à l’échelle macroscopique que représente le chat par rapport aux particules radioactives est le principal intérêt de l’expérience. Il ne s’agit pas d’une question sur le vivant (vie/mort), car le rôle du chat peut être parfaitement remplacé et réalisé par le propre interrupteur (lui aussi un objet macroscopique) qui se trouverait dans deux états simultanés éteint et enclenché à la fois .
Cette expérience est plus une expérience de pensée qu’une expérience réalisable au sens physique du terme. On ne pourra en effet jamais mettre en évidence directement, ou mesurer, que le chat est à la fois mort et vivant car le fait d’essayer de connaître son état provoquera nécessairement l’effondrement de la fonction d’onde menant inéluctabalement à l’un des deux état mort ou vivant. D’ailleurs les expériences effectuées par les scientifiques sur la préservation de la superposition des états quantique peuvent s’appliquer à quelques particules ou molécules, mais les conditions techniques pour préserver l’état superposé du chat sont tout à fait irréalisables pour plus de quelques molécules.
C’est pour faire apparaître le caractère paradoxal de la multiplicité des états possibles avant la mesure et de la matérialisation vers un état mesuré et observé après la mesure que Erwin Schrödinger a imaginé cette expérience du chat. Il voulait réfuter l’interprétation de Copenhague de la mécanique quantique, qui conduisait à un chat à la fois mort et vivant, en soutenant l’idée que si l’on parvient à provoquer une dépendance ou un couplage direct entre l’état d’une particule et la vie d’un chat, on devrait pouvoir mettre le chat dans un état superposé, mort et vivant, jusqu’à l’observation, qui le réduira à un seul état. Shrödinger pensait que la possibilité du chat mort-vivant démontrait que l’interprétation de la fonction d’onde par l’Ecole de Copenhague et décrite orginellement par Max Born était incomplète. Comment concevoir que le chat n’ait pas d’état défini tant qu’on n’opère pas d’observation. Selon lui, le chat ne peut pas être mort et vivant à la fois !
L’interprétation orthodoxe de la physique quantique qui mène à un chat à la fois mort et vivant montre bien que la mécanique quantique semble obéir à des lois souvent contraires à notre intuition. On se rend compte alors que la question n’est plus tant de savoir « comment la superposition des états est-elle possible dans le monde quantique ? » mais plutôt « comment est-ce impossible dans le monde réel que l’on observe à notre échelle ? ».
Solutions du paradoxe
Pour en découdre avec ce paradoxe sur l’état mort-vivant simultané du chat, différentes pistes théoriques ont été mises en avant pour tenter d’apporter quelques éléments de réponse.
Théorie de la décohérence
La théorie de la décohérence propose que l’état de superposition ne peut être maintenu qu’en l’absence d’interactions avec l’environnement qui déclenche le choix entre les deux états (mort ou vivant). La décohérence n’est pas provoquée par une action « consciente » de l’obervateur, qu’on interprète comme une « mesure », mais plutôt par des interactions physiques avec l’environnement, de sorte que la décohérence a lieu d’autant plus vite qu’il y a plus d’interactions. Chaque éventualité d’un état superposé interagit avec son environnement, mais la complexité des interactions est telle que les différentes possibilités deviennent rapidement incohérentes (d’où le nom de la théorie de la décohérence).
La théorie de la décohérence réconcilie d’une part le postulat de la réduction de la fonction d’onde avec d’autre part l’équation de Schrödinger qui autorise les superpositions d’états. L’équation de Schrödinger est une équation qui régit les états possibles d’une particule, c’est une équation linéaire, ce qui entraîne que pour deux états possibles d’une particule, la combinaison de ces deux états est également un état possible. L’état mort-vivant du chat doit être possible selon l’équation de Schrödinger, une réalité qui lui semblait à Schrödinger et qui nous semble difficilement acceptable. Comment donc les superpositions quantiques peuvent-elles disparaître à l’état macroscopique, alors que la linéarité de l’équation de Schrödinger mène naturellement à une préservation des états superposés aussi à l’échelle macroscopique? Alors heureusement la théorie de la décohérence peut démontrer mathématiquement que chaque interaction avec l’environnement déphase les fonctions d’onde des états les unes par rapport aux autres de telle manière que la probabilité d’observer un état superposé (mort-vivant) tend rapidement vers zéro. Seuls restent observables les états correspondant aux états observables macroscopiquement, l’état mort ou bien vivant du chat. Il n’y a alors pas de paradoxe : le chat se situe dans un état déterminé bien avant que la boîte ne soit ouverte et l’équation de Schrödinger est réconciliée avec la réduction de la fonction d’onde.
Les interactions et l’environnement dont il est question dans cette théorie ont des origines très diverses. Typiquement, le simple fait d’éclairer un système quantique suffit à provoquer une décohérence. Même en l’absence de tout éclairage, il restera toujours au minimum les quelques photons du fond diffus cosmologique qui provoquent également une décohérence, bien que bien plus lente. Et bien naturellement, le fait de mesurer volontairement un système quantique provoque des interactions nombreuses et complexes avec un environnement constitué par l’appareil de mesure. Dans ce cas, la décohérence est pratiquement instantanée et inévitable.
À l’échelle macroscopique, où on trouve des milliards de milliards de particules en intéraction avec l’environnement, la rupture de la cohérence (états superposés) se produit donc pratiquement instantanément. Autrement dit, l’état de superposition ne peut être maintenu que pour des objets de très petite taille constitués de quelques particules. Donc, pour la théorie de la décohérence, l’effondrement de la fonction d’onde n’est pas spécifiquement provoquée par un acte de mesure, mais peut avoir lieu spontanément, même en l’absence d’observation et d’observateurs. Ceci est une différence essentielle avec le postulat initial de réduction du paquet d’onde qui ne spécifie pas comment, pourquoi ou à quel moment a lieu la réduction, ce qui a ouvert la porte à des interprétations mettant en jeu la conscience et la présence d’un observateur conscient. La théorie de la décohérence prend le contre-pied de l’interprétation de Copenhague qui elle introduit l’observateur et la mesure intervenant au niveau le plus fondamental en physique.
