26/10/2012

8 -1) Notre existence a t-elle un sens? 8 partie 1) le murmure du big bang...La deuxième fissure dans les théories classiques

 

Notre existence a t-elle un sens? 8 partie 1) le murmure du big bang...La deuxième fissure dans les théories classiques 

Entendez-vous le murmure du big bang le soir au fond des radiotélescopes?

 

wikipedia.org -radiotélescope

 

 

 

Cette série d'articles dans la catégorie "notre existence a t-elle un sens"? est  l'expression de  ce que j'ai écrit dans la présentation de mon blog: "Les merveilles de la nature me fascinent. Mes réflexions: le sens de l'Univers et de l'existence. En moi, il y a deux mondes: le monde extérieur du "faire"et le monde de l'intérieur, non conscient, mais tout autant réel. Ma devise: l'essentiel, c'est l'amour, amour du sacré. Mes modèlesJésus (l'amour),Pythagore (la mathématique), Einstein (la physique)".

Je voudrais faire partager la lecture du livre de Jean Staunenotre existence a-t-elle en sens,  avec mes réflexions et les liens qu'elle m'a permis découvrir à travers internet. Ma quête est de retrouver (avec Jean Staune), le réanchantement du monde au cours des articles.


Mes articles déjà parus dans cette rubrique:

Notre existence a-telle un sens? 1) à propos de la préface du livre par Trinh Xuan Thuan

Notre existence a-t-elle un sens? 2) Le désenchantement du monde (et de l'homme!)

Notre existence a-t-elle un sens? 3) Comment ébaucher un "traité de la condition humaine"?

Notre existence a-t-elle un sens? 4) vers de nouvelles lumières.

Notre existence a-t-elle un sens? 5) première partie: Au-delà de cette limite, notre vision du monde n'est plus valable (naissance de la mécanique quantique).

Notre existence a-t-elle un sens? 5) deuxième partie : Au-delà de cette limite, notre vision du monde n'est plus valable (la non-localité).

Notre existence a-t-elle un sens? 6) première partie) Vers un réalisme non physique...

Notre existence a t-elle un sens? 6 deuxième partie) Vers un réalisme non physique...

Notre existence a t-elle un sens? 7 partie 1) vous qui entrez ici perdez toute espérance ...

Notre existence a t-elle un sens? 7 partie 2) vous qui entrez ici perdez toute espérance...

Je consulte souvent aussi: astrosurf.com -UNE INTRODUCTION A LA PHILOSOPHIE DES SCIENCES

 

Exergue: "au commencement était le verbe,et le verbe était auprès de Dieu,et le verbe était Dieu [...]. En lui était la vie et la vie était la lumière des hommes;et la lumière brille dan les ténèbres et les ténèbres ne l'ont pas arrêtée"           Prologue de l'évangile de Saint Jean

aprocure.com -Evangile selon saint Jean texte intégral commenté et illustré

 

 

 

1) La deuxième fissure.

 


 

 

 

 

 

 

La relativité restreinte 1/3

 

 

La relativité restreinte 2/3

 

 

La relativité restreinte 3/3

 

 

 
 
 
 

Pour avancer dans la connaissance du sens de l'Univers et de l'existence, nous avons jusqu'à maintenant voyagé dans l'infiniment petit et ses mystères. Nous allons maintenant nous envoler à partir de... l'origine vers l'infiniment grand. Mais auparavant, un petit rappel: mon article 5-1) au-delà de cette limite, notre vision du monde n'est plus valable ----> Dans la connaissance de l'infiniment petit, dans le cadre conceptuel auquel a abouti l'évolution des connaissances Jusqu'aux années 1900, le déroulement de la science était plutôt serein au point qu'en 1900Lord Kelvin annonçait que la fin de la physique était proche: "Rien de nouveau ne sera désormais découvert en physique. Les seuls progrès consisteront en des mesures de plus en plus précises." Pourtant, il était préoccupé par deux petits "nuages sombres", deux problèmes encore inexpliqués: l'expérience de Michelson et Morley et celle du rayonnement du corps noir. Or ces deux petits nuages vont créer une fissure qui deviendront deux tornades qui balayeront les conceptions de la physique de Newton: la relativité et la physique quantique.

Dans les articles précédents, nous avons examiné la fissure qui a suivi le premier nuage (le rayonnement du corps noir), celle qui a donné naissance à la physique quantique. L'autre fissure va, elle aussi, avoir des conséquences qui vont transformer le faille en gouffre, ce qui va achever de jeter à bas la belle muraille que formait la science classique. Il s'agit de l'expérience faite par Albert Michelson en 1881 puis refaite de façon plus précise par Edward Morley en 1887.

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semsci.u-strasbg.fr expérience morley-michelson

Il faut dire que les conceptions de Newton avaient remporté des succès ininterrompus durant près de deux siècles. Elles avaient été érigées en principes absolus et admises d'autant plus facilement qu'elles correspondaient au sens commun (à l'exception de la gravitation, force invisible qui exerce une attraction instantanée). Cette force mystérieuse avait perturbé les contemporains de Newton, mais il était postulé qu'elle était transmise par un "éther" qui avait permis de faire accepter ce concept. Les mouvements des corps se déroulaient dans l'espace, qui servait de référentiel absolu. Un observateur (dans le vide stellaire) y est un observateur "absolu" s'il est à l'arrêt, il peut connaître la "vraie" vitesse de tous les mouvements. De même le temps est "absolu". Quelle que soit notre position et notre vitesse, un évènement aura le même durée. Mais pour les corps en mouvement, celui-ci est relatif. Si je suis dans un train, la vitesse (apparente pour moi), des voitures qui roulent dans le même sens que le train est très inférieure à celles qui roulent en sens opposé  (formule de composition des vitesses). Ainsi, la Terre tourne autour du soleil et il devrait être possible de mettre en évidence cette rotation par des mesures. Albert Michelson eut l'idée de mesurer la vitesse de la lumière dans deux directions orthogonales, exactement comme le ferait un observateur qui mesurerait depuis le train la vitesse des voitures qui roulent parallèlement au train, et celle qui s'en éloignent sur une route orientée perpendiculairement à le voie. Mais, contrairement à ce qu'on observe dans la vie courante où les vitesses s'ajoutent vectoriellement, toutes les mesures donnaient le même résultat, quelle que fût la direction: vitesse de la lumière +/- vitesse de la Terre = vitesse de la lumière. Ce résultat ne sera compris qu'en juin 1905, lorsqu'un "expert technique de troisième classe" de l'office fédéral des brevets de Berne publiera dans les Annales de la physique un article au titre anodin ("sur l'électrodynamique des corps en mouvement" par Albert Einsteinmais au contenu révolutionnaire". C'était la naissance de la théorie de la relativité restreinte. Einstein y affirmait les deux principes suivants: 

     -"Toutes les lois de la physique traitent les différents mouvements de la même façon. C'est le "principe de relativité". Le temps, l'espace, le mouvement sont ainsi relatifs. ils dépendent du référentiel dans lequel se trouve l'observateur."

     -"La vitesse de la lumière (300 000 km/s) est une constante universelle." Cette constance de la vitesse de la lumière explique en premier lieu l'échec de l'expérience de Michelson et Morley et elle permet surtout de comprendre que l'espace et le temps "conspirent" pour que cette vitesse soit toujours la même.

Et cela implique 

     -qu'il n'y a pas d'espace absolu: on ne peut mesurer le mouvement d'un corps par rapport à un espace absolu, il n'y a donc pas d'.éther, tout mouvement est relatif.

     -Qu'il n'y a pas de temps absolu: le temps s'écoule différemment pour des observateurs qui ne voyagent pas à la même vitesse.


liens: techno-science.net -Principe de relativité

hal.archives-ouvertes.fr -Einstein et la pensée de Newton MICHEL PATY

halshs.archives-ouvertes.fr -D'Alembert, la science newtonienne et l'héritage cartésien par Michel PATY

wikipedia.org -Mécanique newtonienne

s2.e-monsite.com -MÉCANIQUE NEWTONIENNE

emm.univ-lille1.fr -Cours de Mécanique céleste classique Luc Duriez

soaziglebihan.org -l'espace absolu de newton 

ac-nancy-metz.fr -le mouvement relatif et le mouvement absolu (Pierre duhem)

astrosurf.com -L'EXPÉRIENCE DE MICHELSON ET MORLEY AVEC LA PHYSIQUE CLASSIQUE

wikipedia.org -Relativité restreinte     astronomes.com -La relativité restreinte

phys.ens.fr -cours/notes de cours: la relativité restreinte   sciences.ch -la relativité restreinte (j'aime bien)

spoirier.lautre.net -La relativité restreinte rendue intuitive

charles-michel.marle.pagesperso-orange.fr -La Relativité restreinte expliquée aux enfants (de 7 à 107 ans)

centre-dalembert.u-psud.fr -Les constantes universelles de la physique Gilles Cohen-Tannoudji

wikipedia.org -les autres constantes de la physique

images.math.cnrs.fr -Henri Poincaré, Le mouvement relatif et le mouvement absolu (voir ses livres)

ebooksgratuits.com -Henri Poincaré LA SCIENCE ET L’HYPOTHÈSE

ac-nancy-metz.fr -henri poincaré: la VALEUR DE LA SCIENCE

ac-nancy-metz.fr -henri poincaré: SCIENCE ET METHODE

eveilphilosophie.canalblog.com -Le mystère du temps avec Brian Greene

eveilphilosophie.canalblog.com -quid de l'äme: Aristote définit le temps comme le nombre du mouvement selon l'avant et l'après

www.asmp.fr -Relativité et mesure du temps par Gérard Petit

 

2) Le paradoxe des jumeaux.


