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Les 2 infinis
l'infiniment petit
23 juillet 2011

Hydrogène

Les étoiles brillent parce qu' elles transforment d'immenses quantités d'hydrogène en hélium. Notre Soleil, à lui seul, consomme 600 millions de tonnes d'hydrogène par seconde, qu'il convertit en 596 millions de tonnes d'helium. Imaginez un peu : 600 millions de tonnes par seconde! Et même la nuit ! .
Mais où partent les quatre millions de tonnes de différence par seconde ? lls sont convertis en énergie, selon la célèbre formule d'Einstein : E = mc2. Un peu plus de mille cinq cent quatre-vingt-sept grammes par seconde partent vers la Terre où ils vont créer la lumière de I'aube, la chaleur d'un après-midi d'été ou Ie flamboiement du crépuscule.
La consommation effr
énée d'hydrogène par Ie Soleil nous fait tous vivre, mais I'importance de cet élément pour la vie telle que nous la connaissons commence plus près de chez nous. L'hydrogene s'allie en effet à l'oxygène pour former les nuages, les océans, les lacs et les rivières. Il se combine au carbone, à I'azote et à I'oxygène pour former la chair et Ie sang de tous les êtres vivants.
L'hydrogène est Ie plus léger de tous les gaz - plus léger même que I'hélium - et il coûte beaucoup moins cher, d'où son emploi malencontreux dans les premiers aéronefs comme Ie Hindenburg. Vous avez sans doute entendu parler de cette tragédie - bien que, dans les faits, les passagers soient morts des suites de leur chute et non brûlés par I'hydrogène, moins dangereux à transporter dans un véhicule que de l'essence.
L'hydrogène est I'élément Ie plus abondant, Ie plus léger et Ie plus apprécié des physiciens parce qu'avec un seul proton et un seul electron, leurs formules de mécanique quantique fonctionnent à merveille. Dès que l'on passe à l'hélium (avec deux protons et deux électrons), les physiciens abandonnent Ie terrain aux chimistes.

Theodore Gray "Atomes" (Editions Place des Victoires)

.

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1 juillet 2011

Les Terriens, radioactifs de naissance

Parmi les cendres d'étoiles consumées dont l'agglomération créa la Terre, il se trouva quelques éléments radioactifs lourds, comme l'uranium et ses semblables, mais aussi le potassium. On le rencontre dans tous les tissus vivants. Il est essentiel à la vie. Son absence conduit à des maladies graves et souvent létales.
Dans son ignorance, Dame Nature a négligé le fait qu'un centime de cette brique essentielle était radioactif et pourrait terroriser quelque écologiste anxieux. Sa vie moyenne est de 1,3 milliards, si bien que sa radioactivité subsiste de nos jours, elle est d'ailleurs aisément mesurable grâce à la sensibilité  miraculeuse des détecteurs de particules. On découvre ainsi que le corps humain d'un adulte est le siège de près de 6 000 désintégrations du potassium par seconde. Celui-ci émet surtout des électrons et des rayons gamma très énergétiques qui peuvent sortir du corps et irradier la personne innocente, et sûrement inconsciente du danger, qui partage le même lit. Les spécialistes et les citoyens qui traquent la radioactivité disent qu'elle est de 6 000 becquerels dans notre corps à cause du potassium. Bien entendu, ce n'est pas notre seule source d'irradation. Notre environnement naturel, la terre et le ciel, nous en octroie généreusement au moins vingt fois plus.
Mais ce qui est extraordinaire, c'est qu'une alarme stridente est désormais sonnée lorsque des détecteurs décèlent une contamination dix ou cent fois plus faible que celle due au potassium naturel. C'est un véritable fond de commerce ou un tremplin vers le pouvoir pour certains groupes. On a pu voir à la télévision des ingénieurs convaincus, des âmes soucieuses de leurs infortunés compatriotes, dirigeant un laboratoire indépendant de mesure de la radioactivité (...), crier au loup à une heure de grande écoute parce qu'il s'agissait évidemment d'une nouvelle renversante, et annonçait qu'une laine de verre était radioactive et contribuer ainsi à faire chuter les actions de la puissante société industrielle (...) qui la produisait, ou bien dénoncer une innocente plage du midi de la France, près du Grau-du-Roi, dont les sables étaient radioactifs ! C'était certes vrai, mais ce sable provenait tout simplement de l'érosion des roches naturellement radioactives de massifs montagneux, transportée par les cours d'eau jusqu'à la mer. On a vu lancer des études coûteuses, se chiffrant sans doute en millions de francs, juste pour analyser les effets nocifs de l'uranium appauvri utilisé dans les obus antichars pendant la guerre du Golfe dont celui dû à la radioactivité était nul, d'évidence, car son intensité car son intensité inférieure à celle que l'on respire à quatre pattes dans l'herbe, le nez dans les fleurs des champs, en raison de l'émission  d'un gaz radioactif naturel, le radon, qui accompagne la désintégration de l'uranium présent dans toute la croûte terrestre et dans beaucoup de maisons. La dépendance à l'égard d'un préjugé idéologique peut contraindre à d'étonnants travestissements de la réalité.