Théorie de la décohérence avec paramètres cachés
La théorie de la décohérence avec paramètres cachés est une variante de la théorie de la décohérence classique. Comme pour la théorie classique, la décohérence se produit toujours indépendamment de la présence d’un observateur, ou d’une mesure, mais la théorie de la décohérence avec paramètres cachés stipule aussi que les lois quantiques ne seraient pas capables à elles seules d’expliquer la décohérence. Elle introduit des paramètres physiques supplémentaires dans les lois quantiques (par exemple: action de la gravitation) pour expliquer la décohérence.
L’inconvénient est que ces paramètres supplémentaires, bien que compatibles avec les expériences connues, ne correspondent à aucune théorie complète et bien établie à ce jour.
Approche relationnelle
L’interprétation relationnelle ne fait aucune distinction fondamentale entre l’expérimentateur humain, le chat, l’appareil de mesure, objets animés conscients ou inanimés. Tous sont des systèmes quantiques gouvernés par les mêmes lois de l’évolution de la fonction d’onde, et tous peuvent être considérés comme des “observateurs”. L’interprétation relationnelle autorise que différents observateurs peuvent avoir différents points de vue d’une même série d’événements, selon l’information dont ils disposent sur le système.
Par exemple, le chat peut être considéré comme un observateur de l’appareil de mesure, alors que l’expérimentateur lui peut être considéré comme un autre observateur du système se trouvant dans la boîte (chat + appareil de mesure). Avant que la boîte soit ouverte, le chat, selon qu’il soit vivant ou mort, dispose de l’information sur l’état de l’appareil (l’atome s’est désintégré ou non). Mais l’expérimentateur lui ne dispose pas encore de l’information sur l’état du contenu de la boîte (chat + appareil). Ainsi les deux observateurs ont simultanément deux points de vue différents sur la situation:
- Pour le chat, la fonction d’onde de l’appareil apparaît comme réduite.
- Pour l’expérimentateur, le contenu (chat + appareil de mesure) semble toujours être en superposition.
C’est seulement quand la boîte est ouverte que les deux observateurs (chat et expérimentateur) ont la même information sur ce qui s’est passé, c’est seulement à ce moment que pour les deux observateurs le système s’est réduit à un état défini (le chat est soit vivant ou soit mort).
En conséquence, l’approche relationnelle de la mécanique quantique argumente que la notion d’”état” ne décrit pas le système observé en lui-même, mais plutôt la relation, ou corrélation, que le système entretien avec l’observateur. Cette approche ne se centre donc pas sur les objets eux-même, mais plutôt sur les relations qu’il y a entre eux.
Approche positiviste
L’approche positiviste pense que la fonction d’onde ne décrit pas la réalité en elle-même, mais uniquement ce que nous connaissons de celle-ci. Autrement dit, les lois quantiques ne sont utiles que pour calculer et prédire le résultat d’une expérience, mais pas pour décrire la réalité. Les problèmes ou paradoxes qui peuvent potentiellement émerger deviennent dépourvus de sens, car ces problèmes ne concernent alors plus la réalité en elle-même, qui est finalement « telle qu’elle est » et qui n’aurait pas à justifier de ses incohérences tant qu’elle donne des résultats qui sont, à toutes fins utiles ou corrects. Dans cette hypothèse, l’état superposé mort-vivant du chat n’est pas un état « réel » et il n’y a pas lieu de philosopher à son sujet. De même, la décohérence ou l’effondrement de la fonction d’onde n’a aucune réalité en elle-même, et elle décrit simplement le changement de connaissance que nous avons du système. Le paradoxe, dans cette approche, est donc évacué. Cette approche positiviste repose sur la conviction que la mécanique quantique n’est qu’une description de tout ce que nous pouvons connaître de la réalité, mais ne décrit pas la réalité en elle-même.
Approche réaliste et théorie des univers parallèles
L’apporche réaliste prend le contre-pied de l’approche positiviste et stipule que la fonction d’onde décrit la réalité, et toute la réalité. L’approche réaliste pense que les postulats de la mécanique quantique nous disent quelque chose à propos de la réalité physique et recherchent donc la cohérence et leur adéquation avec la réalité elle-même.
Par exemple la théorie des univers parallèles (ou multivers), initiée par Hugh Everett en 1957, s’inscrit dans ce courant de pensée réaliste. La théorie des univers parallèles permet de décrire séparément les deux états simultanés mort-vivant du chat et leur donne une double réalité, c’est-à-dire deux réalités dans deux univers parallèles. Cela signifie que, quand une mesure quantique peut donner plusieurs résultats différents, l’ensemble des superpositions de toutes les valeurs possibles de la mesure coexistent dans un multivers, mais nous n’aurions conscience que d’une seule éventualité car notre conscience (qui est par hypothèse, dans cette théorie, un phénomène purement physique) se retrouve quantiquement intriquée avec un et un seul résultat de la mesure. Il est donc impossible, pour un état de conscience donné, de percevoir l’ensemble des états superposés, pourtant réels d’après cette théorie. A chaque observation la réalité se scinderait en autant d’univers que d’observations physiquement possibles. Selon cette théorie, le chat serait à la fois mort et vivant de façon totalement indépendante à l’ouverture ou non de la boîte, les états mort et vivant subsisteraient après l’ouverture de la boîte. Les états “mort” et “vivant” seraient deux états réels qui ne peuvent pas intéragir l’un avec l’autre et dont leur histoire se déroule dans différentes branches indépendantes de l’univers.
