gravitation

N'importe quel gibbon qui se jette dans des courbes paraboliques de branches en branches démontre sa connaissance de la dynamique Newtonienne.

Auteur: Ashby William Ross

Info:

[ instinct ]

perdu

La relativité a éliminé l'illusion Newtonienne d'un espace et d'un temps absolu; la théorie quantique a supprimé le rêve d'un processus de mesure contrôlable. Le chaos élimine l'utopie Laplacienne d'une prédicabilité déterministe.

Auteur: Gleick James

Info: La théorie du chaos

[ sciences ]

sciences

Les capacités de prouver et démonter de l'intellect et des sens a été remis en question par les sceptiques il y a plus de deux mille ans, mais ils furent intimidés par la gloire de la physique newtonienne.

Auteur: Lakatos Imre

Info: avec John Worrall et Gregory Currie. “The Methodology of Scientific Research Programmes: Volume 1: Philosophical Papers”, p.8, Cambridge University Press 1980

[ impressionnant rationalisme ] [ anthropisme limité ] [ confusion ]

sciences

L'exploration de l'atome a contraint les physiciens à réviser radicalement leurs concepts de base sur la nature de la réalité physique. Le résultat de cette révision est une théorie dynamique cohérente, la mécanique quantique, qui transcende les principaux concepts de la science cartésienne et newtonienne. En biologie, par contre, l'exploration du gène n'a pas conduit à une révision comparable des concepts de base, ni à une théorie dynamique universelle.

Auteur: Fritjof Capra

Info: The Turning Point: Science, Society, and the Rising Culture. Chapter 4 (p. 121) Simon & Schuster. New York, New York, USA 1982

[ vingtième siècle ]

trans-époques

Au XVIIIe siècle, il était souvent convenable de considérer l'homme comme un automate mécanique. Au XIXe siècle, la physique newtonienne étant assez bien assimilée et, avec beaucoup de travaux en thermodynamique en cours, l'homme était considéré comme un moteur thermique, efficace à environ 40 %. Au XXe siècle, avec l'essor de la physique nucléaire et subatomique, l'homme est devenu un truc qui absorbe les rayons X, les rayons gamma et les neutrons.

Auteur: Pynchon Thomas

Info: "V.", p.187, Ed. Pingouin 2012

[ autoportrait ] [ formacja miroir ] [ technologie ]

mathématiques

Un cas aléatoire dans la théorie newtonienne (système de deux étoiles de masses égales en orbite autour de leur centre de gravité avec un astéroïde qui se déplace en aller retours sur une droite perpendiculaire au plan des orbites des étoiles et passant par le centre de gravité des étoiles. L'aspect aléatoire vient du fait que l'on a une information exacte mais incomplète). Dans ce cas, la connaissance de la vitesse de l'astéroïde au moment où il passe par le centre de gravité permettrait de calculer et prévoir.

Auteur: Ekeland Ivar

Info: Le calcul, l'imprévu, p 76, 77

[ différentiel ]

historique

L'effervescence qui accompagne la diffusion de la loi de l'attraction universelle témoigne également du rôle des salons et cabinets dans l'enracinement des sciences dans la société. En France, la théorie newtonienne est diffusée par un couple qui défraye la chronique: M. de Voltaire et Mme du Châtelet. SI Madame se charge de la première traduction en français de l'oeuvre de Newton, c'est Monsieur qui donne des conférences sur l'attraction universelle aux visiteurs du "laboratoire" du château de Cirey-sur-Blaise. Certes, les discussions sont peu précises sur le plan de la mathématique céleste. Mais quand les connaissances scientifiques sont d'une telle importance, rien ne vaut quelques controverses mondaines dans les salons ou les journaux pour rapidement acculturer le public aux nouvelles données, même si celles-ci ne sont pas complètement comprises. Car ces débats publics préparent une mise en place plus pédagogique de la diffusion des connaissances vers les des cercles plus larges de la société. Après Newton, ce phénomène se reproduira dans des conditions différentes avec Pasteur ou Einstein.

Auteur: Raichvarg Daniel

Info: Sciences pour tous ?

[ gravitation ]

sciences physiques

Le dernier progrès du développement du programme de la théorie du champ s’appelle la théorie de la relativité générale. Quantitativement, elle modifie peu la théorie newtonienne, mais qualitativement, elle y provoque des modifications essentielles. L’inertie, la gravitation, le comportement mesuré des corps et des horloges, tout se traduit dans la qualité unitaire du champ. Et ce champ lui-même se présente comme dépendant de corps (généralisation de la loi de Newton, ou de la loi du champ lui correspondant, comme Poisson l’avait déjà formulé). Ainsi, espace et temps se sont vidés de leur substance réelle ! Mais espace et temps perdent leur caractère d’absolu causal (influençant mais non influencé) que Newton fut contraint de leur attribuer pour pouvoir énoncer les lois alors connues. La loi d’inertie généralisée remplace le rôle de la loi du mouvement de Newton. Cette réflexion schématique veut souligner comment les éléments de la théorie de Newton se sont intégrés dans la théorie de la relativité générale et comment les trois défauts analysés plus haut ont pu être corrigés. Dans le cadre de la théorie de la relativité générale, me semble-t-il, la loi du mouvement peut se déduire de la loi du champ correspondant à la loi des forces de Newton.