 

 

 

 

      2-1) L'histoire du voyageur de Langevin a immortalisé ce paradoxe de la relativité restreinte qui heurte toujours le bons sens. Description et analyse dans techno-science.net:

"Le paradoxe des jumeaux est une expérience de pensée en relativité restreinte imaginée par Paul Langevin en 1911. Langevin n'imagina pas cette expérience pour mettre en défaut la relativité restreinte mais plutôt pour en expliquer certains aspects. Il n'y voyait aucun paradoxe et cette appellation est apocryphe. Cette vision paradoxale n'est apparue que plus tardivement à travers les discussions et interprétations parfois erronées de la relativité restreinte [...] Ce paradoxe a fait couler beaucoup d'encre et reste sans doute un des sujets favoris des amateurs de relativité, bien qu'il ne pose plus aucun problème de contradiction logique, juste un aspect des choses surprenant. On continue cependant, par habitude, à le nommer "paradoxe" encore de nos jours.

     a) Le point de vue de Langevin

Voyons tout d'abord la situation expérimentale qui est envisagée.

Considérons deux frères jumeaux, appelons les Alain et Bernard. Alain reste sur Terre tandis que son frère entame un voyage dans l'espace avec une très grande vitesse, proche de celle de la lumière. Lorsque Bernard revient sur Terre, Alain est maintenant un homme âgé alors que Bernard est resté jeune[...] la dilatation du temps était mentionnée par la relativité restreinte depuis déjà 1905. Bernard se déplaçant à grande vitesse, Alain constate que l'horloge de Bernard fonctionne plus lentement que la sienne et donc Bernard vieillit moins vite.

Langevin, dans son article, parle de l'évolution des concepts de l'espace et du temps en physique et présente les principaux aspects de la relativité restreinte. Il présente en particulier la dilatation du temps. Celle-ci s'applique de manière réciproque à deux observateurs en mouvement relatif uniforme (vitesse relative constante). Toutefois ce raisonnement peut aussi s'appliquer si un des observateurs est accéléré. Pendant un intervalle de temps infinitésimal, la vitesse peut être considérée comme constante et la dilatation du temps peut être utilisée. À l'aide de ce raisonnement il montre que le temps propre est toujours plus court pour un objet accéléré que pour un objet inertiel. Langevin utilise l'expérience avec les jumeaux pour illustrer ce phénomène. Un des jumeaux étant accéléré, son temps propre sera plus court que celui de son frère resté sur Terre. L'analyse de Langevin peut laisser croire que l'absence de vieillissement est due à l'accélération proprement dite. Mais ce n'est pas le cas. Il raisonne, pour appliquer la dilatation du temps, sur des intervalles infinitésimaux et l'accélération est seulement responsable de la trajectoire "fermée" du jumeau voyageur, lui permettant de revenir auprès de son frère. L'accélération est donc seulement une cause de dissymétrie. Elle implique que les deux jumeaux sont dans une situation différente. Langevin explique la différence entre le mouvement uniforme, qui est relatif, et le mouvement accéléré, qui a un caractère absolu comme le montre l'existence d'effets physiques (par exemple, les charges électriques accélérées émettent un rayonnement électromagnétique). [...]

     b) Le "paradoxe moderne" [...] La relativité restreinte affirme qu'il n'y a pas de repère absolu. Deux repères en mouvement relatif à vitesse constante sont totalement équivalents. Qu'est-ce qui nous autorise à affirmer que c'est Bernard qui s'éloigne d'Alain et pas l'inverse?[...] Du point de vue de Bernard, la situation est différente. C'est Alain qui se déplace à grande vitesse et qui parcourt un long chemin avant de le retrouver. La dilatation du temps est parfaitement réciproque en relativité restreinte. Ainsi Bernard doit lui aussi constater que l'horloge d'Alain fonctionne plus lentement. Et lors de leurs retrouvailles, c'est donc, de son point de vue, Alain qui devrait être resté jeune. Pourtant, une fois qu'ils sont à nouveau ensemble ils doivent être d'accord dans la comparaison de leur âge. La comparaison de deux horloges situées au même point est même une des clefs de la synchronisation en relativité restreinte. Ce n'est que lorsque deux évènements se produisent au même point et au même moment qu'on peut être certain sans équivoque de leur simultanéité. Or Alain ne peut être à la fois plus jeune et plus vieux que Bernard.

Nous avons là un paradoxe. Lorsque Einstein a posé le principe de relativité, il a eu une des intuitions certainement parmi les plus remarquables de la physique moderne. Et la symétrie invoquée ci-dessus en est une des conséquences. Aurait-il commis une erreur ?[...] Le point de vue de Langevin que nous avons évoqué plus haut apporte déjà des éléments de réponse. Mais il reste que l'on a du mal à voir comment une accélération se produisant pendant un temps aussi bref pourrait avoir une telle influence[...] d'où vient ce caractère absolu des accélérations ? Einstein évoque cette question dans son article de 1918 où il admet que la relativité restreinte évite ce problème en postulant sans autre explication l'existence de ces repères inertiels. Il pensait que seule la relativité générale apportait une réponse satisfaisante au paradoxe; puis a abandonné cette idée.

Il n'est nullement besoin de faire intervenir la relativité générale pour résoudre le paradoxe de Langevin[...]. 

     c) Contexte Le paradoxe utilise la dilatation du temps prévue par la relativité restreinte pour un système en mouvement. Celle-ci s'est toujours vérifiée expérimentalement :

*De nos jours, les particules instables se désintègrent plus lentement du point de vue de l'observateur lorsqu'elles se meuvent à grande vitesse par rapport à celui-ci, notamment dans les accélérateurs de particules. 
*Cet effet est également observé pour les muons atmosphériques produits par la collision des rayons cosmiques (particules très énergétiques émises en particulier par le soleil) et les molécules de l'atmosphère. Ces muons, animés de grandes vitesses, atteignent le sol où ils sont observés et ce malgré leur courte durée de vie, la dilatation du temps leur donnant le temps nécessaire pour atteindre les détecteurs. 
*Un autre cas observé de dilatation temporelle est le décalage entre horloges atomiques au sol et en vol ; mais il se complique dans ce dernier cas de considérations gravitationnelles, et nous sortons alors du cadre de la relativité restreinte. Il est remarquable que l'expérience réelle des horloges atomiques embarquées en avion (ou en train, ou en voiture...) ou qui restent fixées au sol est une version réalisable, et souvent réalisée de l'expérience des jumeaux [...] 
*Signalons également que l'on observe aussi cette dilatation du temps sur la durée des courbes de luminosités des supernovae lointaines. Cette dilatation du temps correspondant à la vitesse de récession également observée grâce à l'effet Doppler.

     d) Résolution Il existe plusieurs manières d'expliquer le paradoxe des jumeaux. Ces explications ne sont pas toujours mutuellement exclusives et ne correspondent pas nécessairement à différentes théories. Ce sont simplement des manières différentes d'expliquer le même phénomène et elles apportent plusieurs éclairages sur divers aspects important de la relativité restreinte. Pour bien appréhender ce qui se passe, il est donc utile de voir le problème sous différentes facettes. Et en tout premier lieu de voir ce qui est erroné dans le raisonnement ci-dessus entraînant le paradoxe.

-Dilatation du temps et erreur de raisonnement. [...] la dilatation du temps ou les transformations de Lorentz (dont la dilatation du temps est une conséquence) sont établies en supposant que la vitesse relative des repères est uniforme. C'est-à-dire constante en grandeur et en direction ou encore en l'absence d'accélération relative. Or dans la situation concernée, Bernard est amené à un moment ou un autre à faire demi-tour. Lors de ce demi-tour il doit subir une accélération[...]. La relativité restreinte est construite sur le principe de relativité restreint qui affirme l'équivalence de tous les repères inertiels (ou galiléens). Deux repères inertiels ne différant que par leur vitesse relative uniforme (et éventuellement par l'orientation des axes des repères). Alors que le principe de relativité généralisé, l'équivalence de tous les repères, sans exception, y compris accéléré, nécessite de généraliser la relativité et en particulier les transformations de Lorentz ne sont plus, dans ce cas, valables que localement (dans un voisinage d'espace-temps infinitésimal des événements). Notons que cela n'implique pas que la relativité restreinte ne puisse pas être appliquée ici. Il convient juste d'être prudent. La restriction porte sur le mouvement relatif de deux repères. Rien n'interdit d'étudier le mouvement d'un corps accéléré (Bernard) dans un repère inertiel (considéré comme étant celui d'Alain).

