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20 novembre 2008 4 20 /11 /novembre /2008 19:05

Le mensuel "Pour la Science " propose dans son numéro de décembre (1) un article consacré aux conséquences d’un orage solaire sur nos modernes sociétés.

 

On sait que notre étoile connaît selon un cycle d’environ 11 ans une période d’intense activité magnétique matérialisée par l’apparition de nombreuses taches. Ce regain d’activité s’accompagne d’éruptions où le Soleil expulse un peu de sa matière. Ces particules arrachées à la couronne forment un plasma principalement composé de noyaux d’hydrogène, d’hélium et d'électrons.

En atteignant la Terre, ce vent solaire entre en interaction avec le champ magnétique de notre planète. De cette  rencontre naissent les magnifiques aurores polaires qui illuminent les cieux des hautes latitudes australes et boréales. Les caractéristiques du bouclier magnétique de la Terre tendent à focaliser le phénomène autour des pôles magnétiques proches  des pôles géographiques.

Aujourd’hui cependant, la colère solaire ne se contenterait pas de ces poétiques manifestations. Elle ferait quelques victimes.

Les satellites tout d’abord, ils sont en première ligne et leur électronique pourrait être perturbée, parfois détruite. Leur orbite elle-même se trouverait altérée puisque ces orages magnétiques augmentent la densité de la très haute atmosphère ce qui accélèrerait la chute des machines en orbite basse.

Fin août 1859 une violente tempête solaire avait perturbé le fonctionnement du télégraphe naissant. Un phénomène de même ampleur aurait aujourd’hui des conséquences catastrophiques tant nos sociétés sont dépendantes des réseaux de communication et de distribution d’énergie électrique. Les courants générés dans les sols pourraient mettre hors d’usage de nombreux transformateurs.

 

Les auteurs évaluent à 15 milliards d’Euros le coût potentiel de ces destructions.

 

Voici l’occasion de mieux connaître les violences de l’Univers mais aussi de réfléchir à la fragilité de nos sociétés technologiques.

 

 

(1) " Pour la Science ", numéro 374, décembre 2008, page 44.

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14 novembre 2008 5 14 /11 /novembre /2008 11:13

Le mensuel Ciel et Espace   annonce sur son site la réalisation de deux ensembles de photos d'exoplanetes. Après que plusieurs annonces  du même ordre  se soient  finalement toujours révélèes douteuses (naine brune, etoile plus lointaine en simple proximité de perspective...) il semble que cette fois soit la bonne.
L'amélioration des  techniques d'imagerie et en particulier l'abaissement de la luminosité éblouissante de l'étoile centrale aurait joué un rôle fondamental dans  cette réussite.

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3 novembre 2008 1 03 /11 /novembre /2008 09:01

Sous le titre "  Un choc planétaire se dévoile ", le mensuel Science et Vie de novembre 2008 (numéro 1094, page 23) révèle l’étude par une équipe de l’université de Californie d’un disque de poussières un peu particulier. Son âge, estimé à un milliard d’années laisse supposer qu’il ne s’agit pas d’un disque d’accrétion classique mais plutôt d’un ensemble de débris résultant du choc de deux planètes. Cela validerait le caractère assez courant de ce genre de cataclysmes. Rappelons qu’aujourd’hui la thèse selon laquelle la Lune s’est formée suite au choc entre la Terre et une planète de la taille de Mars est largement dominante au sein de la communauté scientifique. Dans le cas présent l’étoile mère (BD+20307) est un système double ce qui rend peut-être les trajectoires orbitales des planètes encore plus chaotiques.

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26 octobre 2008 7 26 /10 /octobre /2008 12:24

Combien de temps brillerait le Soleil s'il fonctionnait au charbon ?

 

Bien que les étoiles constituent le cœur même de l’astronomie et que cette dernière soit l’une des sciences parmi les plus anciennes, leur fonctionnement est resté longtemps mystérieux. Jusqu’aux années 1930, il y a donc à peine 80 ans, on ignorait presque tout de ce qui le soir pique le ciel de lumières.