Auteur: Einstein Albert

Info: "Comment je vois le monde", traduction de l’allemand par Maurice Solovine et Régis Hanrion, Flammarion, 2017, pages 227-228

[ résumé ] [ synthèse ]

défauts de la théorie newtonienne

1. On remarque constamment l’effort de Newton de présenter son système de pensées comme nécessairement conditionné par l’expérience. On remarque aussi qu’il utilise le moins possible de concepts non directement rattachables aux objets de l’expérience. Et pourtant il pose les concepts : espace absolu, temps absolu ! A notre époque, on lui en fait souvent grief. Mais, justement, dans cette affirmation, Newton se reconnaît particulièrement conséquent avec lui-même. Car il a découvert expérimentalement que les grandeurs géométriques observables (distances des points matériels entre eux) et leur cours dans le temps ne définissent pas complètement les mouvements au point de vue physique. Il a démontré ce fait par la célèbre expérience du seau. Donc il existe, en dehors des masses et de leurs distances variables dans le temps, encore quelque chose de déterminant pour les événements. Ce "quelque chose", il l’imagine comme le rapport à l’ "espace absolu". Il avoue que l’espace doit posséder une espèce de réalité pour que ses lois du mouvement puissent avoir un sens, une réalité de même nature que celle des points matériels et de leurs distances.

Cette connaissance lucide de Newton souligne évidemment sa sagesse mais aussi la faiblesse de sa théorie. Car la construction logique de cette architecture s’imposerait certainement beaucoup mieux sans ce concept obscur. Car alors, dans les lois, nous ne trouverions que des objets (points matériels, distances) dont les relations avec les perceptions resteraient parfaitement transparentes.

2. Introduire des forces directes, agissant à distance et instantanément pour représenter les effets de gravitation, ne concorde pas avec le caractère de la plupart des phénomènes connus par l’expérience quotidienne. Newton répond à cette objection. Il déclare que sa loi de l’action réciproque de la pesanteur n’ambitionne pas d’être une explication définitive, mais plutôt une règle déduite de l’expérience. 

3. Au fait particulièrement remarquable que le poids et l’inertie d’un corps restent déterminés par la même grandeur (la masse), Newton n’offre en sa théorie aucune explication ; mais la singularité du fait ne lui échappe pas.

Auteur: Einstein Albert

Info: "Comment je vois le monde", traduction de l’allemand par Maurice Solovine et Régis Hanrion, Flammarion, 2017, pages 225-226

[ science ]

biophysique

La photosynthèse des plantes utilise un tour de passe-passe quantique

Des chercheurs ont observé des similitudes étonnantes entre la photosynthèse des plantes vertes et le fameux "cinquième état de la matière" en mettant le doigt sur un curieux phénomène; ils ont trouvé des liens entre le processus de photosynthèse, qui permet aux végétaux d’exploiter la lumière du soleil, et les condensats de Bose-Einstein, des matériaux dans un état très particulier qui fait intervenir la physique quantique.

"Pour autant que je sache, ces deux disciplines n’ont jamais été connectées auparavant, donc ce résultat nous a semblé très intrigant et excitant", explique David Mazziotti, co-auteur de l’étude.

Son laboratoire est spécialisé dans la modélisation des interactions complexes de la matière. Ces derniers temps, son équipe s’est intéressée aux mécanismes de la photosynthèse à l’échelle des atomes et des molécules. Plus précisément, les chercheurs se sont penchés sur le siège de cette réaction : les chloroplastes, les petites structures chlorophylliennes qui donnent leur couleur aux plantes vertes.

Lorsqu’un photon vient frapper une structure bien précise à la surface de ces chloroplastes (le photosystème II, ou PSII), cela a pour effet d’arracher un électron — une particule élémentaire chargée négativement. Ce dernier devient alors l’acteur principal d’une réaction en chaîne complexe. Le mécanisme est déjà relativement bien connu. Il a été étudié en profondeur par des tas de spécialistes, et c’est aujourd’hui l’une des pierres angulaires de la biologie végétale.

Mais le départ de cet électron laisse aussi ce que les physiciens appellent un trou. Il ne s’agit pas d’une particule à proprement parler. Mais cette structure chargée positivement est aussi capable se déplacer au sein d’un système. Elle peut donc se comporter comme un vecteur d’énergie.