On ne peut donc considérer les transformations de Lorentz entre les deux repères d'Alain et Bernard ni considérer la dilatation du temps du point de vue du repère non inertiel de Bernard. Nous avons trouvé l'erreur de raisonnement qui induit le paradoxe.

-La solution en relativité restreinte Pour résoudre le problème, il suffit donc de se placer dans le repère inertiel d'Alain (celui qui est resté sur terre) et d'appliquer ce que l'on sait de la relativité restreinte. On peut par exemple tracer les trajectoires :

 

L'axe vertical représente le temps et l'axe horizontal, spatial, représente la distance parcourue par Bernard dans le repère d'Alain. Pour connaître le temps écoulé pour chacun des protagonistes, c’est-à-dire leur âge, il suffit de considérer leur temps propre.

Pour Alain, c'est très facile car il est immobile dans son repère. Sa trajectoire est donc une droite verticale (en rouge) dans le diagramme et le temps écoulé pour lui est égal à T.

Pour Bernard, qui effectue un voyage lointain, sa trajectoire est une ligne brisée (en bleu). Quel est son temps propre ? Ce n'est évidemment pas T comme pourrait le laisser croire le diagramme. N'oublions pas que l'espace-temps en relativité restreinte n'est pas euclidien (comme la feuille de papier sur laquelle serait tracé ce diagramme) mais de Minkowski. On voit que sa trajectoire est proche de celle des rayons lumineux (en jaune) et l'on sait que sur des trajectoires de type lumière, le temps propre y est nul. Bernard mesure son temps propre avec son horloge embarquée et il doit être calculé en utilisant les relations de la relativité restreinte. Ici c'est simple car sa vitesse est constante (en grandeur) et on peut donc appliquer sans crainte la dilatation du temps dans le repère inertiel d'Alain. Le temps écoulé pour Bernard est donc donné par la relation bien connue : :T'=frac{T}{gamma} où γ est le facteur relativiste dépendant de la vitesse de Bernard. Dans le cas où la trajectoire de Bernard serait quelconque, le calcul se généralise facilement en intégrant le temps propre. T'=int_{0}^{T} sqrt{1-frac{Vleft(tright)^2}{c^2}}dt Où Vleft(tright) est la vitesse de Bernard en fonction du temps. Cette façon de procéder est cohérente avec l'affirmation plus haut que les transformations de Lorentz ne peuvent être considérées comme correctes en présence d'accélérations que pendant une durée infinitésimale et une intégration sur des durées finies est donc inévitable.T'=frac{T}{gamma}  

-Les autre manières de voir le paradoxes sont très techniques et sont explicitées dans l'article cité au début:  techno-science.net (il est question de -L'explication Doppler -

Simultanéité et synchronisation, -Le choix du repère inertiel, -Explication de la relativité générale, -Autres situations -Restriction la plus fréquente du paradoxe).

 

     e) Apport épistémologique: Les contresens eux-mêmes sont instructifs quand on les aborde dans le cadre de l'épistémologie ou des sciences cognitives. Ceux relatifs au paradoxe de Langevin nous apprennent ainsi à éviter plusieurs erreurs :

     -utiliser des résultats théoriques (dilatation du temps, transformations de Lorentz) dans des situations où ils sont invalides (repères accélérés). 
     -attribuer à la relativité de simples effets apparents (comme dans le cas de l'effet Doppler), qui auraient aussi bien lieu en utilisant d'autres signaux comme des signaux sonores, oubliant ainsi le caractère symétrique des effets relativistes. En effet, la synchronisation d'horloges distantes par envoi de signaux sonores ne permet pas, à elle seule, de mimer la symétrie des effets relativistes. Pour que l'analogie formelle onde sonore/onde lumineuse respecte la symétrie des effets relativistes, il faudrait considérer des "objets" formés d'ondes sonores stationnaires subissant la contraction de Lorentz (quand ces ondes sont stationnaires dans un référentiel en mouvement à vitesse constante par rapport au milieu où ces ondes sonores se propagent). 
     -attribuer à la synchronisation relativiste, le caractère de procédure arbitraire pour synchroniser la position initiale des aiguilles d'horloges distantes, alors que ce choix exprime au contraire le caractère objectivement privilégié des systèmes de coordonnées inertiels (les systèmes de coordonnées orthonormés vis à vis de la métrique de Minkowski), seuls systèmes de coordonnées permettant une expression covariante des lois de la physique lors d'un changement de référentiel inertiel (exprimant ainsi naturellement l'invariance des lois de la physique vis à vis des actions du groupe de Poincaré). 
     -croire que la relativité générale est absolument indispensable en présence d'accélérations de particules ponctuelles et en l'absence de gravitation. 
     -attribuer aux accélérations un effet physique direct sur l'écoulement du temps alors qu'elles ne sont responsables que d'une rupture de symétrie, l'effet réel résultant plus de considérations géométriques (la relativité du mouvement contenue dans l'invariance des lois de la physique vis à vis des actions du groupe de Poincaré, se limite aux mouvements de translation à vitesse constante) et du choix du repère inertiel. 
     -qualifier de paradoxal un effet qui n'est que surprenant.


     2-2) Conclusion.

Les conséquences de l'expérience de Michelson et Morley ont ainsi abouti à la théorie de la "relativité restreinte", ainsi appelée car elle n'intègre pas la gravitation. Le "paradoxe des jumeaux" reste un des aspects qui pose moins de problèmes de nos jours, mais qui heurte encore le sens commun. L'article de techno-science.net apporte des éléments de réponse, mais je reste sur ma faim, car je pense qu'on ne sait pas vraiment ce qui se passerait pour deux jumeaux réels qui vivraient cette expérience, la technologie ne le permettant pas encore à cette échelle. On observe des particules vues dans le référentiel d'un laboratoire, mais pas vues d'elles-mêmes, dans leur temps propre. Jean Charon, dans "l'esprit et la relativité complexe", affirme que les deux jumeaux auraient exactement le même âge... Alors, je relirai les réponses à l'article, je n'en n'ai pas encore vraiment intégré le substance!

On ne parle plus maintenant que "d'espace-temps" à la suite d'Herman Minkowski, qui fut avec Einstein et Poincaré un des pionniers dans ce domaine: "désormais, l'espace en tant que tel et le temps en tant que tel sont voués à disparaître comme des ombres, et seule une certaine union des deux conservera une certaine réalité". Après avoir énoncé les bases de cette théorie en 1905, Einstein consacra les dix années suivantes à cette intégration, parvenant à élaborer la théorie de la "relativité générale", certainement le sommet de son oeuvre. 

 

liens: techno-science.net -le paradoxe des jumeaux de langevin
hachel.chez-alice.fr -Le voyageur de Langevin        wikipedia.org -Paradoxe des jumeaux
astrosurf.com -Le rayonnement synchrotron           cosmosaf.iap.fr -Paradoxe de Langevin

eveilphilosophie.canalblog.com -Le mystère du temps

wikipedia.org -Temps proprereaderv4.numilog.com -l'esprit et la relativité complexe numérisé

numilog.com -L'esprit et la relativité complexe 

 

3) Un monde dans lequel les masses ont la propriété de déformer le vide.

 

membres.multimania.fr -courbure de l'espace-temps

a) La relativité générale est encore bien plus étrange: elle postule que les masses déforment l'espace et le temps. l'image qui est souvent prise est celle d'un drap que deux personnes tiennent de façon qu'il soit tendu. Si on pose dessus une boule de billard, elle va s'enfoncer dans le drap. L'espace à deux dimensions qu'est le drap va se "courber". Si on jette ensuite une bille sur le drap, elle va tomber dans l'entonnoir creusé par la boule de billard et tourner autour d'elle, en s'enfonçant aussi,  mais beaucoup moins car elle est plus légère. 

Pour les corps célestes, c'est la même chose. Pour Newton, la lune tourne autour de la Terre parce que la Terre l'attire grâce une mystérieuse force gravitationnelle, ce qui avait beaucoup perturbé les contemporains de Newton car elle s'exerçait de manière instantanée à distance, ce qui paraissait irrationnel. Mais les sceptiques s'étaient inclinés devant les remarquables prévisions permises par la théorie. 

PouEinstein La Lune tourne autour de la Terre car elle est en quelque sorte "piégée par le trou que la Terre a creusé dans l'espace-temps. Elle avance en ligne droite mais comme l'espace autour d'elle est courbé par la présence de la Terre, elle ne peut que tourner autour de cette dernière le long dune ellipse sur les parois du puits (En termes plus scientifiques, La relativité générale est fondée sur des concepts radicalement différents de ceux de la gravitation newtonienne. Elle énonce notamment que la gravitation n'est pas une force, mais la manifestation de la courbure de l'espace (en fait de l'espace-temps), courbure elle-même produite par la distribution de l'énergie, sous forme de masse ou d'énergie cinétique, qui diffère suivant le référentiel de l'observateurnote 1.)  