Conclusion
Où mettre la limite entre objets “classiques” (chat, appareils de mesure) et “quantiques”? Comment passe-t-on de et (états superposés) à ou?
Pour conclure, on voit que le paradoxe du chat prend sa source dans la formulation même des lois quantiques. Si une théorie alternative, formulée différemment, peut être établie, alors le paradoxe disparaîtrait de lui-même. Dans une telle nouvelle théorie, s’il n’existe ni superposition des particules ni décohérence, alors le prétendu paradoxe du Chat de Schrödinger se réduit à un simple artefact d’une théorie orginellement mal formulée. D’ailleurs la mécanique quantique se fonde sur 6 postulats fondamentaux qui sont considérés comme exacts. Certains considèrent que de véritables solutions au problème de la mesure ne peuvent être apportées qu’en remettant plus ou moins fondamentalement en cause ces postulats.
Encore quelques petites vidéos qui expliquent bien l’expérience et le paradoxe qui en découle:
-
Sources:
http://fr.wikipedia.org/wiki/Chat_de_Schr%C3%B6dinger
http://en.wikipedia.org/wiki/Schr%C3%B6dinger’s_cat
Retranscription et récapitulatif d’un entretien avec Etienne Klein enregistré dans l’émission Ombres et lumières sur l’origine de l’Univers de Ciel et Espace Radio, entretien dans lequel il parle de son dernier ouvrage “Discours sur l’Origine de l’Univers”
La Cosmogonie
La cosmogonie tente de décrire la formation de l’Univers, alors que la cosmologie est la science qui s’intéresse aux lois qui gouvernent l’Univers en tant que système physique.
Il paraît qu’il n’y a pas de culture sans cosmogonie (à vérifier auprès des anthropologues…).
Nature ontologique et législative de l’Univers
- Avant Galilée on considérait qu’il existait un monde sub-lunaire fait d’une matière de 4 éléments et un monde supra-lunaire constitué d’une autre essence.
- Donc 2 mondes constitués de 2 matières différentes.
- Galiléeest probablement le premier à avoir décrit la notion d’Univers:
- Il dit qu’il existe un seul monde constitué d’une seule matière partout la même (unité ontologique).
- Il dit aussi que les lois de l’Univers sont les mêmes en tout point de l’Univers (espace) et à tout instant dans l’Univers (temps), elles sont universelles (unité législative):
- Au sens moderne du terme, ce sont ces 2 unités (ontologiques + législatives) qui permettent de définir ce qu’on appelle un Univers.
Le Néant
- La plupart des cosmogonies qu’on trouve dans toutes les différentes cultures envisagent que l’origine de l’Univers est issue du Néant, au sein duquel la lumière est apparue, et c’est ce qui a déclenché l’apparition d’un Univers en évolution.
- Les chinois:
- ne se posent cependant pas la question de l’origine, car ils n’ont pas la notion de Néant.
- Pour eux, il y a toujours eu un Etre qui n’a pas cessé de se tranformer et de subir des mutations tout au long de son histoire qui n’a pas eu de commencement.
- Le questionnement sur l’origine n’est pas aussi universel qu’on veut bien le croire, mais il est très présent dans la plupart des cultures (en l’occruence dans la judéo-chrétienne).
- Si on essaie d’imaginer le Néant en fermant les yeux, tout de suite on en fait quelque chose.
- Chaque fois qu’on pense le Néant, on lui attribue des propriétés qui le distingue du Néant.
- L’idée de Néant est donc une idée destructrice d’elle-même.
- On voit donc qu’on a de la peine à décrire le concept de Néant.
Le mot Origine
- Le sens du mot “Origine” porte généralement l’idée:
- du passage de l’absence de toute chose à quelque chose.
- de la transformation du Néant qui devient autre chose que lui-même.
- Cependant, cette idée de transformationliée au mot “Origine” n’est généralement pas présente quand on veut décrire l’Origine de l’Univers.
- On constate souvent que quand on parle d’Origine de l’Univers, on a plutôt tendance à décrire quelque chose en amont qui permet d’expliquer comment la chose (en l’occurence l’Univers) dont on veut décrire l’Origine est apparue.
- Autrerment dit ce qu’on appelle Origine est en réalité l’achèvement d’un processus antérieur qui a fait apparaître la chose (en l’occurence l’Univers) dont on dit qu’on a compris l’Origine.
- Donc dans ce discours le mot Origine devient synonyme de Conclusion! Ce qui peut sembler être un paradoxe!
- Notre culture a aussi tendance à nous emmener vers l’idée que si l’Univers a eu une histoire, c’est qu’il a eu un commencement et ce commencement résulte d’une Création et non d’une Transformation.
- On met généralement en scène un être transcendant (par exemple Dieu) dont l’action sur le Néant a permis de créer l’Univers.
- On parle d’ailleurs plutôt d’un Dieu réduit à sa fonction de créateur de l’Univers et non d’un Dieu garant de la perduration du monde.
- Selon notre mode de pensée, l’Univers n’est pas né du Néant, on ne décrit pas l’Univers comme le résultat d’une transfomation à partir du Néant, notre Univers serait plutôt le résultat d’une Création.
- En Occident, on a de la peine définir le changement (et notamment le changement orginel), à penser et décrire un état intermédiaire de transition entre le Non-Etre (Néant) et l’Etre (Univers).
- Les grecs avaient aussi relevés une contradiction entre le concept de changement et l’idée d’identité:
- Si une chose a changé, c’est qu’elle cesse d’être elle-même (puisqu’elle a changé).
- Si au contraire, elle reste identique à elle-même, c’est qu’elle n’a pas changé.
- Par exemple, quand on dit: “Une feuille d’arbre a changé” (elle était verte en été, elle est jaune en automne)
- On pourrait très bien pensé et dire que: “La feuille verte a été remplacée par la feuille jaune”
- Ce changement (apparant) pourrait donc se traduire par un remplacement.