Ensemble, l’électron éjecté et le trou qu’il laisse derrière lui forment un couple dynamique appelé exciton. Et si le rôle du premier est bien documenté, le comportement du second dans le cadre de la photosynthèse n’a quasiment pas été étudié.

C’est quoi, un condensat de Bose-Einstein ?

Pour combler cette lacune, Mazziotti et ses collègues ont réalisé des modélisations informatiques du phénomène. Et en observant les allées et venues de ces excitons, ces spécialistes des interactions de la matière ont rapidement remarqué quelques motifs qui leur ont semblé familiers ; ils rappelaient fortement un concept proposé par Einstein en 1925.

Imaginez un gaz où des particules se déplacent aléatoirement les uns par rapport aux autres, animées par leur énergie interne. En le refroidissant (ce qui revient à retirer de l’énergie au système), on force les atomes à s’agglutiner ; le gaz passe à l’état liquide, puis solide dans certains cas.

Lorsqu’on le refroidit encore davantage pour s’approcher du zéro absolu, les atomes arrivent dans un état où ils n’ont quasiment plus d’énergie à disposition ; ils sont presque entièrement figés dans un état ultra-condensé, séparés par une distance si minuscule que la physique newtonienne traditionnelle ne suffit plus à l’expliquer.

Sans rentrer dans le détail, dans ces conditions, les atomes (ou plus précisément les bosons) qui composent certains matériaux deviennent quasiment indiscernables. Au niveau quantique, ils forment un système unique, une sorte de super-particule où chaque constituant est exactement dans le même état (voir la notion de dualité onde-corpuscule pour plus de détails). On appelle cela un condensat de Bose-Einstein.

Ces objets ne suivent pas les règles de la physique traditionnelle. Ils affichent des propriétés très particulières qui n’existent pas dans les gaz, les liquides, les solides ou le plasma. Pour cette raison, ces condensats sont parfois considérés comme les représentants du "cinquième état de la matière". (après le solide, le liquide, le gaz et le plasma)

De la biologie végétale à la physique quantique

La plus remarquable de ces propriétés, c’est que les condensats de Bose-Einstein sont de vraies autoroutes à particules. D’après la physicienne américaine Louise Lerner, l’énergie s’y déplace librement, sans la moindre résistance. Même si les mécanismes physiques sous-jacents sont différents, on se retrouve dans une situation comparable à ce que l’on trouve dans les supraconducteurs.

Or, d’après les modèles informatiques créés par Mazziotti et ses collègues, les excitons générés par la photosynthèse peuvent parfois se lier comme dans les condensats de Bose-Einstein. C’est une observation particulièrement surprenante, car jusqu’à présent, cela n’a été documenté qu’à des températures proches du zéro absolu. Selon Louise Lerner, c’est aussi étonnant que de voir "des glaçons se former spontanément dans une tasse de café chaud".

Le phénomène n’est pas aussi marqué chez les plantes que dans les vrais condensats de Bose-Einstein. Mais d’après les auteurs de l’étude, cela aurait quand même pour effet de doubler l’efficacité des transferts énergétiques indispensables à la photosynthèse.

De la recherche fondamentale aux applications pratiques

Les implications de cette découverte ne sont pas encore parfaitement claires. Mais il y en a une qui met déjà l’eau à la bouche des chercheurs : ces travaux pourraient enfin permettre d’utiliser les formidables propriétés des condensats de Bose-Einstein dans des applications concrètes.

En effet, même si ces matériaux sont très intéressants sur le papier, le fait de devoir atteindre une température proche du zéro absolu limite grandement leur intérêt pratique. Aujourd’hui, ils sont utilisés exclusivement en recherche fondamentale. Mais puisqu’un phénomène comparable a désormais été modélisé à température ambiante, les chercheurs vont pouvoir essayer d’utiliser ces mécanismes pour concevoir de nouveaux matériaux aux propriétés très intéressantes.

"Un condensat d’excitons parfait est très sensible et nécessite des conditions très spécifiques", précise Mazziotti. "Mais pour les applications réalistes, c’est très excitant de voir que ce phénomène qui augmente l’efficacité du système peut survenir à température ambiante", se réjouit-il.

A long terme, cette découverte va sans doute contribuer à la recherche fondamentale, en biologie végétale mais aussi en physique quantique pure. Cela pourrait aussi faire émerger une nouvelle génération de composants électroniques très performants. Il sera donc très intéressant de suivre les retombées de ces travaux encore balbutiants, mais exceptionnellement prometteurs.

Auteur: Internet

Info: https://www.journaldugeek.com/, Antoine Gautherie le 05 mai 2023

[ recherche fondamentale ]