Ainsi, les plus grands astronomes, Galilée, Kepler, Newton et tant d’autres ont consacré leur existence aux astres sans jamais savoir ce qui faisait briller les étoiles. Einstein lui-même a passé plus de la moitié de sa vie dans l’ignorance.

 

C’est que les étoiles sont des réacteurs nucléaires. Tant que la fusion ne fut pas comprise ni même envisagée, il était impossible de décrire ce qui pouvait fournir aux astres suffisamment d’énergie pour briller. Car, rappelons-le : Si les étoiles brillent c’est parce qu’elles sont chaudes. Le mystère ne réside pas tant dans leur rayonnement que dans la cause de cette chaleur.

Ceci était compris dés le 19ème siècle et la spectroscopie, déjà, permettait de se faire une idée de leur température de surface et de s’apercevoir qu’elle était du même ordre que celle du soleil. C’était là une forte présomption pour affirmer que les étoiles n’étaient rien d’autres que de lointains soleils.

Cela, bien sûr , ne nous disait pas ce qui les chauffait. Beaucoup d’hypothèses ont été émises. En cette époque encore très marquée par la révolution industrielle, le charbon, véritable sang de la nouvelle société constitua évidemment la première source d’énergie à laquelle on songea.

 

Cependant, bien qu’il s’agisse de charbon, cette hypothèse fut vite éteinte.

Voyons pourquoi.

 

La clef de la question est celle de la durée de vie de l’astre du jour s’il devait fonctionner au charbon.

 

 

La combustion d’un kilogramme de charbon dégage une énergie de :

2,97 x 107 joules

 

On sait par ailleurs que la masse du Soleil est d’environ 1,98 x 1030 kg

(Cette masse peut être déterminée à partir de la durée de l’année, excellente idée de calcul !) Le Soleil disposerait donc s’il était entièrement constitué de charbon d’une réserve de :

 

1,98 x 10 30 kg x 2,97 x 107 j.kg-1 = 5,88 x 10 37 joules

 

Comme l’on sait que la puissance du soleil est de 3,84 x 1026 watts (voir l’article "Puissant Soleil ") il a donc une consommation (ou une émission) de 3,84 x 1026 joules par seconde.

 

Sa durée de vie exprimée en secondes est donc le ratio entre sa réserve et sa consommation par seconde soit :

 

5,88 x 1037 j / 3,84 x 1026 js-1 = 1,53 1011 secondes

 

Traduit en années cela donne (une année comporte 3,16 x 107 secondes)

 

1,53 x 1011s / 3,16 x 107 s = 4 842 ans

 

Le Soleil s’il tirait son énergie du charbon ne pourrait briller plus de 5 000 ans. Ceci contredirait toutes les études géologiques (même celles du 19ème siècle) qui attribuent à notre planète une durée de vie évidemment beaucoup plus grande.

 

D’autres arguments viennent de plus discréditer cette hypothèse.

Tout d’abord nous n’avons pas inclus dans ces calculs la nécessaire présence d’oxygène pour assurer la combustion. Cette masse d’oxygène viendrait en déduction de la masse de charbon et réduirait encore la durée de " vie " du Soleil dans ces conditions.

Ensuite la combustion du charbon ne produit pas une telle température (la surface du Soleil est à environ 5800 K). Le Soleil pourrait bien émettre autant d’énergie avec du charbon mais pas avec la même intensité (la puissance du rayonnement est proportionnelle à la puissance quatrième de la température). L’astre devrait donc pour rayonner autant avoir une surface beaucoup plus grande.

Bref le Soleil ne fonctionne pas au charbon, ni au bois (où ce bois aurait-il poussé d’ailleurs ?) Ni non plus bien entendu au pétrole ou au gaz dont les performances restent du même ordre de grandeur.

D’autres hypothèses ont été envisagées, notamment la contraction gravitationnelle, mais là aussi, le mécanisme, bien que plus efficace n’est pas en mesure d’expliquer un tel rayonnement qui dure depuis près de cinq milliards d’années.


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18 octobre 2008 6 18 /10 /octobre /2008 18:33

Etoiles, mots et nombres : le vocabulaire malmené.