Dans l'image que nous avons prise, il est facile d'imaginer un drap courbé par la poids des objets dans un espace à deux dimensions, mais il nous est presque impossible d'imaginer un espace courbe à trois dimensions. C'est un peu de la même façon que, si nous étions des êtres à deux dimensions vivant à l'intérieur d'un drap, nous ne pouvions imaginer qu'il soit courbé, ni le sentir quand ça se produirait.

 

astrosurf.com -Théorie de la relativité

b) Les preuves de la  relativité généraleComment prétendre que les masses courbent l'espace? Pour cela il faut faire une prédiction différente de celle de la théorie de Newton. L'occasion en fut donnée lors de l'éclipse de soleil de 1919. On sait que dans un espace plat (euclidien),la lumière utilise toujours le chemin le plus court pour aller d'un point à un autre. Mais dans un espace courbé, c'est une ligne courbée qu'on appelle géodésique. Lors de l'éclipse, on compara la photo d'une partie du ciel au moment où l'éclipse se produisait, avec une photo de la même partie du ciel prise la nuit. Grâce à l'éclipse, on a pu voir des étoiles situées "derrière" le soleil, c'est à dire dont les rayons lumineux doivent, pour nous parvenir, passer à proximité du soleil. On constata alors que la position de ces étoiles par rapport aux autres étoiles avait varié, comparativement à la position qu'elles occupaient toutes les nuits avant l'éclipse. Il fallut se rendre à l'évidence, le soleil avait bel et bien déformé l'espace autour de lui, permettant ce saut de la position apparente de l'étoile lors de son passage à proximité du soleil. Einstein avait prédit la courbure de l'espace, ce qui, connaissant la masse du soleil déterminait le déplacement de l'image des étoiles, qui correspond à ce qui a été observé lors de l'éclipse. 
Un autre victoire de la relativité concerne l'explication d'un des rares phénomènes que n'expliquait pas la théorie de Newton: l'avance du périhélie de MercureLe périhélie est le point de l'orbite d'un corps céleste (planètecomète, etc.) qui est le plus rapproché du Soleil (grec : helios) autour duquel il tourne. Ce point se décale sur l'orbite de Mercure d'une façon que, contrairement aux autres planètes, les lois de Newton ne permettent pas d'expliquer.  Rappelons-nous la façon dont fut découverte Neptune : Dans les années 1820 on se rend compte que l'orbite d'Uranus présente des anomalies. Celles ci restent inexpliquées, même en prenant en compte les perturbation exercées par les autres planètes connues à l'époque, sur Uranus. Pour expliquer ces anomalies ,en 1845 et 1846 un anglais et le français Le Verrier, postulent l'existence d'une autre planète: le 23/05/1846 on découvre bel et bien cette nouvelle planète qui est baptisée Neptune. La même méthode, utilisée pour expliquer les anomalies de mercure, est restée vaine. La bonne explication est donnée par la relativité générale, dont c'est  ainsi une deuxième victoire: cette anomalie est due à la proximité du soleil, Mercure se trouvant très près du fond du puits creusé par le Soleil dans l'espace-temps. 

Depuis lors; les succès ont été en s'accélérant, le GPS étant une des réalisations rendues possibles par la relativité générale. Mais n'anticipons pas! nous allons assister dans le prochain article à une des conséquences qu'a engendrées la théorie d'Einstein: La genèse du big bang.


l
iens: wikipedia.org -Gravitation          wikipedia.org -Relativivité générale

cosmosaf.iap.fr -Présentation de la théorie de la Relativité Générale

hal.archives-ouvertes.fr -RELATIVITE GENERALE POUR DEBUTANTS Michel Le Bellac

canal-u.tv/video -la relativité générale
dimensions-math.org -vidéo étonnante sur les dimensions   sesamath.net/blog -vidéo sur les dimensions
dimensions-math.org -quatrième dimension
ac-nancy-metz.fr -l'espace et la géométrie par henri poincaré
futura-sciences.com/fr -Énergie noire et dimensions supplémentaires
mayiloubrialy.over-blog.com -comment se représenter la 4è dimension dans l'espace géométrique?

halshs.archives-ouvertes.fr -Les trois dimensions de l'espace et les quatre dimensions de l'espace-temps

wikipedia.org -espace: une variété est un espace topologique abstrait

math.jussieu.fr -Géométrie affine et euclidienne

gravityquantum.com -Géométrie Quantique de l'espace-temps (Modèle de Rel. Gén. Quantique)

cddp95.ac-versailles.fr -Espace et Géométrie    astrosurf.com -la géométrie de l'espace-temps

astrosurf.com -la courbure et le tenseur de Riemann-Christoffel

lacosmo.com -Précession de l'orbite de Mercure en relativité générale

wikipedia.org -Avance du périhélie de Mercure    poisson.ens.fr -Pr´ecession du p´erih´elie de Mercure

cosmosaf.iap.fr -géométrie du big bang

wikipedia.org -neptune

 

19:45 Écrit par pascal dans notre existence a t elle un sens | Lien permanent | Commentaires (0) | |  del.icio.us | | Digg! Digg |  Facebook

19/10/2012

7-2) Notre existence a t-elle un sens? 7-partie 2) vous qui entrez ici perdez toute espérance ...

 

 

Notre existence a t-elle un sens? 7-2) vous qui entrez ici perdez toute espérance...de revenir au monde classique partie 2


Cette série d'articles dans la catégorie "notre existence a t-elle un sens"? est  l'expression de  ce que j'ai écrit dans la présentation de mon blog: "Les merveilles de la nature me fascinent. Mes réflexions: le sens de l'Univers et de l'existence. En moi, il y a deux mondes: le monde extérieur du "faire"et le monde de l'intérieur, non conscient, mais tout autant réel. Ma devise: l'essentiel, c'est l'amour, amour du sacré. Mes modèlesJésus (l'amour),Pythagore (la mathématique), Einstein (la physique)".

Je voudrais faire partager la lecture du livre de Jean Staunenotre existence a-t-elle en sens,  avec mes réflexions et les liens qu'elle m'a permis découvrir à travers internet.

Ma quête est de retrouver (avec Jean Staune), le réanchantement du monde au cours des articles.


Mes articles déjà parus dans cette rubrique:

Notre existence a-telle un sens? 1) à propos de la préface du livre par Trinh Xuan Thuan

Notre existence a-t-elle un sens? 2) Le désenchantement du monde (et de l'homme!)

Notre existence a-t-elle un sens? 3) Comment ébaucher un "traité de la condition humaine"?

Notre existence a-t-elle un sens? 4) vers de nouvelles lumières.

Notre existence a-t-elle un sens? 5) première partie: Au-delà de cette limite, notre vision du monde n'est plus valable (naissance de la mécanique quantique).

Notre existence a-t-elle un sens? 5) deuxième partie : Au-delà de cette limite, notre vision du monde n'est plus valable (la non-localité).

Notre existence a-t-elle un sens? 6) première partie) Vers un réalisme non physique...

Notre existence a -t-elle un sens? -6) Vers un réalisme non physique...deuxième partie

Notre existence a t-elle une sens? 7-1) vous qui entrez ici perdez toute espérance ...(partie 1)

Je consulte souvent aussi: astrosurf.com -UNE INTRODUCTION A LA PHILOSOPHIE DES SCIENCES




1) Résumé de la première partie.
Après avoir évoqué le désenchantement du monde, nous sommes partis du cadre conceptuel auquel a abouti l'évolution des connaissances Jusqu'aux années 1900, puis de la naissance de la physique quantique et de son interprétation orthodoxe. Nous avons été amenés à nous poser la question: et... si la science n'avait rien à dire sur la réalité? Nous avons alors examiné diverses interprétations et théories qui veulent aller plus loin que l'interprétation orthodoxe pour expliquer l'apparence de notre monde et donner une chance de survie au réalisme classique, depuis Le réalisme non physique jusqu'à la théorie des mondes parallèles. 
Pascual Jordan écrit: "La situation née des paradoxes de la physique quantique peut être considérée comme la fin des espérances nourries par les générations passées de physiciens: on peut dire qu'une renonciation à la représentation classique de la réalité a été introduite." Plus de 70 ans après ces propos, la situation est pire pour les tenants d'une vision classique du monde que ce qu'ils auraient pu imaginer. Des années 1930 aux années 1980, Les progrès ont été réduits dans le domaine fondamental de la physique malgré les extraordinaires progrès techniques. Mais depuis les expériences de non-localité d'Alain Aspect de 1982, les énergies et les imaginations se sont libérées. Des concepts nouveaux ont été développés et toute une série d'expériences dignes de la science-fiction a été réalisée.
Dans l'article 
 7-1) vous qui entrez ici perdez toute espérance ..., nous avons traité les chapitres suivants:
     * La non-localité s'échappe des laboratoires

     * La non-localité dans la panoplie des agents secrets?
     * Le temps n'existe pas.
     * La téléportation... ça marche! canal-u.tv/video -LA PHYSIQUE QUANTIQUE et la boite à photons (SERGE HAROCHE) prix nobel de physique 2012.

     * Un virus peut-il être quantique?


Et maintenant...

2) Quand la lumière va plus vite que la lumière.

