Vous êtes vous déjà demandé pourquoi le tableau de Mendeleev avait la taille qu’il a ? Pourquoi contient-il en gros une centaine d’éléments (on en connait 118), plutôt que 10 ou 1000 ou même 10 000 ? Un simple petit calcul permet de l’appréhender. Pour cela, il suffit de se baser sur le modèle de l’atome dit « de Bohr ».
Trois semaines après sa sortie, j’imagine que beaucoup d’entre vous auront vu le film Interstellar de Christopher Nolan. Il se trouve que ce film utilise un résultat très connu de la théorie de la relativité d’Einstein, le paradoxe des jumeaux, mais dans sa version « gravitationnelle ». Je me suis dit que c’était l’occasion de vous parler de ce phénomène bizarre et souvent mal compris !
Pour les puristes qui n’auraient pas encore vu le film, rassurez-vous je ne vais pas du tout parler ni de l’intrigue, ni des personnages. Je vais juste parler de physique, mais si vous connaissez l’histoire, vous verrez sans problème où est le lien.
La mécanique quantique, c’est cette branche de la physique qui décrit la manière dont se comportent les objets microscopiques : les molécules, les atomes ou les particules.
Développée pendant la première moitié du XXème siècle, la mécanique quantique est un des piliers de la science contemporaine. Et pourtant, il s’agit aussi probablement de la plus étrange théorie jamais imaginée.
En effet, la mécanique quantique regorge de mystères, de surprises et de paradoxes qui nous obligent à revoir la manière dont nous concevons la matière, et même la physique en général.
Cette théorie est d’ailleurs tellement bizarre que l’un de ses plus fameux contributeurs, le physicien Richard Feynman (ci-dessus), disait à son propos:
« Si vous croyez comprendre la mécanique quantique, c’est que vous ne la comprenez pas ».
Nous voici prévenus ! Mais essayons quand même d’y voir plus clair. Aujourd’hui, je vous propose donc un tour d’horizon des 7 merveilles et mystères de la mécanique quantique. Âmes sensibles, vous pouvez rester, je vous promets de ne pas employer de connaissances au delà du lycée !
En ce moment où l’on parle beaucoup de valorisation de la recherche, le grand public peut parfois s’interroger sur les retombées technologiques de certaines recherches très fondamentales.
Et pourtant les exemples ne manquent pas, à commencer par la mécanique quantique sans laquelle l’électronique et l’informatique n’existeraient pas !
Mais aujourd’hui, je voudrais évoquer le cas de la théorie de la relativité générale. Car cette théorie – qui nous permet de comprendre ce qu’est un trou noir ou comment s’est déroulé le big-bang – joue un rôle essentiel dans le fonctionnement du GPS.
[Edit du 25/04/2013 : Suite à une discussion en commentaire, on m’a fait remarquer que la méthode actuelle de compensation des horloges GPS n’utilise en fait PAS les formules issues des théories d’Einstein. Si le fait que les effets relativistes ‘perturbent’ le GPS est incontestable, il est donc faux de dire que sans la relativité le GPS ne pourrait pas fonctionner. Il s’agirait donc d’une légende urbaine que j’ai honteusement contribué à propager. Mais que ca ne vous empêche pas d’étudier la physique de la chose !]
Alors que vous lisez ces lignes, la Terre est bombardée. Oh rassurez-vous, il ne s’agit pas de l’attaque d’une civilisation extra-terrestre, mais du fait qu’en permanence notre planète est touchée par une grande quantité de rayons cosmiques en provenance de l’espace.
Les plus puissants de ces rayons sont un mystère pour les physiciens, car on ne sait pas véritablement d’où ils viennent. Certains sont même si énergétiques qu’en théorie, ils ne devraient même pas exister ! Et pourtant, on les observe…du moins on le pense.
L’attraction gravitationnelle est une force mystérieuse qui pose bien des ennuis aux physiciens théoriciens. Dans un papier récent [1] qui fait le buzz dans la communauté, Erik Verlinde propose une hypothèse audacieuse : la gravité ne serait pas une force fondamentale, mais un phénomène émergent ayant pour origine la propension qu’a tout système physique à maximiser son entropie.
L’exemple des forces de pression
Quand on considère les forces qui s’exercent sur un objet, certaines sont l’expression macroscopique de forces bien identifiées à l’échelle microscopique, comme par exemple l’interaction électrostatique. D’autres en revanche sont la manifestation d’effets thermodynamiques, sans correspondance directe au niveau microscopique. L’exemple le plus simple, c’est la pression d’un gaz !
C’est Noël et on a fait un sapin !
Avec des boules en verre et une guirlande électrique !
Et comme tous les ans, je tombe en extase devant un phénomène physique propre aux boules en verre, aux guirlandes électriques et aux objets astrophysiques super-massifs.
Voyez-vous sur la photo ci-contre l’anneau lumineux rouge au périmètre de la boule en verre ? Il est plus visible sur la photo du dessous, prise sans flash. Ce phénomène provient de la petite ampoule de guirlande électrique, située en arrière, pile au centre de la boule dans l’axe de mon objectif.
Cette petite ampoule émet une lumière rouge qu’on distingue au centre, mais elle émet également dans toutes les autres directions, et une partie de cette lumière est déviée par le verre de la boule.
Ces rayons lumineux déviés donnent alors l’impression de provenir du périmètre de la boule en verre. C’est le principe de l’image virtuelle que l’on étudie en optique géométrique.
L’idée en est rappelé ci-dessous
La vidéo du jour traite du problème des galaxies « impossiblement précoces » découvertes par le télescope James Webb. Est-ce qu’elles mettent à mal la théorie du Big-Bang ? https://youtu.be/dZw31yMDokk Voici comme toujours quelques commentaires et références pour les plus curieuses. La fonction de masse des halos Un élément central dans l’argument qui nous fait dire que ces galaxies sont improbables, ce sont ces courbes qui donnent l’abondane attendue des halos de matière noire en fonction de…
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