Georges Charpak, Henri Broch "Devenez sorciers, devenez savants"

26 juin 2011

Le principe anthropique

Théorie en 30 secondes
L'Univers dans lequel nous vivons est exactement comme il faut pour la vie telle que nous la connaissons. Par exemple, si la force de gravitation était un peu plus grande, les étoiles seraient plus petites; elles utiliseraient leur combustible nucléaire plus rapidement et se consumeraient avant que des formes de vie complexes comme nous­-mêmes n'aient le temps d'évoluer. Le principe anthropique affirme que l'on peut utiliser le fait de notre existence pour prédire la valeur de certaines propriétés de l'Univers, comme la force de gravitation. L'astronome Fred Hoyle est célèbre pour avoir utilisé cet argument dans les années 1950 pour prédire certaines propriétés du noyau des atomes de carbone, parce que notre forme de vie dépend du carbone, et que sans ces propriétés, le carbone ne pourrait être synthétisé au sein des étoiles, et nous n'existerions pas. La prédiction de Hoyle fut confirmée ulterieurement par des expériences. La question est alors de savoir pourquoi l'Univers, comme le bol de gruau de l'ourson dans "Boucle d'or et les Trois Ours", est parfait pour nous. Certains pensent que cela signifie que l'Univers a été conçu pour nous, tandis que d'autres pensent que cela implique l'existence d'une multitude d'univers formant un Multivers, et que la vie n'éxiste que dans les univers semblables au notre.

Paul Parsons, "3 minutes pour comprendre les 50 plus grandes théories scientifiques", Le courrier du Livre