 

 

 

 

 

culture-sens.fr -La Persistance de la Mémoire

Cette formule aurait sans doute plu à Dali et lui aurait peut-être une oeuvre à mettre à ôté de ses "montres molles" qui s'écoulent avec le temps. On sait depuis Einstein que rien ne va plus vite que la lumière. (si on excepte le cas douteux de ces neutrinos). Raymond Chiao, professeur dans la prestigieuse université de Berkeley, a réussi cet exploit, démonstration de l'étrangeté radicale de du monde quantique. 


Mais avant cette expérience de Chiao, il faut évoquer l'effet tunnelDans le monde classique, si on lâche (sans impulsion) une bille dans un bol, son élan lui permettra de remonter à la même hauteur le long de l'autre paroi, mais jamais elle ne passera par dessus bord. Puis, elle s'immobilisera au fond du bol au bout de quelques allers et retours. Mais, dans la monde quantique, pour une particule qui n'est pas mesurée, il existe une incertitude permanente sur la position. La plupart des particules qui arrivent au sommet de l'autre côté de la paroi se comportent comme dans la cas classique et retombent au fond. Mais, à cause de l'incertitude, une fluctuation sur la position de la particule quand elle arrive au sommet, un pourcentage de particules (fonction des conditions expérimentales), montera plus haut que le sommet de la paroi, basculera de l'autre côté, et donc sortira du bol. En langage plus scientifique: L'effet tunnel désigne la propriété que possède un objet quantique de franchir une barrière de potentiel même si son énergie est inférieure à l'énergie minimale requise pour franchir cette barrière. C'est un effet purement quantique, qui ne peut pas s'expliquer par la mécanique classique. Pour une telle particule, la fonction d'onde, dont le carré du module représente la densité de probabilité de présence, ne s'annule pas au niveau de la barrière, mais s'atténue à l'intérieur de la barrière, pratiquement exponentiellement pour une barrière assez large. Si, à la sortie de la barrière de potentiel, la particule possède une probabilité de présence non nulle, elle peut traverser cette barrière. Cette probabilité dépend des états accessibles de part et d'autre de la barrière ainsi que de son extension spatiale.

Dans l'expérience montée par Raymond Chiao, des électrons ou des photons sont lancés contre un mur (miroir constitué de silice et de titane). La grande majorité rebondit sur le mur et repart en arrière. Mais comme il y a une incertitude sur la position de la particule quand elle aborde le mur, il est possible qu'elle soit en fait située de l'autre côté du mur. C'est comme si un tunnel s'était ouvert devant elle à travers le mur. En pratique c'est bien ce qui se passe puisque l'on récupère quelques particules dur l'écran de l'autre côté du mur! 

Description de l'expérience: Une paire de photons quitte en même temps une source de photons. "Le premier photon P1 parcourt un chemin "A" de l'émetteur au détecteur, et le deuxième photon P2 parcourt un chemin "B" qui va également de l'émetteur au récepteur. Le dispositif est calibré pour que la longueur des deux chemins soit égale. Le détecteur enregistre alors que les deux photons ont interféré ensemble, ce qui est la preuve de l'égalité des deux chemins. Ajoutons maintenant un mur d'épaisseur L en travers du chemin "B". On ne s'intéresse qu'aux couples (P1,P2) dans lesquels P2 a réussi la traversée du mur. Il est alors constaté que les deux photons n'interfèrent plus et que le photon P2 arrive avant le photon P1. Or P1 va à la vitesse de la lumière. Mais comment P2 peut-il aller plus vite que P1 alors qu'il a le handicap de traverser le mur? L'interprétation du phénomène est que le photon P2 n'a pas traversé le mur, mais qu'il l'a "effacé". En effet, si on augmente L, l'avance de P2 sur P1 augmente dans les mêmes proportions. 

Ce phénomène échappe complètement au sens commun et à la façon dont nous pouvons le représenter. Si on veut en donner une image, on pourrait dire que le photon disparaît quand il touche le mur et réapparaît immédiatement de l'autre côté. On peut ainsi parler des "propriétés magiques" de la mécanique quantique, même si les physiciens disent que cela est très rationnel puisqu'on peut parfaitement  décrire le phénomène avec les équations du formalisme quantique. Mais peut-on dire que le photon va plus vite que la lumière (comme dans le cas de la téléportation ou des expériences EPR)? Dans tous ces cas, on ne peut pas s'en servir pour transporter de l'énergie, donc la relativité d'Einstein n'est pas violée. 
liens: futura-sciences.com/fr -effet tunnel
larecherche.fr -Dépasser la vitesse de la lumière (vitesses de phase et de groupe)
fontaine-jouvence.over-blog.com -l'univers est un-tout
gate.free.fr -Photons indiscernables : qui se ressemble s’assemble

admiroutes.asso.fr -Expériences EPR, interaction d'échange et non localité


3) La métamorphose de l'électron: l'expérience du choix retardé.


2007/03/20/frhttp://strangepaths.com -gomme quantique


wikipedia.org -fentes de young, choix retardé

Dans un variante de L'expérience des fentes de Young, plutôt que de passer par les deux fentes, les électrons peuvent suivre deux chemins, allant d'une même source à un point de croisement, sauf que cette fois-ci, il n'y a qu'un électron dans le dispositif et non deux. Sur l'un des deux chemins, on place, non pas un mur, mais un détecteur capable d'enregistrer le passage de l'électron. Si on active le détecteur, on trouvera toujours l'électron l'électron sous sa forme corpusculaire (dans le détecteur). Mais s'il n'est pas activé, l'électron arrive sur l'écran et on peut observer une figure d'interférence (pour l'ensemble des électrons). C'est une preuve que chaque électron a voyagé par les deux chemins à la fois  en étant dans une forme de superposition quantique: "électron passant par le chemin A + électron passant par le chemin B).

Mais, il est possible d'activer ou de ne pas activer le détecteur alors que l'électron a déjà quitté la source et franchi le séparateur (il est alors à l'intérieur du dispositif). Comme on peut montrer que lorsque le détecteur n'est pas activé, l'électron (unique), emprunte les deux chemins à la fois, cela signifie que lorsqu'on active le détecteur sur le chemin B et que l'électron s'y matérialise, "quelque chose" était sur le chemin A et en a disparu instantanément lors de la détection (réduction du paquet d'ondes). Cela confirme bien le fait que l'électron est indivisible  (il  est "partout" lorsqu'il n'est pas observé). On assiste donc ici aux "métamorphoses de l'électron"!

C'est sur ce choix retardé qu'est basé la principe de la gomme quantique décrit dans la figure de ce chapitre 3: wikipedia.org -fentes de young, choix retardé

 
liens: wikipedia.org -Expérience de la gomme quantique à choix retardé

conspirovniscience.com -superposition quantique
strangepaths.com -l'expérience de la gomme quantique


4) Requiem pour la chat de Schrödinger.

 

 

 

 

Le chat est mort! Une équipe de l'Ecole normale supérieure, dirigée par Serge Haroche (le prix Nobel de physique 2012), a observé en direct la mort du chat. Le chat est ici un groupe de photons introduit dans une cavité qui réduisent au maximum l'interaction des particules avec leur environnement. Faisons passer dans ce "champ" de photons un atome en état double (comme l'électron de l'expérience précédente). Le champ de photons se met alors dans un état double, comme le "chat mort et vivant". Ici il s'agit de deux phases 1 et 2 du champ. Mais comment tester l'état d'un chat (ou du champ)? Réponse: en lui envoyant une souris pour voir comment il réagit. La "souris" qui va traverser le champ est ici un un second atome envoyé alors que le premier est déjà sorti du champ. On fait des mesures sur cet atome lorsqu'il sort de la cavité pour savoir si le champ est retourné à un état normal (phase 1 ou phase 2), ou s'il est dans un état superposé (s'il est à la fois en phase 1 et en phase 2). C'est ainsi que Serge Haroche a permis d'observer la décohérence elle-même, le passage du monde quantique au monde classique. La décohérence prend environ 40 microsecondes pour un champ constitué de 3 particules. Comme le dit Serge Haroche, "la décohérence protège farouchement le caractère classique du monde macroscopique." La vitesse de la décohérence augmente avec la taille du système: un chat, qui compte quelques 1027  "décohérence" en 10-23 seconde, ce qui explique pourquoi on n'a jamais vu de chats mort-vivants ! Et pourquoi la décohérence est difficile à observer.