- Mais en réalité ce n’est pas ce qu’on veut dire.
- On veut en réalité dire: “La couleur de la feuille de l’arbre a changé” (une propriétéde la feuille a changé, mais ça reste la même feuille).
- Le sujet du verbe changer (la feuille) est précisément ce qui n’a pas changé dans la transformation.
- On pourrait très bien pensé et dire que: “La feuille verte a été remplacée par la feuille jaune”
- Donc d’une manière plus générale, quand on dit que x a changé, le sujet du verbe changerx est précisément ce qui n’a pas changé.
- On conceptualise le changement en utilisant la notion d’identité (donc d’invariance).
- Notre langue en est en partie responsable car elle est ontologique:
- nous désignons des objets et leur donnons une identité (chaise, vélo, étoile…).
- La transformation se caractérise par un changement de la propriété de l’objet et non de l’objet lui-même (qui reste présent avant et après la transformation).
- On peine à considèrer l’idée opposée qui consiste à dire que c’est la transformation elle-même qui est à l’origine des objets et de l’Univers (un objet est la manifestation d’une transition).
L’Origine de l’Univers
Notre manière de conceptualiser le changement en utilisant la notion d’identité fonctionnne-t-elle pour expliquer l’origine de l’Univers et des objets qui le constituent?
Origines secondaires
Pour décrire les origines des objets qui constituent l’Univers (tables, voitures, atomes, étoiles, galaxies…), notre manière de conceptualiser le changement avec la notion d’invariance fonctionnne:
- par exemple les atomes sont formés dans les étoiles, et leur origine est le résultat d’une réaction nucléaire entre protons et neutrons (nucléons) appelée nucléosynthèse (fission, fusion nucléaire).
- Ce sont les changements dans l’organisation de ces nucléons (via les réactions nucléaires) qui ont fabriqués les atomes.
- On arrive donc à décrire ce changement en terme d’invariant:
- Dans ce cas, les invariants sont les particules fondamentales (nucléons) qui étaient là avant et qui se combinent autrement pour former les noyaux d’atomes dans les étoiles.
- On explique l’origine de la vie à partir des ingrédients préalables qui permettent l’apparition de la vie.
- On explique l’origine des êtres physiques en invoquant d’autres êtres physique.
- L’explication des origines secondaires est immanente.
- Pour des objets d’origines secondaires, conceptuellement on explique l’Etre par l’Etre.
Vu qu’on est capable de décrire l’origine relative des objets qui constituent l’Univers, on croit être capable d’aller plus loin et pouvoir décrire l’origine de l’Univers lui-même.
Origine primaire
Pour décrire l’origine de l’Univers (sans action créatrice), est-ce que cette conception du changement qui conserve cette notion d’identité tient encore la route?
- Si le Néant devient l’Etre (l’Univers), c’est qu’il y a un changement.
- Mais selon notre conception, pour qu’il y ait changement, il faut que quelque chose ne change pas au cours du changement.
- Qu’est ce qui dans le Néant peut ne pas changer, pour que le Néant devienne autre chose que lui-même?
- On arrive au noeud irréductible de la question…
- Car quand on veut expliquer comment le Néant a pu cesser d’être le Néant, on lui attribue alors des propriétés qui font que le Néant n’est plus le Néant (le Néant c’est le Rien, il ne peut avoir de propriétés).
Théorie unifiée du Tout
- Parle-t-on d’unification ontologique?
- Dans l’espace il n’y aurait alors qu’une sorte d’objets (par exemple des supercordes).
- L’existence d’un élément fondamental qui engendrerait tous les objets présents dans notre Univers, objets qui acquièrent alors une origine secondaire par rapport à l’élément fondamental.
- Parle-t-on d’unification législative?
- Le contexte et un certain nombre de conditions ont permi l’émergence de l’existence de l’Univers.
- Il faudrait pouvoir unifier les lois de la relativité générale (infiniment grand: gravitation) avec celles de la mécanique quantique(infiniment petit: force électromagnétique, intéraction faible et intération forte) au sein d’un formalisme unique.
- Ces 2 modèles théoriques s’appuient sur des pilliers et statuts incompatibles:
- La relativité générale décrit un espace-temps souple, dynamique et continu qui intéragit avec la matière qu’il contient.
- La mécanique quantique décrit un espace-temps plat, statique et discret.
- Ces 2 modèles théoriques s’appuient sur des pilliers et statuts incompatibles:
- Une Théorie du Tout sera-t-elle capable de nous dire comment l’Univers est apparu?
- Lors de l’apparition de l’Univers, les lois physique sur lesquelles repose cet Univers étaient-elles déjà là en attente d’Univers de façon transcendante? (existaient-elles avant l’Univers?)
- Ou l’Univers crée-t-il plutôt en son sein ses lois physiques de façon immanente à mesure qu’il évolue?
- Sera-t-on capable de trancher un jour cette question fondamentale? (l’oeuf ou la poule)
- La question de l’origine de l’Univers est-elle un mystère (ne peut pas être expliquée) ou plutôt une énigme (un problème à résoudre)?
- La question semble si difficile qu’on essaie de la simplifier conceptuellement en expliquant que l’Univers n’a pas d’origine!
L’histoire de l’Univers
On a compris que de manière générale, la plupart des objets qui constituent l’Univers ont une histoire et sont le résultat d’une évolution qui les a produit à partir d’états antérieurs qui ne les contenaient pas.
Mais dire qu’il y a de l’histoire dans l’Univers ne veut forcément pas dire que l’Univers a une histoire!
C’est au XIXème siècle qu’on a commencé à imaginer une histoire de l’Univers:
- Quand on a élaboré la thermodynamique, on a appliqué les lois de la thermodynanmique d’une part aux objets qui constituent l’Univers, mais aussi à l’Univers lui-même.