 

Une fois n’est pas coutume, parler des étoiles porte à la littérature ou plus modestement au vocabulaire.

L'astronomie  constitue l’un de ces domaines  où valsent avec bonheur les millions, les milliards ou même les milliards de milliards.
C’est que, si l’on veut pouvoir appliquer les équations de la physique dans toute leur rigueur, il convient d’utiliser les unités du Système International (SI).
Aussi évoquera-t-on la masse d’un amas de galaxies en kilogrammes, la distance qui nous sépare d’un quasar en mètres, l’âge de l’Univers en secondes et l’énergie dégagée lors de l’explosion d’une supernova en joules ! 

Dans la plupart des cas, manier de tels nombres, que l’on devine gigantesques, ne pose guère de problème. Les scientifiques utilisent pour cela une notation en puissances de 10. Le million devient 106, le milliard devient 109 et 1 suivi de 16 zéros, tout simplement 1016 (vous aurez reconnu ici, à 5 % près, la longueur de l’année lumière en mètres).

Pourtant, dans les ouvrages de vulgarisation, les auteurs se plaisent parfois à utiliser tous ces fascinants termes en " illions " qui caractérisent les grands nombres. C’est une tendance d’autant plus naturelle que dans presque toutes les langues, les mots sont les mêmes. Il suffit juste de changer la prononciation. Prononcez millione pour million et voilà, vous parlez anglais ! Fort pratique n’est ce pas ?  Oui, sauf qu’il y a un piège.

Ces dénominations obéissent dans le monde à deux règles différentes :  

L’une, dite échelle longue, et l’autre échelle courte (ou parfois latine).   

  • La première utilise une progression de 106 en 106 (par facteur un million donc). Elle est officiellement en usage en France (depuis 1961, recommandée depuis 1948) ainsi qu’en Allemagne. Elle était en usage au Royaume-Uni qui l’a abandonnée en 1974. Elle est la règle officielle en Italie depuis 1994 même si ce pays a longtemps préféré l’autre système et continue, dans les faits, à utiliser les deux méthodes.
  • La seconde dite échelle courte pratique une progression de 103 en 103 (de mille en mille donc). Elle est notamment utilisée aux Etats Unis et maintenant dans la plupart des pays anglophones. Attention donc, car beaucoup d’articles d’astronomie viennent d’Amérique. Cette échelle était en usage en France jusqu’aux années 1950 
    Il subsiste un certain flou sur ces questions. Dans chaque pays, les règles grammaticales officielles ne correspondent pas forcément à l’usage courant et souvent les deux échelles cohabitent générant quelques confusions.

  

Voici un résumé des deux systèmes.

 

Nombres              Echelle longue                    Echelle courte

                                    (France…)                           (Etats Unis…)

 

  103                                  mille                                      thousand (c.a.d mille) 

  106                                  million                                   million

  109                                  milliard                                  billion

  1012                                billion                                    trillion

  1015                                mille billions (billiard)            quadrillion

  1018                                trillion                                    quintillion

  1021                                mille trillions (trilliard)            sextillion

  1024                                quadrillion                             septillion

  1027                                mille quadrillions                   octillion

  1030                                quintillion                              nonillion

 

Les derniers nombres dans les deux échelles  sont très peu utilisés.
Les termes entre parenthèses, billiards et trilliards, sont encore plus rares et ne constituent qu’une version peu usitée de l’échelle longue (variante dite continentale). En outre, leur progression est illogique, un milliard valant 109, un billiard devrait valoir 1018 et un trilliard 1027. Ce n'est pas le cas puisqu'ils s'insèrent entre les termes en "illions" et comme eux progressent donc de 106 en 106. En règle générale leur usage est déconseillé. Seul le terme milliard est très courant en français. Notez la correspondance : le billion américain vaut un milliard français.

Ces règles sont bien connues et les bons dictionnaires ne font pas d’erreur à ce sujet. Par contre, la difficulté provient de ce que les articles et les ouvrages d'astronomie ne précisent  pas toujours le système utilisé.