La théorie de le décohérence est donc confirmée, mais cela ne signifie pas un retour à l'objectivité forte du monde macroscopique. Pour la théorie de la relativité, les effets relativistes  ne se manifestent que pour des vitesses proches de celle de la lumière. De la même façon, pour le monde classique dans lequel nous vivons, l'étrangeté des effets quantiques ne se manifestent avec évidence qu'à des échelles qui ne sont pas les nôtres. Le monde classique n'est qu'une approximation de ce qui existe vraiment, ce réel fondamental étant mieux décrit par la physique quantique. Mais cela ne veut pas dire que nous devons considérer notre monde classique comme ayant une réalité intrinsèque, de même que nous ne devons pas considérer que la physique newtonienne décrive correctement notre univers, même si cela paraît être le cas à notre échelle.


cqed.org -temps de décohérence?    utinam.cnrs.fr -Décohérence induite par l’environnement

cqed.org -(Cours 2002-2003) Décohérence et limite classique-quantique

larecherche.fr -Le chat de schrödinger se prête à l'expérience

 

5) Requiem pour les supporters du monde classique.

hwikipedia.org -Théisme -Les 72 noms de Dieu de Kircher


Peut-on être certains qu'on ne restaurera jamais l'objectivité forte et qu'on ne connaîtra jamais la position et le vitesse d'une particule, qu'on ne reviendra pas à des positions classiques grâce auxquelles le sens commun pourrait être à nouveau utilisé pour décrire ce qui existe? On peut affirmer que la science ne reviendra pas à des conceptions selon lesquelles l'Univers aurait été créé par Dieu il y a 6000 ans que la terre serait le centre du monde. De la même manière, toutes les expériences que que la physique quantique vient de nous décrire montrent qu'il est vain d'espérer un retour sous quelque forme que ce soit à un monde classique que le sens commun pourrait décrire si on cherche à comprendre le monde qui nous environne. 

Cela permet de donner une conclusion (provisoire?) à la question "qu'est-ce que le réel"? "Ce n'est nullement de savoir si la matière est dure, molle ou al dente, mais de savoir si elle peut avoir une existence objective (au sens fort), c'est à dire ontologiquement suffisante, avoir des caractéristiques dont l'existence ne dépend de rien d'autre qu'elle même .Que la réponse (a priori définitive...) soit négative et que la réalité échappe en partie à l'espace et au temps, et se situe hors du niveau dans lequel nous évoluons, porte un coup mortel à toute une série de conceptions classiques, parmi lesquelles le matérialisme classique (sauf à imaginer un "matérialisme platonicien" [...]"." Cependant il ne faut pas oublier que:

     -La chute du matérialisme n'entraîne pas celle de l'athéisme (rien dans dans la physique quantique ne soutient une conception déiste ou théiste).     -Si la matière n'a pas d'existence propre, cela n'implique pas que le monde soit une illusion, au contraire. 

     -Le monde n'est pas une création de notre esprit il y a bien une réalité extérieure qui nous résiste, même si elle n'est pas d'ordre physique. C'est ce que montre le fait que tous les physiciens peuvent être d'accord pour affirmer la validité d'une théorie et que celle-ci puisse être réfutée.  

staune.fr/Science-et-foi -Science et foi


6) Conclusion de cet article "qu'est-ce que le réel"?

 



 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

LA VERITABLE NATURE DU REEL. Qu'est-ce que la... par GanymedeTV

 

Je reproduis in extenso le texte de jean staune qui conclue ce chapitre "qu'est-ce que le réel - vous qui entrez ici perdez toute espérance!".


-Le principe d'incertitude de Heisenberg nous enseigne qu'une incertitude fondamentale existe dans l'Univers au niveau des particules élémentaires. Le déterminisme n'est pas universel.

-L'expérience des fentes de Young nous montre que les fondements de la matière ne sont pas des objets matériels. 

-L'existence d'une dimension non locale ou holistique dans l'Univers a été démontrée expérimentalement. Toute future théorie relative à la réalité devra tenir compte du fait que, dans certaines situations, deux particules doivent être considérées comme un unique objet quelle que soit la distance qui les sépare. 

-Nos concepts traditionnels concernant le temps, l'espace, les objets, les trajectoires, la causalité ne s'appliquent plus au niveau microphysique.

- ,Le monde qui nous entoure, celui des phénomènes, ne peut être décrit sans tenir compte de la façon dont nous le mesurons. On dit qu'il a une "objectivité faible".

-La réalité véritable est, par définition à "objectivité forte": elle ne dépend pas de la façon dont nous l'observons. Si une telle réalité existe, elle ne peut être identifiée à la réalité phénoménale, celle où nous vivons. (noumène de Kant, opposé au phénomène?)

-Si l'on veut rester réaliste, il faut donc postuler un "réalisme non physique" dans lequel la réalité véritable ne correspond pas à ce l'on peut voir, mesurer, toucher. Elle est en grande partie voilée.

-A moins d'adopter des modèles cohérents en terme de formalisme mais ayant des conséquences absurdes (univers parallèles...), ou des modèles dont le formalisme pose des problèmes (potentiel quantique), il semble bien que cette réalité indépendante ne puisse être conçue comme immergée dans l'espace-temps. Et qu'il en est de même pour les particules élémentaires qui constituent le fondement de tout ce que nous pouvons observer. 

-Toutes les recherches actuelles semblent montrer que loin de revenir aux conceptions classiques, la physique se dirige vers des visions encore plus éloignées de nos concepts familiers.



nao-org.com -vers un monde holistique

 

staune.fr -A la recherche du réel - Entretien avec Bernard d’Espagnat

sciences-complexite.eu -Qu'est-ce que le réel ? Marc Halévy - Septembre 2007

cafe-philo-des-phares.info -Qu'est-ce que la réalité ? (avec la vidéo d'Edgar Morin)
nao-org.com -vers un monde holistique 

crea.polytechnique.fr -OBJECTIVITÉ FAIBLE ET PHILOSOPHIE TRANSCENDANTALE

 

20:57 Écrit par pascal dans notre existence a t elle un sens | Lien permanent | Commentaires (0) | |  del.icio.us | | Digg! Digg |  Facebook

10/10/2012

7-1) Notre existence a t-elle un sens? 7-1) vous qui entrez ici perdez toute espérance ...

 

Notre existence a t-elle un sens? 7-1) vous qui entrez ici perdez toute espérance

...de revenir au monde classique (partie 1)

 

Cette série d'articles dans la catégorie "notre existence a t-elle un sens"? est  l'expression de  ce que j'ai écrit dans la présentation de mon blog: "Les merveilles de la nature me fascinent. Mes réflexions: le sens de l'Univers et de l'existence. En moi, il y a deux mondes: le monde extérieur du "faire"et le monde de l'intérieur, non conscient, mais tout autant réel. Ma devise: l'essentiel, c'est l'amour, amour du sacré. Mes modèlesJésus (l'amour),Phytagore (la mathématique), Einstein (la physique)".

Je voudrais faire partager la lecture du livre de Jean Staunenotre existence a-t-elle en sens,  avec mes réflexions et les liens qu'elle m'a permis découvrir à travers internet.

Ma quête est de retrouver (avec Jean Staune), le réanchantement du monde au cours des articles.


Mes articles déjà parus dans cette rubrique:

Notre existence a-telle un sens? 1) à propos de la préface du livre par Trinh Xuan Thuan

Notre existence a-t-elle un sens? 2) Le désenchantement du monde (et de l'homme!)

Notre existence a-t-elle un sens? 3) Comment ébaucher un "traité de la condition humaine"?

Notre existence a-t-elle un sens? 4) vers de nouvelles lumières.

Notre existence a-t-elle un sens? 5) première partie: Au-delà de cette limite, notre vision du monde n'est plus valable (naissance de la mécanique quantique).

Notre existence a-t-elle un sens? 5) deuxième partie : Au-delà de cette limite, notre vision du monde n'est plus valable (la non-localité).

Notre existence a-t-elle un sens? 6) première partie) Vers un réalisme non physique...

Notre existence a -t-elle un sens? -6) Vers un réalisme non physique...deuxième partie

Je consulte souvent aussi: astrosurf.com -UNE INTRODUCTION A LA PHILOSOPHIE DES SCIENCES

En exergue: "Théorie sauvage, subversive et dévastatrice, la physique quantique a jeté à bas l'édifice policé échafaudé au cours des siècles par la science traditionnelle. Elle nous fait entrer de plain-pied dans le monde de la science fiction. Les révolutions républicaines, marxistes, islamistes et autres risquent d'apparaître un jour insignifiantes face à la révolution quantique. Notre organisation sociopolitique  et nos modes pensée ont été ou vont être bouleversés, davantage peut-être que par tout autre évènement." Steven Ortoli et Jean-Pierre Pharabod


1) Où en sommes nous? 

Après avoir évoqué le désenchantement du monde, nous sommes partis du cadre conceptuel auquel a abouti l'évolution des connaissances Jusqu'aux années 1900, puis de la naissance de la physique quantique et de son interprétation orthodoxe. Nous avons été amenés à nous poser la question: et... si la science n'avait rien à dire sur la réalité? Nous avons alors examiné diverses interprétations et théories qui veulent aller plus loin que l'interprétation orthodoxe pour expliquer l'apparence de notre monde et donner une chance de survie au réalisme classique, depuis Le réalisme non physique jusqu'à la théorie des mondes parallèles. 

Pascual Jordan écrit: "La situation née des paradoxes de la physique quantique peut être considérée comme la fin des espérances nourries par les générations passées de physiciens: on peut dire qu'une renonciation à la représentation classique de la réalité a été introduite." Plus de 70 ans après ces propos, la situation est pire pour les tenants d'une vision classique du monde que ce qu'ils auraient pu imaginer. Des années 1930 aux années 1980, Les progrès ont été réduits dans le domaine fondamental de la physique malgré les extraordinaires progrès techniques. Mais depuis les expériences de non-localité d'Alain Aspect de 1982, les énergies et les imaginations se sont libérées. Des concepts nouveaux ont été développés et toute une série d'expériences dignes de la science-fiction a été réalisée.