26 juin 2011

Vide quantique

Il existe en physique un concept nouveau qui a fait la preuve de sa richesse opératoire : celui de vide quantique. Précisons tout de suite que le vide absolu, caractérisé par une absence totale de matière et d'énergie, n'existe pas : même le vide qui sépare les galaxies n'est pas totalement vide : il contient quelques atomes isolés et divers types de rayonnements. Qu'il soit naturel où artificiellement créé, le vide à l'état pur est une abstraction : dans la réalité, on ne parviendra pas à éliminer un champs électromagnétique résiduel qui fait le «fond» du vide. (...)
Le vide quantique est donc le théâtre d'un incessant ballet de particules, celles-ci apparaissant et disparaissant dans un temps extrêmement bref, inconcevable à l'échelle humaine.
(...)
Revenons à votre clef. La première chose dont nous sommes désormais certains, c'est que cette clé est faite de vide. Un exemple va nous permettre de mieux comprendre que l'univers entier est essentiellement composé de vide. Imaginons que notre clé grandisse, jusqu'à atteindre la taille de la Terre. A cette échelle, les atomes qui composent la clé géante auraient à peine la taille de cerises.
Mais voici quelque chose d'encore plus étonnant. Supposons que nous prenions dans la main l'un de ces atomes de la taille d'une cerise. Nous aurions beau l'examiner, même à l'aide d'un microscope, il nous serait absolument impossible d'observer le noyau, bien trop petit à une telle échelle. En fait, pour voir quelque chose, il va falloir à nouveau changer d'échelle. La cerise représentant un atome va donc grandir à nouveau pour devenir un énorme globe haut de deux cents mètres. Malgré cette taille impressionnante, le noyau de notre atome ne sera pourtant pas plus gros qu'un minuscule grain de poussière. C'est cela, le vide de l'atome.
(...)
C'est pourquoi, si tous les atomes qui composent mon corps devaient se rassembler jusqu'à se toucher, vous ne me verriez plus. D'ailleurs, personne ne pourrait plus jamais m'observer à l'oeil nu : j'aurais la taille d'une infime poussière de quelques millièmes de millimètre à peine.
(...)
Descendons une fois de plus dans l'infiniment petit, au coeur de cette fameuse matière. Supposons que nous puissions nous introduire dans le noyau de l'atome : de quoi est composé le «panorama» que nous percevrons alors? La physique nucléaire nous indique qu'à ce niveau de la matière, nous devons rencontrer des particules dites « élémentaires », dans la mesure où il n'existe rien de plus « petit » qu'elle : les quarks, les leptons et les gluons. Mais, une fois de plus, de quelle étoffe sont faites de telles particules? Quelle est la «substance» d'un photon ou d'un électron ?
(...) Ainsi, après des années de tâtonnements et d'efforts, est apparu ce que l'on appelle la «théorie» quantique relativiste des champs».
(...) Dans cette perspective, une particule n'existe pas par elle même mais uniquement à travers les effets qu'elle engendre. Cet ensemble d'effets s'appelle un «champs». Ainsi, les objets qui nous entourent ne sont autres que des ensembles de champs (champ électromagnétique, champ de gravitation, champ protonique, champs électronique) ; la réalité essentielle, fondamentale, est un ensemble de champs qui interagissent en permanence entre eux.
(...) Au sens strict, un champs n'a pas de substance autre que vibratoire.
(...) Ceci revient à dire que le "fond» de la matière est introuvable, du moins sous la forme d'une chose, d'une ultime parcelle de réalité. Nous pouvons tout au plus percevoir les effets engendré par la rencontre entre ces êtres fondamentaux, que l'on nomme particules élémentaires, au travers d'événements fugitifs, fantomatiques que nous disons être des "interactions" .
(...)
Au fond, rien de ce que nous pouvons percevoir n'est vraiment «réel», au sens que nous donnons habituellement à ce mot. D'une certaine manière, nous sommes plongés au coeur d'une illusion, qui déploie autour de nous un cortège d'apparences, de leurres que nous identifions à la réalité. Tout ce que nous croyons sur l'espace et sur le temps, tout ce que nous imaginons à propos de la localité des objets et de la causalité des événements, ce que nous pouvons penser du caractère séparable des choses existant dans l'univers, tout cela n'est qu'une immense et perpétuelle hallucination qui recouvre la réalité d'un voile opaque.
(...)
Prenons une fleur. Si je décide de la placer hors de ma vue, dans une autre pièce, elle n'en continue pas moins d'exister. C'est, en tout cas, ce que l'expérience quotidienne me permet de supposer. Or la théorie quantique nous dit tout autre chose: elle soutient que si nous observons cette fleur avec assez de finesse, c'est à dire au niveau de l'atome, sa réalité profonde et son existence sont intimement liées à la façon dont nous l'observons. (...)
On peut même aller plus loin encore pour essayer de comprendre les physiciens lorsqu'ifs affirment que le tout et la partie sont une seule et même chose. Voici un exemple frappant : celui de l'hologramme. La plupart des gens qui ont vu une image holographique (laquelle s'obtient en projetant un faisceau laser à travers la plaque sur laquelle une scène à été photographiée) ont eu l'étrange impression de contempler un objet réel en trois dimensions. On peut se déplacer autour de la projection holographique et l'observer sous des angles différents, tout comme un objet réel. Ce n'est qu'en passant la main au travers de l'objet qu'on constate qu'if n'y a rien.
Or, si vous prenez un puissant microscope pour observer l'image holographique d'une goutte d'eau,par exemple, vous allez voir les micro-organisme qui se trouvaient dans la goutte originelle.
Ce n'est pas tout. L'image holographique possède une caractéristique encore plus curieuse. Admet­tons que je prenne une photo de la Tour Eiffel. Si je déchire le négatif de ma photo en deux et que je fais développer une des deux moitiés, je n'obtiendrai, bien sûr, qu'une moitié de l'image originelle de la tout Eiffel. Or tout change avec l'image holographique. Pour aussi étrange que cela puisse paraître, si on déchire un morceau de négatif holographique pour le mettre sous un projecteur laser, on n'obtiendra pas une « partie » de l'image, mais l'image entière. Même si je déchire le négatif une dizaine de fois pour n'en garder qu'une partie minuscule, celle-ci contiendra la totalité de l'image. Gela montre de façon spectaculaire qu'il n'existe pas de correspondance univoque entre les régions (ou parties) de la scène originale et les régions de la plaque holographique, comme c'était le cas pour le négatif d'une photo habituelle. La scène tout entière a été enregistrée partout sur la plaque holographique, de sorte que chacune des « parties » de la plaque en reflète la totalité. Pour David Bohm, l'hologramme présente une analogie frappante avec l'ordre global et indivisible de l'univers.