- => on en a conclu que l’Univers arriverait à une mort thermique (à la fin de son histoire).
Plus tard, on a utilisé la théorie de relativité générale pour analyser l’évolution de l’Univers et décrire son histoire passée:
- La relativité générale considère que l’Univers dans sa totalité est un objet physique.
- C’est-à-dire qu’on peut définir des paramètres physiques qui décrivent l’Univers tout entier.
- Si on applique les équations de la relativité générale et qu’on remonte le temps, elles aboutissent à la description d’un Univers de plus en plus petit pour finalement terminer ponctuel.
- Le physicien russe George Gamow a aussi montré que la contraction de l’Univers qui s’effectue lorsqu’on remonte le cours du temps correspond aussi à une élévation de température.
- Donc l’Univers primordial semble avoir été:
- Beaucoup plus petit (volume nul)
- Beaucoup plus dense énergétiquement (densité infinie)
- Beaucoup plus chaud (température infinie)
De là est née la notion Singularité initiale et de Big Bang.
- Le Big Bang semble donc correspondre à l’apparition de:
- la matière
- de l’espace
- du temps
- de l’énergie
- Le Big Bang serait alors l’instant zéro correspondant à la création de l’Univers.
Pourquoi ne pas donc considérer cet état primordial, cette Singularité initiale comme l’origine effective de l’Univers? En réalité cette extrapolation qui nous permet d’arriver à l’instant zéro est abusive!
- Quand on remonte le cours du temps, la densité de matière et la température deviennent de plus en plus élevées.
- L’énergie des particules qui se trouvent dans l’Univers devient aussi de plus en plus élevée.
- Pour atteindre ces niveaux d’énergie, les particules ne sont plus soumises uniquement à la force de gravitation, elles subissent aussi l’effet des 3 autres forces fondamentales (électromagnétiques, l’intéraction forte et l’intéraction faible).
- Et ces 3 intéractions ne sont pas décrites par la théorie de la relativité générale (qui décrit uniquement la force de gravitation).
- Il y a donc un moment quand on remonte dans le passé où les équations de la relativité générale n’arrivent plus à décrire ce qui se passe.
- Ce moment correspond au mur de Planck qui est apparu 10-43seconde après le Big Bang.
- Le mur de Planck peut être calculé à partir de la constante de Planck, l’une des 3 constantes fondamentales universelles (constante de gravitation, vitesse de la lumière et constante de Planck).
- Le mur de Planck peut ainsi être caractérisé soit par un durée (temps de Planck = 10-43 seconde), soit par une longueur (longueur de Planck = 10-33 cm), soit par une énergie (1019 GeV).
- On ne peut pas intégrer les équations de la relativité générale au delà dur mur de Planck et donc à fortiori extrapoller à l’instant zéro correspondant au Big Bang.
- En amont du mur de Planck, nos théories physiques actuelles entrent en collision les unes avec les autres, le temps par exemple n’existe pas.
- Ce moment correspond au mur de Planck qui est apparu 10-43seconde après le Big Bang.
- L’instant zéro apparaît donc comme un instant au-travers duquel l’Univers tel qu’il est décrit par nos lois physiques n’a jamais pu passer!
Pour passer le mur de Planck, et décrire l’évolution de l’Univers entre le mur de Planck et l’instant zéro, il faudrait pouvoir unifier au moyen d’un formalisme commun la théorie de la relativité générale (force de gravitation) avec la mécanique quantique (force électromagnétique + 2 intéractions nucléaires). Il existe quelques approches d’unification:
- La théorie des cordes (théorie des supercordes: 10 dimensions – théorie M: 11 dimensions).
- La théorie quantique à boucles (théorie de la gravitation quantique).
La théorie des cordes
- Toutes les particules de la matière correspondent à des états de vibration uniques d’un particule fondamentale infiniment petite qui fait penser à une corde vibrante (dans un espace-temps multi-dimensionnel).
- Si on tente de décrire l’Univers primordial avec la théorie des cordes, il arrivent un moment où les calculs deviennent trop compliqués et impossibles, car les cordes deviennent trop enchevêtrées.
- Actuellement il n’est donc pas possible de décrire actuellement l’Univers primordial avec la théorie des cordes.
- De plus la théorie des cordes ne peut pas être observée ni testée expérimentalement.
Cependant la beauté de la théorie des cordes réside autre part:
- Elle décrit un espace-temps multi-dimensionnel (par exemple à 10 ou 11 dimensions) dans lequel il n’existe pas de gravitation.
- Les objets qui sont dans cet espace-temps obéissent aux lois de la physique quantique et leur cinématique est décrite par la théorie relativité de la restreinte (théorie de la relativité qui ne prend pas en compte la gravitation).
- Donc les prémisses de la théorie n’incluent pas la gravitation.
- La beauté réside dans le fait qu’à partir des ces principes on aboutit aux équations de la relativité générale (qui elle intègre la gravitation).
- La théorie des cordes fait apparaître le graviton comme la particule responsable de la gravitation.
- La gravitation est donc déduite de la théorie des cordes, elle en est une conséquence.
- La théorie des champs de la mécanique quantique peut aussi être prédite à partir de la théorie des cordes.
Mais la théorie des cordes nous dit une autre chose intéressante:
- il ne peut y avoir dans l’Univers une température supérieure à un certain seuil de valeur finie.
- la température dans l’Univers n’a jamais pu être infinie à aucun moment de son histoire et à aucun endroit de son espace!
Cette nouvelle notion nous amène à un scénario de Pré-BigBang:
- Au lieu de dire l’Univers est né d’une explosion initale appelée Big Bang.
- On dit que le Big Bang c’est le passage de l’Univers au travers d’une phase de contraction très dense et de réchauffement très intense jusqu’à atteindre la température maximale autorisée par la théorie des cordes, moment auquel l’Univers ne peut plus se contracter d’avantage car il a atteint la température maximale autorisée et du coup il rebondit sur lui-même.