 

2) La non-localité s'échappe des laboratoires.Dans l'expérience initiale de 1982, les deux particules étaient séparées de 12 m lors de mesures qui étaient faites dans un intervalle de un milliardième de seconde. Cela impliquait que la mystérieuse influence aille au moins quarante fois plus vite que la lumière. Mais la mécanique quantique prédit que l'influence est instantanée quelle que soit la distance qui sépare les deux particules. En effet, on peut considérer qu'il s'agit d'un seul et même objet, même si les deux particules se trouvent dans deux galaxies différentes. Mais on ne peut mesurer un temps nul, par contre, rien n'empêche d'éloigner les deux détecteurs. Nicolas Gisin a réussi, en 1998, à l'université de Genève, l'expérience sur une distance de 10 km avec un résultat de mesures faites dans le même milliardième de seconde. Pour le grand public (et aussi des physiciens non spécialistes), la non-localité était devenue vraiment un phénomène macroscopique qui "sortait du laboratoire". L'influence à distance était dans cette expérience, non plus 40 fois, mais au moins 6 millions de fois supérieure pals rapide que la lumière.


3) La non-localité dans la panoplie des agents secrets?

 



 

 

unige.ch -la seconde révolution quantique

Abner Shimony a un jour écrit que le test du paradoxe EPR est une "expérience de métaphysique pure". Des physiciens théoriciens comme lui ou Bernard d'Espagnat affirmaient dans les années 1980 "qu'il n'y aurait aucune application pratique à la non-localité". Mais rappelons nous qu'en 1960, lors de son invention, le laser était considéré comme une "solution en quête de problème" puisque personne ne semblait pouvoir imaginer d'application à cette invention. Pour la non-localité, il semble maintenant que des applications pratiques pourraient voir le jour dans un avenir proche.

La plus immédiate concerne la cryptographie. On a beaucoup écrit sur la cryptographie: voir Simon Singh (Histoire des codes secrets: de l'Egypte des pharaons à l'ordinateur quantiqueou David Kahn (The Code Breakers: The Compréhensive History of Secret Communication from Ancient Times to the Internet). La question du chiffrement des messages secrets a joué un grand rôle dans l'histoire. Depuis toujours, l'homme cherche à mettre au point des méthodes de communication  qui puissent résister aux oreilles indiscrètes. La cryptographie est l'une des disciplines de la cryptologie s'attachant à protéger des messages (assurant confidentialité, authenticité et intégrité) en s'aidant souvent de secrets ou clésElle est utilisée depuis l'Antiquité, mais certaines de ses méthodes les plus importantes, comme la cryptographie asymétrique, datent de la fin du XXè siécleAlan Turing, l'un des fondateurs de l'informatique, décrypta le système Enigma par les allemands lors de la Deuxième Guerre Mondiale, ce qui fut l'un des tournants
de cette guerre. La mécanique quantique joue maintenant un rôle fondamental dans la bataille entre celui qui cherche à crypter et la camp adverse qui cherche à comprendre malgré tout la teneur des messages chiffrés. L'informaticien Peter Shor a démontré en 1994 qu'une application judicieuse de la mécanique quantique, "cousine" de la non-localité, permettrait en principe de casser les méthodes cryptographiques actuellement utilisées sur internet pour protéger des informations confidentielles telles que les N° de cartes de crédit. Mais, heureusement(?), nous ne disposons pas encore de la technologie qui serait nécessaire pour réaliser l'ordinateur quantique qui serait en mesure de réaliser en pratique "l'algorithme de Shor". Se pourrait-il que la mécanique quantique marque un jour la victoire définitive du camp des briseurs de code? En fait, c'est exactement l'inverse qui s'est produit. En effet, dix ans avant la découverte de Shor, le physicien américain Charles H. Bennet (IBM) et l'informaticien Gilles Brassard (université de Montréal) ont présenté une utilisation de la mécanique quantique qui permet d'établir une communication dont on peut démontrer qu'elle est inviolable (voir "cryptographie quantique" et "l'art du secret"). Contrairement à l'ordinateur quantique qui demeure encore aujourd'hui de l'ordre du rêve conceptuel, la cryptographie quantique elle, est réelle et disponible commercialement (Sociétés commerciales: hitech.bfh.ch/fr -id_quantique_sa    magictech.com.pk). Ce sont donc bien les faiseurs de code qui gagnent, et ce, pour l'éternité! 
La cryptographie quantique réalise un objectif dont le mathématicien Claude Shannon, père de la théorie de l'information avait démontré l'impossibilité: "permettre à deux individus de communiquer de façon strictement confidentielle même s'ils ne disposent pas au préalable d'un code secret aussi long que le message qu'ils désirent échanger." Shannon ne s'était pas trompé, il avait pris pour acquis que le moyen de communication devait obéir aux lois de la physique classique.

Charles H. Bennet et Gilles Brassard utilisaient en fait, dans leur principe mis au point originellement en 1984, non le principe de non-localité, mais le principe d'incertitude de Heisenberg. C'est le physicien anglais Artur Eckert qui a découvert en 1991 une façon de mettre en oeuvre la principe de non-localité à des fins cryptographiques. La cryptographie, tant classique que quantique, se base sur la notion de clé.

 

 

 

 

 

Qu'est-ce que la clé? Commençons par vouloir transmettre un seul bit d'information confidentielle (le message "oui" ou le message "non". Si les participants partagent en secret un bit aléatoire (0 ou 1), une façon de procéder consiste à envoyer le message tel quel si le bit est 0, mais à l'inverser si le bit est 1. Le receveur légitime, qui connait le bit utilisé par l'envoyeur, sera en mesure de déchiffrer le message correctement. Mais un espion qui ne prend connaissance que du "oui" ou du "non", ne saura pas s'il convient d'en inverser le sens. C'est ce bit secret qui est appelé la "clé".  On peut généraliser le processus à un message de longueur arbitraire si l'envoyeur et le receveur disposent au préalable d'une clé secrète aléatoire qui soit aussi longue que le message à transmettre. Ce que Claude Shannon a démontré, c'est qu'il n'y a pas de façon plus économique ... dans un monde classique! Mais on peut se demander de quelle façon une telle clé pourra être échangée sans être comprise par l'ennemi. Par la valise diplomatique? Mais comment s'assurer que le diplomate est incorruptible? De plus, un tel système n'est pas utilisable à l'ère d'internet, vu le très grand nombre de personnes ayant besoin d'échanger des données confidentielles.

C'est l'expérience EPR qui va fournir le moyen de transmette une telle clé. Supposons que je partage une suite de particules EPR avec un correspondant, et que je mesure les miennes, avec ce résultat +--+-+++--+-+--+----. Alors, je sais que mon correspondant, s'il mesure le résultat de son côté, obtiendra lui aussi: +--+-+++--+-+--+----. Alors, nous disposerons d'une clé commune qui peut être utilisée de façon classique pour envoyer un message confidentiel (tout comme si on était sur le téléphone rouge). En effet, ces 0 (- = 0) et ces 1 (+ = 1) sont totalement aléatoires, puisque fournies par la nature elle-même. Comme ils changent tout le temps, notre message est indéchiffrable. Mais d'où vienne ces particules? Je les produis chez moi et je transmets une particule de chaque paire à mon correspondant grâce à une fibre optique si j'utilise des photons pour transmettre l'information quantique. Mais le point faible pourrait être que l'ennemi se branche sur la ligne sur laquelle circulent ces particules quantiques afin d'en soutirer de l'information. C'est là que la loi de la nature nous protège et c'est la meilleure garantie: il est impossible de se brancher sur ma fibre sans détruire la non-séparabilité. Alors, plutôt que d'être gourmand et utiliser toutes les particules pour générer la  clé, il faut en sacrifier quelques unes pour vérifier qu'elle donnent lieu aux corrélations prévues dont Jonh Bell a démontré l'impossibilité dans un monde classique. Si elles ne sont pas maintenues, nous j'aurai la preuve d'une tentative de piratage. Dans le cas contraire, je saurai que je peux utiliser la clé obtenue en mesurant les particules qui n'ont pas été sacrifiées au test de Bell. Un espion pourra certes empêcher le piratage en continu, mais il ne pourra pas apprendre le contenu de mon message confidentiel car je n'essaierai pas de le transmettre tant que je n'aurai pas été certain de l'absence de piratage de ma clé secrète.


4) Le temps n'existe pas.