Les livres des plus grands auteurs n’échappent pas à la difficulté. Ainsi Hubert Reeves (dont je ne puis, par ailleurs, que recommander la lecture) utilise la conception américaine dans un livre tel que " La première seconde ". Les trillions auxquels il fait allusion doivent être compris dans l’acceptation américaine du mot (1012 donc), bien que le texte soit en français.

Notons que la progression retenue en France est plus logique que celle qui l'est aux Etats-Unis. En effet, si les terminaisons en illions se succèdent de 103 en 103, alors la premiere occurance - c'est à dire le million -  devrait valloir 103 (c'est à dire 1000) alors qu'elle vaut 106 et ce, dans les deux langues. la progression de 106 en 106 est donc plus cohérente.

L’astronomie n’est pas seule à manier ces ordres de grandeur. Les mathématiques utilisent des nombres encore (beaucoup) plus grands, par exemple dans l’analyse combinatoire. Cependant, ces nombres ne renvoient pas à des réalités matérielles. Ainsi le nombre d’atomes dans l’Univers (visible) reste très inférieur à 10100.

Ce nombre immense, connu des mathématiciens sous l’appellation de gogol, a quitté l’intimité de ce cercle professionnel pour passer à la postérité dans sa version anglaise :  googol. Le mot, légèrement transformé en Google est désormais le nom d’une célèbre société et d’un tout aussi célèbre moteur de recherche.

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16 octobre 2008 4 16 /10 /octobre /2008 10:29


      QUELLE EST LA PUISSANCE DU SOLEIL
  ?


     Déterminer la puissance du Soleil n'est pas aussi difficile que l'on pourrait l'imaginer, du moins si l'on connaît la Constante Solaire
   La Constante Solaire est la puissance du rayonnement reçue du Soleil, toutes longueurs d'onde confondues par une surface :

     -  égale à un mètre carré,

     -  perpendiculaire au rayonnement solaire,

     -  située au niveau de l'orbite terrestre,
          (soit à 149,6 millions de kilomètres du Soleil)

     -  placée hors atmosphère (pour éviter les effets de l'absorption).

  
        Cette constante est évaluée à environ 1 366 w (voir  notes 1 et 2).

       A une distance donnée du Soleil l’ensemble du rayonnement se trouve réparti sur une sphère de rayon égal à cette distance. On peut donc déterminer la puissance totale de l’astre du jour en multipliant, la constante solaire par la surface d’une sphère qui aurait justement pour rayon la distance moyenne de la Terre au Soleil soit une Unité Astronomique (UA).

 

       Calculons d’abord la surface de cette sphère

  

L’Unité Astronomique vaut 149 597 870 km soit 1,496 x 1011 mètres.

 

R étant le rayon d’une sphère sa surface est égale à : (4 Pi ) x R2

 

Soit pour R = 1 Unité Astronomique : 4 x 3,142 x (1,496 x 1011) 2 m2

 

Soit : Surface de la sphère = 12,457 x 2,238 x 1022 m 2
                             =  2,812 x 1023 m 2

 

      Déterminons maintenant la puissance du soleil en multipliant cette surface par la constante solaire :

 

Puissance du soleil = 2,812 x 1023 x 1 366 w =  3,84 x 1026 w

 

     C’est là une puissance sans commune mesure avec celles rencontrées dans le cadre des activités humaines.
      A titre de comparaison, cela représente:
             -   400 000 milliards de milliards de kilowatts. 

             -   400 millions de milliards de réacteurs nucléaires.
                 (d'une puissance électrique moyenne de 1000 MW)

     Cette puissance résulte des réactions de fusion nucléaire.

      Chaque seconde environ 600 millions de tonnes de noyaux d’hydrogène (c'est à dire des protons) se transforment en 596 millions de tonnes de noyaux d’hélium (ou particules alpha)  après un enchaînement de différentes réactions nucléaires (voir note 3). In fine, un peu plus quatre millions de tonnes de matière (4,27 dans ce calcul) sont ainsi converties en pure énergie selon la célèbre équation :

 

E = mc2  (E en joules, m en kilogrammes, c en mètres par seconde)

 

         En effet :

 

        4,27 millions de tonnes  =  4,27 x 109 kg

 

        La vitesse de la lumière : c   =  299 792 458 ms-1
                                     donc :  c2  =  8,988 x 1016 m2s-2

 

         Nous avons bien : 3,84 x 1026  =  4,27 x 109 x 8,99 x 1016


Combien d'énergie  la Terre recoit-elle?