- Ce nouveau scénario supprime la notion de Singularité initiale et renforce la notion d’origine en terme de transition et changement.
- Le Big Bang n’est plus qu’une transition de phase de l’Univers.
- Il n’y a donc plus lieu de se poser la question du Néant et de ce qu’il y avait avant le Big Bang.
La théorie quantique à boucles
- Cette théorie consiste à quantifier la gravitation.
- Elle aboutit à l’idée que l’espace-temps est granulaire, discret, non-continu.
- Il est composé des petits volumes élémentaires d’espace-temps (quantas ou atomes d’espace-temps) de taille non nulle et tel qu’on ne puisse pas avoir de volumes plus petits.
- L’espace-temps ne peut pas être structuré en édifices plus petits que ces quantas.
Cette théorie nous amène aussi à un scénario de Pré-BigBang:
- La notion de Big Bang comme Singularité initiale disparaît car la singularité correspond à un volume de taille nulle.
- On dit que le Big Bang c’est le passage de l’Univers au travers d’une phase de contraction jusqu’à que sa taille corresponde à la taille d’un atome d’espace-temps, moment auquel l’Univers ne peut plus se contracter d’avantage car il a atteint la taille minimale autorisée et du coup il rebondit sur lui-même.
- On parle alors d’une cosmogonie cyclique.
- La notion d’origine disparaît à nouveau.
Le vide quantique
- En mécanique quantique, les éléments fondamentaux de la matière sont formalisées par des quantas (états énergétiques) et représentées par ce qu’on appelle des champs quantiques (ondes).
- Faire le vide c’est ce qui reste quand on a retirer toutes les particules (électrons, quarks, photons…).
- Il ne reste alors plus que l’espace-temps (océan) dans lequel se trouvent des champs quantiques dans leur état d’énergie minimale (vague).
- De là vient la notion de particule virtuelle, la particule n’existe pas, mais il existe par contre l’état de la particule dans son énergie minimale, énergie qui n’est pas assez intense (E=mc2) pour que la particule (électron…) existe et soit réelle.
- Ce qu’on appelle le vide quantique, c’est l’espace-temps rempli de particules virtuelles.
- Cette entité (espace-temps + champs quantiques) pourrait être la matrice de l’Univers (sa topologie).
- Une fluctuation des particules virtuelles (champs quantique) de ce vide quantique aurait pu déclencher une expansion de l’Univers.
- On imagine aussi la possibilité de milliards de fluctuations, avec à chaque fois l’apparition d’un nouvel univers => notion de multivers.
- C’est comme si le vide ne pouvait pas rester tout à fait homogène, il serait instable.
L’Antimatère
- Jusqu’en 1930, le monde des physiciens était exclusivement fait de matière composée de petites « briques élémentaires » appelées particules (électrons, protons, photons).
- Le physicien Paul Dirac, pour résoudre une équation de physique, postulat qu’il devait exister une autre particule, identique à l’électron, mais ayant une charge électrique opposée (positive).
- Baptisée positron (antiélectron).
- Confirmé en 1932 en analysant les rayons cosmiques venant de l’univers.
- La loi de Stigler est à nouveau vérifiée:
- loi selon laquelle une découverte scientifique ne porte jamais le nom de son auteur.
- la paternité du positron revient toujours à Paul Dirac alors que Jean Becquerel avait déjà postulé l’existence d’électrons positifs en 1908 dans un article.
- Cette théorie fut ensuite généralisée à toutes les particules que nous connaissons et l’ensemble de ces nouvelles particules constituent ce qu’on appelle l’antimatière.
- Cependant, il faudra attendre:
- 1955 pour découvrir l’antiproton.
- 1995 pour créer le premier antiatome (antihydrogène) au CERN.
- La différence qui caractérise l’antimatière est la charge électrique opposée:
- Si on fait passer une particule et son antiparticule dans un champ magnétique, les 2 particules sont déviées dans des directions opposées.
- Les antiparticules ont la même masse et le même comportement physique que leur homologue de matière.
- Comme les charges sont opposées, matière et antimatière s’attirent mutuellement:
- Lorsque matière et antimatière se rencontrent, elles se désintègrent et s’anihilent pour se transformer en énergie pure (E=mc²)
- La matière est convertie intégralement en énergie sous forme de photons (rayonnement gamma).
- Pour étudier l’antimatière, les physiciens étudient de près ce qu’ils appellent la symétrie CPT(Charge-Parité-Temps):
- Lors d’une réaction particulière sur une particule, cette même réaction doit être observée sur son antiparticule mais de manière symétrique.
- Tout est inversé : la charge (positif Vs négatif), la parité (droite Vs gauche) et le temps (le temps doit s’écouler à l’envers).
- Un monde composé d’antimatière serait l’image de notre monde à travers un miroir.
- Le problème, c’est que l’Univers n’est pas aussi symétrique qu’il n’y paraît:
- Une théorie pour devoir prendre en compte le Big-bang doit stipuler qu’à l’origine, matière et antimatière ont du être créées en même temps et en quantité égale.
- Si matière et antimatière étaient strictement identiques (en dehors de la charge électrique) et avaient été créées en quantités égales, on aboutit sur la non-existence de notre Univers, car matière et antimatière auraient du s’attirer très rapidement juste après le Big-Bang pour s’annihiler totalement.
- La réalité semble tout autre : nous sommes bien là et notre univers semble être composé quasi exclusivement de matière!
- Les astronomes et les cosmologistes auraient-ils perdu la moitié de l’Univers?
- Ce qui peut expliquer cette observation est que matière et antimatière ne sont pas si symétriques que cela : on parle alors de violation de symétrie.