 

 

 

 

 

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strange-univers.over-blog.com -le temps n'existe pas

Il s'agit d'une autre expérience de  Nicolas Gisin  dans le même laboratoire à l'université de Genève d'après une idée de Antoine Suarez. Il s'agit d'une expérience de non-localité avec des appareils en mouvement. Le choix de la valeur de la polarisation d'un photon ("+" ou "-"), se fait dans ce cas dans l'appareil de mesure, au moment de cette dernière (on vu que cette valeur ne préexiste pas). Mais pour établir le moment de l'arrivée du photon, il faut déterminer l'horloge avec laquelle on mesure le temps (Il est naturel d'utiliser l'horloge associée aux appareils où le choix se fait).Si les appareils sont en repos l'un par rapport à l'autre, il n'y a qu'une horloge et le choix d'un côté se fait quelques picosecondes avant le choix de l'autre côté (les fibres qui amènent les photons de la source aux appareils de mesure sont coupées avec une erreur de l'ordre du mm). On peut dire alors que l'évènement ayant eu lieu avant dans le temps est la cause de l'autre. On reste fixé sur un modèle de causalité dans le temps.

mais si en revanche, les appareils de mesure sont en mouvement relatif l'un par rapport à l'autre, alors le temps est mesuré par deux horloges différentes. En choisissant convenablement le mouvement des appareils et les distances, on peut créer une situation où chaque choix se fait avant l'autre, car le temps du choix est mesuré par l'horloge de l'appareil correspondant. Si les corrélations pouvaient être expliquées en termes d'avant et d'après pour un observateur qui accompagnerait l'appareil avec son mouvement, les corrélations devraient disparaître, car chaque choix ayant lieu en premier, ne devrait pas tenir compte de l'autre. Pour chaque appareil, l'autre mesure n'a pas encore eu lieu. Il ne peut être renseigné, même de façon instantanée sur un évènement qui n'existe  pas encore. Mais, même dans cette situation, la non-localité existe toujours. Jusqu'à maintenant, les expériences que nous avons citées prouvaient que l'interaction EPR se jouait de l'espace. Dans celle-ci, elle se joue également du temps. Ce n'est pas surprenant, puisque espace et temps sont liés.Mais ce qui est une surprise, c'est que cette expérience rend impossible toute interprétation en termes de causalité temporelle. Il est maintenant difficile de décrire cette expérience de la façon neutre que nous avons employée jusqu'ici, en parlant d'influence comme le faisait Bell. Quel est l'évènement cause? l'évènement effet? En suivant Jean Staune"il faut plutôt penser aux corrélations comme un effet dont la cause est un principe ou agent non matériel au-delà de l'espace-temps. Pour ce agent, les particules, bien que localisées à l'intérieur des détecteurs, forment un seul objet au-delà de l'espace. La "non-séparabilité" paraît l'emportes sur le "non-localité". Comme le dit Antoine Suarez, "dans le monde quantique, il y a des choses qui passent, mais le temps, lui, ne passe pas". 


lienswikipedia.org -Histoire des codes secrets. De l'Égypte des pharaons à l'ordinateur quantique
esarchivesdusavoirperdu.over-blog.com

wikipedia.org Machine de Turing

wikipedia.org -Algorithme_de_Shor

video.google.fr Intrication quantique : la distance n'existe pas, rien n'est séparé !

apprendre-en-ligne.net -Prototype de Bennett et Brassard construit en 1989 au laboratoire de IBM

unige.ch -la seconde révolution quantique

bibmath.net -La cryptographie quantique    wikipedia.org -Cryptographie_quantique

iml.univ-mrs.fr -Cryptographie quantique : des concepts aux applications

physique.quantique.free.fr -L'ordinateur et la cryptographie quantique

techno-science.net -Cryptographie quantique       cnrs.fr -Photons uniques et cryptographie quantique

physique.ens-cachan.fr -Cryptographie quantique Réalisations expérimentales (cadres images)

futura-sciences.com -l'ordinateur quantique     astrosurf.com -l'ordinateur quantique

rtflash.fr -L'ordinateur quantique va révolutionner l'informatique

techno-science.net -l'ordinateur quantique

wikipedia.org -Théorie de l'information     wikipedia.org -Mécanique quantique matricielle

strange-univers.over-blog.com Le temps n'existe pas     dialogus2.org -L'existence du temps

espritscience.blogspot.fr -l'espace des mesures (articles de suarez)

impmc.jussieu.fr -acoustique picoseconde

doublecause.net -La Double Causalité Une Théorie de la Synchronicité

unige.ch -les photons dans tous leurs états

 


5) La téléportation... ça marche!

 

 

techno-science.net -la boite à photons (serge haroche)

Lorsque je voyais les épisodes de la série Star Trek, je n'imaginais pas qu'un jour la téléportation soit réalisable.  Bien sûr on n'en n'est pas encore à téléporter des objets de taille macroscopique. Mais en 1993, lorsqu'un groupe de scientifiques, parmi lesquels les canadiens Gilles Brassard et Claude Crépeau publie, dans la prestigieuse Physical Rewiew Letters un article intitulé "Téléportation quantique utilisant les Canaux Einstein-Podolsky-Rosen", il s'avéra que ce qui semblait impossible devint possible. Ils démontrèrent que la connexion non séparable qui relie deux particules peut être utilisée pour téléporter, non pas des particules, mais les propriétés des particules. 

Résumé de l'expérience: 

"-On met deux particules reliées par la non-séparabilité dans deux "boites magiques" (effectué par exemple dans le laboratoire de Jeff Kimble à Caltech): à l'intérieur, un champ retient prisonnière la particule, l'empêchant de rencontrer tout atome pendant plusieurs jours. Cette absence d'interaction préserve la connexion entre les deux deux particules.

-Vous envoyez l'une des boites sur Mars. 

-Vous ouvrez la boite et vous y faites entrer une seule et unique particule de Mars que vous avez sélectionnée au préalable. 

-Vous faites une mesure sur le couple "particule de Mars + particules non séparable venant de le Terre". 

-Le résultat de la mesure est communiqué à la Terre (par un signal normal allant à la vitesse de la lumière.

-On peut alors utiliser sur Terre ce résultat pour faire une opération qui va transformer la particule restée sur Terre en une copie de celle que sa jumelle a rencontrée sur Mars.

-Vous avez maintenant dans votre laboratoire une particule qui a les mêmes propriétés que qu'une particule de Mars et vous pouvez faire des expériences sur elle comme si elle venait de Mars."

Dès 1997, Anton Zeillinger, à Innsbruck et Francesco De Martini à Rome, effectuèrent les premières téléportations quantiques, et en 2004, la téléportation est elle aussi sortie du laboratoire: Anton Zeillinger, désormais à Vienne, a réalisé une téléportation de 600 m. de distance entre des appareils situés sur les deux rives du Danube. Maintenant, (mai 2012), "l’équipe d’Anton Zeilinger (Institut d’optique et d’information quantique à l’université de Vienne) vient de présenter une étude affirmant qu’ils ont démontré une "téléportation quantique" sur une distance de 143 km dans les îles Canaries. Si elle est confirmée, ce record de distance fixe un nouveau palier dans l’univers de la téléportation quantique et ouvre également la voie pour un futur réseau quantique globale destinée aux communications sécurisées par satellite".

La téléportation existe, mais que peut-on faire avec? On ne peut pas l'utiliser pour téléporter des objets, car on ne peut téléporter que les propriétés des objets. Pour le moment, on ne peut donc envisager de l'utiliser pour le voyage dans les étoiles. Mais les applications sont possibles dans le domaine de la sécurisation de l'information.


6) Un virus peut-il être quantique?


 

 

 

 

La décohérence donne une limite supérieure à la taille des objets pouvant se comporter comme le chat de Schrödinger. Un électron, un atome, sous leur forme ondulatoire, le peuvent comme le montre l'expérience des fentes de Young. En 2001Anton Zeilinger venait de réussir  l'expérience des fentes de Young avec des molécules de fullerène C60. Cela veut dire qu'une molécule de 60 atomes était passée par les deux fentes à la fois.  Puis en 2004, il a réussi avec une molécule de 256 atomes. Plus la taille des objets qu'il s'agit de faire passer par les deux fentes à la fois augmente, plus les difficultés paraissent insurmontables à cause de la décohrérence. Le rêve de Zeilinger serait de réussir l'expérience avec... un virus. S'il y parvenait, cela aurait une portée symbolique et théorique énorme. Symbolique, car il serait démontré qu'une entité quasi-vivante, le virus, peut connaitre un état quantique. Théorique, car la preuve serait faite que la physique quantique a son mot à dire dans le domaine de la biologie. C'est en tout cas une affaire à suivre: futura-sciences.com -Après le chat, voici le virus de Schrödinger !

 

liens: wikipedia.org -Téléportation quantique    neocobalt.free.fr -Téléportation, science-fiction ou réalité

zerna.free.fr -la téléportation quantique, une révolution physique

online.physics.uiuc.edu -Teleporting an Unknown Quantum State Via Dual Classical and Einstein‐Podolsky‐Rosen Channels

reynal.ensea.fr -la téléportation quantique (anton zeilinger)

college-de-france.fr -serge haroche COURS    techno-science.net -la boite à photons (serge haroche)

Norbert Wiener    Serge Haroche

fourier.ujf-grenoble.fr-STAGE DE MASTER 2 Décohérence et Intrication quantique
futura-sciences.com -Après le chat, voici le virus de Schrödinger !

Faisons maintenant une pause dans le cours de cet article avant d'aller encore plus loin: quand la lumière va plus vite que la lumière!

 

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