J. Guitton, 1. et G. Bogdanoff (Dieu et la science)

19 juin 2011

Le Grand Zoom de tout l'Univers par Science&Vie

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14 juin 2011

Le paradoxe du chat de Schrodinger

Un chat est enfermé dans une boîte percée d'un hublot, que l'on suppose totalement isolée du reste du monde. Dans un coin de la boîte, un échantillon d'uranium radioactif et un détecteur conçu pour ne fonctionner qu'une minute. Pendant cette minute, il y a une chance sur deux pour qu'un atome d'uranium se désintègre. Quand une désintégration se produit, l'uranium éjecte un électron qui vient frapper le détecteur. Celui-ci réagit alors en actionnant un marteau qui tombe... sur une fiole de cyanure. Et le matou monte au ciel. Une des questions que posait Schrëdinger est la suivante: juste avant de regarder par le hublot, dans quel état se trouve le chat?
Si l'on suit la plupart des physiciens fondateurs de la physique quantique, le chat doit être, juste avant le coup d'oeil par le hublot, NI mort Ni vivant, À LA FOIS mort ET vivant.
Le noeud de l'affaire est dans l'échantillon d'uranium posé dans la boîte. Aucun physicien au monde ne peut vous dire QUAND aura lieu une désintégration. Dans dix secondes, une heure, cent ans? Mystère. Tout ce que la science peut faire, c'est calculer les probabilités de cet événement. Dans ce cas précis, il y a 50% de chances pour qu'n atome d'uranium se désintègre dans la minute qui suit la fermeture de la boite. Et 50% de chances qu'il ne se désintègre pas. La physique quantique affirme que ces deux possibilités se chevauchent réellement. L'atome d'uranium est un être quantique, qui vit dans deux états superposés : intact et désintégré. Ni l'un ni l'autre et les deux. En physique quantique, en effet, observer une particule - électron, proton, ou autre - la force à se choisir un état. Elle ne peut alors plus rester dans sa superposition d'états...
(... )
Le paradoxe du chat de Schrëdinger a déchaîné les passions parmi les physiciens. Car il pose un vrai problème, celui de la mesure en physique quantique. En gros, est-ce la mesure, l'observation qui décide vraiment si le chat est mort ou vivant. ? En d'autres termes, sont-ce les mesures, les observations qui décident de la réalité des choses? Alors si les humains n'existaient pas, le monde non plus n'existerait pas! Certains physiciens (une petite minorité) ont répondu oui à cette question épineuse en suggérant des solutions bizarres.
La première a été soutenue par un prix Nobel de physique, Eugène Wigner. En gros, ce ne serait pas l'appareil de mesure mais la conscience de l'observateur qui "déciderait" finalement si le chat est mort ou vivant. En regardant par le hublot, l'oeil (dans ce cas, c'est lui l'appareil de mesure) se met dans une superposition d'états. D'un côté, un état A: uranium désintégré, détecteur excité, marteau baissé, fiole cassée, chat mort. De l'autre, un état B : uranium intact, détecteur non excité, marteau levé, fiole entière, chat vivant. Le nerf optique achemine au cerveau une onde qui est aussi dans une superposition des états A et B et les cellules réceptrices du cerveau suivent le mouvement. C'est alors que la conscience, brutalement, fait cesser le double jeu, obligeant la situation à passer dans l'état A ou dans l'état B (mais attention: rien ne nous dit POURQUOI ce serait A ou B). Comment? Ca, Wigner ne le dit pas. Mais les conséquences de sa positions sont hallucinantes: rien n'existe vraiment en dehors de ce que perçoit notre conscience !