- Les symétries entre matière et antimatière sont parfois non respectées et pourraient expliquer pourquoi toute l’antimatière a disparue aujourd’hui au profit de la matière.
L’observation de l’Univers
Le téléscope Hubble:
- Le téléscope spatial Hubble aurait détecté tout récemment la galaxie la plus distante jamais identifiée dans l’Univers.
- La lumière observée en provenance de cette galaxie aurait été émise il y a 13,2 milliards d’années, soit seulement 480 millions d’années après le Big Bang (âge total de l’Univers 13,7 milliards d’années).
- Mais les astronomes peuvent uniquement observer la lumière émise du fond diffus cosmologique après le mur de Planck (10-43 seconde après le Big Bang).
- L’Univers primordial ne peut donc pas être observé au-delà du mur de Planck.
Le LHC du CERN:
- Un des postulats de la Physique nous dit que les lois de la Physique n’ont pas changé au cours du temps.
- Au cour de l’évolution de l’Univers ce sont les conditions physiques qui ont changées (température…).
- Grâce aux colisions de particules à hautes énergies, le LHC recrée aujourd’hui les conditions physiques du passé.
- Comme les lois n’ont pas changé, on voit les phénomènes physiques du passé.
- Cependant, les ordres de grandeurs sont incomparables:
- Au LHC, on fait des colisions de protons à des énergies 3,5 TeV par proton (3500 GeV).
- On fait donc des colisions entre 2 protons avec des énergies mises en jeu de 3,5 TeV + 3,5 TeV = 7 TeV = 7000 GeV
- 7000 GeV c’est l’énergie cinétique d’un moustique en vol:
- énergie qui est cependant répartie sur tous les atomes de celui-ci, donc dans ce cas l’énergie par particule est relativement faible.
- Dans le cas du LHC, cette énergie est très concentrée sur un seul proton.
- Au moment du mur de Planck, l’énergie d’une particule n’était pas celle d’un moustique en vol comme l’expérimente le LHC, mais celle d’un TGV roulant à 300 km/h.
- Donc expérimentalement on voit qu’on est très loin des conditions physiques correspondant au mur de Planck.
Le AD (Décélérateur d’Antiproton) du CERN:
- Fabriquer des antiparticules:
- il faut disposer d’un accélérateur de particules.
- En projetant des particules accélérées à grande énergie sur des cibles métalliques, on transforme l’énergie cinétique des particules en couple particule/antiparticule (E=mc² – ici l’énergie se transforme en masse – processus réversible).
- Fabriquer des antiparticules est une chose, mais les physiciens veulent aller plus loin pour comprendre l’antimatière et pour cela, il faut fabriquer des antiatomes, c’est-à-dire un antinoyau formé d’antiprotons et d’antineutrons avec des positrons qui tournent autour.
- En 1995, le CERN a réussi créer les premiers atomes d’antihydrogènes (le plus simple des antiatomes, composé d’un antiproton et d’un positron qui tourne autour).
- mais ces antiatomes étaient trop volatiles, se désintégrant quasi instantanément et ne permettant aucune étude approfondie.
- Le problème des physiciens n’est pas de « fabriquer » de l’antimatière mais de la « conserver» pour la manipuler et l’observer.
- A cause des grandes énergies mise en jeu, les antiparticules créées vont pratiquement à la vitesse de la lumière et si elles rencontrent une particule de matière, elles s’annihilent immédiatement !
- Il faut donc littéralement pouvoir freiner et ralentir l’antimatière pour pouvoir l’étudier:
- Ce n’est donc plus accélérateur qu’il faut mais un décélérateur!
- Le décélérateur AD du CERN mesure 188 mètres de circonférence.
- Il permet de diminuer l’énergie d’antiprotons (de 3000 MeV à 5 MeV).
- En d’autres termes, les antiprotons sont ralentit au tiers de la vitesse de la lumière.
- le 17 novembre 2010, l’expérience ALPHA a réussi à capturer (piéger) des atomes d’antihydrogène.
- Plus une particule est énergétique, plus elle est agitée et donc « chaude ».
- L’idée est donc de refroidir l’antimatière le plus possible.
- Les antiprotons sont envoyés à travers de pièges électromagnétiques pour les refroidir à environs -269°C (4 kelvins).
- On procède de même avec des positrons et on met l’ensemble (antiprotons + positrons) dans une espèce de bouteille électromagnétique jusqu’à ce que le positron (positif) se mette à tourner autour de l’antiproton (négatif) pour former un antihydrogène.
- l’idée est d’empêcher que ces antihiydrogènes entrent trop en contact avec la matière et s’anihile.
- L’expérience ALPHA a montré qu’il est possible de conserver de cette manière des atomes d’antihydrogène pendant un dixième de seconde (un laps de temps suffisamment long pour pouvoir les étudier).
- Sur les milliers d’antiatomes produits par l’expérience ALPHA, 38, selon le dernier résultat, ont été capturés suffisamment longtemps pour pouvoir être étudiés.
- En observant le comportement de ces antiatomes ralentis, on espère pouvoir mettre en évidence certaines des violations de symétrie.
La Physique dispose donc d’un arsenal théorique très puissant, mais qui ne nous dit pas encore comment sélectionner la bonne théorie qui expliquerait l’origine de l’Univers parmi toutes les théories candidates.
Car pour pouvoir sélectionner le bonne théorie il faut pouvoir faire des expériences!
Source:
http://www.cieletespaceradio.fr/ombres_et_lumieres_sur_l_origine_de_l_univers.657.RENC_001
http://science-for-everyone.over-blog.com/article-l-antimatiere-mise-en-boite-au-cern-61588417.html
Cette semaine, on s’est lâchés! 3 dossiers + 1 illustration, la totale!
- Mais avant de commencer, Mathieu nous parle rapidement de Google Science Fair, une initiative de Google, en partenariat avec le CERN, le groupe Lego, le National Geographic et le Scientific American. C’est une possibilité donnée aux scientifiques en herbe de présenter leur projet et éventuellement de gagner de 50’000 USD. Le concours est ouvert aux jeunes seuls ou en équipe de 2-3. Les inscriptions sont ouvertes jusqu’au 4 avril 2011. Le seul hic, c’est que tout est en anglais.
Les détails en vidéo:
- Dossier numéro 1: les paradoxes temporels, par Anh Tuan
- Dossier numéro 2: l’effet placebo, par Alan, thème magnifiquement illustré par Lucile
- Dossier numéro 3 enfin: la loi de Benford (avec un petit détour par la loi de Stigler) par Mathieu
- Last but bot least, la quote de Mathieu, magistrale cette semaine:
“I guess I think of lotteries as a tax on the mathematically challenged” – Roger Jones
Traduction libre: “La loterie est un impôt volontaire pour ceux qui ont de la peine avec les mathématiques”.
Prochain enregistrement le jeudi 20 janvier 2010. Une excellente semaine à toutes et à tous!!
Aujourd’hui, j’ai choisi de traiter un sujet que nous a proposé notre ami Christophe sur la page Facebook de PodcastScience; je vais vous parler des paradoxes temporels.
Alors, avant de définir ces paradoxes, interrogeons-nous d’abord sur la notion de TEMPS. Qu’est-ce que c’est concrètement ?
Je vous rassure, bon nombres de scientifiques, philosophes et religieux de toutes époques se sont cassés les dents sur cette énigme.
Mais pour vous résumer le fruit de leur réflexion, le TEMPS serait la somme des états successifs de notre univers.
On peut alors se le représenter par une flèche orientée qui va d’AVANT vers APRES en passant par MAINTENANT.
Et oui, contrairement à l’Espace où l’on peut avancer ou reculer, le TEMPS semble aller dans un seul sens : du PASSE vers le FUTUR.
Gardez bien ça en tête, on va en avoir besoin ! Après avoir appréhendé la notion de TEMPS, les plus curieux se sont demandés si on pouvait voyager sur cette flèche.
Tout d’abord, il faut choisir un sens : aller dans le futur ou dans le passé ? Pour le cas du futur, Einstein et sa théorie de la relativité restreinte nous a prouvé que c’était possible. Il vous faut juste un vaisseau capable d’approcher la vitesse de la lumière.
Hors de notre portée pour l’instant bien sûr mais on pourra y arriver sans nul doute !
En revanche, si vous optez pour un voyage dans le Passé, les choses se corsent principalement à cause des fameux paradoxes temporels.
Citons-les d’abord : On a d’une part, le paradoxe du Grand Père et d’autre part, le paradoxe de l’Ecrivain.
Ces deux paradoxes compromettent la possibilité de voyage dans le passé et vous allez très vite comprendre pourquoi.
Premièrement, le paradoxe du Grand Père : Imaginez-vous en chrononaute (ou plus communément voyageur temporel) et il vous vient à l’idée d’aller tuer votre grand-père avant sa rencontre avec votre grand-mère. En toute logique, vous ne seriez jamais né et vous n’auriez donc jamais pu tuer votre grand-père …
C’est bien un cheminement logique qui aboutit à une solution absurde : c’est la nature même d’un paradoxe.
Un exemple très célèbre de ce paradoxe du Grand Père se trouve dans le film “Retour Vers Le Futur“. Le héros retourne à l’époque du bal de fin d’année de ses parents adolescents, bal où ceux-ci devaient se mettre en couple. Malheureusement, notre héros compromet cette union et se met donc à disparaitre petit à petit … Paradoxe du Grand Père !
Maintenant, voyons un peu le second paradoxe : celui de l’Ecrivain. Imaginez-vous en écrivain, riche de surcroit. Cette richesse vous vient d’un livre que vous venez de publier. Vous décidez alors de voyager dans votre passé et d’aller vous donner à votre moi-jeune ce livre à succès. Votre moi-jeune le recopie et devient donc riche.
Mais d’où sort le livre si vous n’avez fait que le recopier ? Qui l’a véritablement écrit ? De là vient le paradoxe de l’Ecrivain.
Un petit exemple pour illustrer ça : dans “Harry Potter, le Prisonnier d’Azkaban“, le héros Harry est sauvé des Détraqueurs par un sort jeté par un inconnu qu’il voit au loin. Un peu plus tard, il décidera de retourner avec son amie Hermione grâce à une machine au moment précis de ce sauvetage. Il se voit alors attaqué par ces Détraqueurs et réalise que c’est lui-même qui jette le sort pour sauver son autre-moi. Classique paradoxe de l’Ecrivain !
Maintenant, pour tenter de rendre le voyage dans le Temps possible, il faudrait imaginer des solutions à ces paradoxes. La plus répandue est l’existence d’un multivers, composé d’une infinité d’univers paralleles. Dans ce multivers, le chrononaute qui retourne dans le passé se retrouverait dans un univers parallele et toutes ses actions impacteraient cet univers là et non celui de départ.
Avec cette théorie des multivers, les paradoxes temporels n’auraient plus lieu d’être, rendant possible ces sortes de voyages temporels qui ne seraient que des voyages vers des univers paralleles.
Et pour finir de statuer sur la possibilité ou non du voyage temporel, j’aimerai finir avec une citation du célèbre physicien Stephen Hawking : “La meilleure preuve qu’un voyage dans le temps est impossible est que nous n’avons pas été envahis par des hordes de touristes du futur“
Podcast Science 19 - Paradoxes temporels, effet placebo et loi de Benford [ 54:05 | 49.54 MB ] Play Now | Play in Popup | Download (3084)3 dossiers pour le prix d’un!
- Les paradoxes temporels,
- l’effet placebo
- la loi de Benford
+ une quote énorme!!
Enjoy
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.
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