(... )
Seconde hypothèses: la conscience n'intervient pas, les deux états A et B se séparent bien lors de la mesure mais rien ne vient trancher entre eux. Résultat: ils survivent dans deux univers parallèles ! Le chat est mort dans un univers et vivant dans l'autre! Notre conscience existe dans l'état A dans le premier univers et dans l'état B dans le second. Comme nous réalisons sans cesse des actes d'observation, cela voudrait dire qu'à chaque fois, nous nous dupliquons. Il y aurait ainsi une infinité d'univers parallèles, sans possibilité de communication entre eux, où nous existerions dans une multitude d'états différents!

Science et Vie Junior n°34

chat

10 juin 2011

Poussières d'étoiles

Il y a de minuscules météorites dans vos cheveux
Les micrométéorites sont de minuscules particules venues de l'espace et qui ne sont visibles qu'au microscope. Elles tom­bent constamment à la surface de la Terre. Chaque fois que vous sortez, certaines vous tombent dessus. Mais sans les équipements de laboratoire et les techniques d'analyses les plus avancées, elles sont impossibles a détecter. Elles se per­dent dans la grande masse des pollens, des poussières de toutes sortes, et probablement aussi (je suis désolé de le dire) des pellicules qui se trouvent au-dessus de votre tête.

Stephen Maran et Pascal Bordé, "L'astronomie pour les nuls" 2e édition

8 juin 2011

L'Univers invisible

5 juin 2011

Il était une fois le cosmos

3 juin 2011

La matière et la vie

Nous classons le cristal parmi les objets inanimés. Pourtant, les phénomènes qui se déroulent en son sein résultent du jeu des mêmes lois naturelles que ceux qui se produisent au coeur d'une bactérie, d'une plante ou d'un animal, classés parmi les êtres vivants. La différence fondamentale entre ses deux catégories ne tient pas dans le fait que les seconds possèdent une caractéristique spécifique que l'on dénommerait "vie". Elle réside dans leur hypercomplexité. Et cette hypercomplexité leur apporte, tout naturellement, des pouvoirs inédits. Ce cheminement, du simple initial au complexe actuel s'est opéré sans rupture. Des seuils ont successivement été dépassés, mais sans rompre une continuité qui permet de voir dans les êtres d'aujourd'hui, si fabuleux soient-ils, l'aboutissement d'un processus commencé aussitôt après le Big Bang.

Albert Jacquard "La matière et la vie"

2 juin 2011

Dieu et la science

Devant moi, sur le rebord de la fenêtre, il y a un papillon, posé près d'un petit caillou. L'un d'eux est vivant, l'autre ne l'est pas, mais quelle est au juste la différence entre les deux? Si nous nous plaçons au niveau nucléaire, c'est à dire à l'échelle des particules élémentaires, cailloux et papillon sont rigoureusement identiques. Un palier au dessus, au niveau atomique. quelques différences se manifestent, mais elles ne concernent que la nature des atomes et restent donc faibles.
Franchissons encore un stade. Nous voici au royaume des molécules. Cette fois les différences sont beaucoup plus importantes et concernent les écarts de matière entre le monde minéral et le monde organique. Mais le saut décisif est franchi au niveau des macromolécules. A ce stade, le papillon semble infiniment plus structuré, plus ordonné que le caillou.
Ce petit exemple nous a permis de saisir la seule différence de fond entre l'inerte et le vivant: l'un est tout simplement plus riche en informations que l'autre.


J. Guitton, I. et G. Bogdanoff "Dieu et la science"

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