 

      Quelle fraction de ce flux ininterrompu depuis plus de quatre milliards et demi d’années notre planète peut-elle intercepter  ? (note 4)

 

     Là aussi, c’est assez simple, la Terre offre un disque de 6 371 km de rayon (noté ici r ) soit  6,371 x 106 m. 
      La surface d’un disque étant égale à Pi x r2.

 

      La terre intercepte le flux solaire sur une surface de :

 

3,1416 x (6,371 x 106) 2 = 1,275 x 1014 m2

 

     En divisant cette surface par celle de la sphère précédemment calculée nous obtenons la fraction du rayonnement solaire intercepté par la Terre.

 

1,275 x 1014 m2 / 2,812 x 1023 m 2 = 4, 535 x 10–10

 

   Cela représente un demi milliardième. La terre n’intercepte que la moitié d’un milliardième du rayonnement solaire !

 

     Toutes les énergies qu’utilisent les hommes à l’exception de l’énergie nucléaire, de la géothermie et de l’énergie des marées proviennent de ce demi-milliardième.

     L’énergie solaire, bien sûr, mais aussi le vent, l’énergie hydraulique (on récupère l’énergie potentielle de l’eau dont le Soleil a provoqué l’évaporation) et tous les hydrocarbures : pétrole, gaz et charbon, ces matières ayant, via la photosynthèse, capté l’énergie solaire puis après décomposition l’ayant stockée pour des millions d’années.

    Et bien entendu, n'oublions pas le principal, c’est encore cette infime fraction de rayonnement qui nous réchauffe, fait vivre les arbres, les fleurs et tout ce qui est joli sur la Terre.

_____________________________________________________________________________________________

 Notes

  1. Les évaluations de la constante solaire varient de 1360 à 1370 watts. Remarquons que compte tenu de la courbure de la Terre et de l’alternance nuit jour, la puissance effectivement reçue par un mètre carré au sol (absorption atmosphérique non déduite) vaut le quart de cette valeur soit : 340 watts environ.
  2. Cette valeur de 1366 w constitue donc en pleine journée et pour un panneau dirigé perpendiculairement au rayonnement la limite supérieure de ce qu’on peut recevoir du soleil. La quantité d’énergie captée dépend du temps d’exposition par exemple 1366 joules pour une seconde d’exposition ou 1 366 watt.heures pour une heure (soit 1,366 kilowatt.heure). Ceci dans les conditions optimales (rappel : l’énergie est une puissance multipliée par un temps de production ou de consommation). C’est cette valeur qui constitue le seuil maximum lorsque l’on envisage le recours à l’énergie solaire.
  3. Les noyaux d'hydrogène sont de simples protons car nous nous trouvons dans un plasma où les noyaux se trouvent  séparés de leurs électrons. Les noyaux d'hélium (2 protons + 2 neutrons) sont aussi appelées particules Alpha.
  4. Pour être tout à fait précis, la puissance du Soleil a tendance à augmenter avec le temps et l'on estime qu'il a quatre milliards d'années son rayonnement ne représentait qu'entre 70 et 80 % de celui d'aujourd'hui.  

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12 octobre 2008 7 12 /10 /octobre /2008 19:56

  

 Voici petit test propre à désespérer tous les adeptes de l’astronomie ou simplement d’un peu de rationalisme.  En tapant sur le moteur de recherche GOOGLE les mots : calculs astro, on obtient les résultats suivants (au 12 octobre 2008).

 

  Pour calculs astronomie : environ 450 000 réponses

  Pour calculs astrologie (+ astrologiques) : environ 2 800 000 réponses

 

  L’astrologie bat donc l’astronomie à plate couture par 2 800 à 450 milliers de références.

 

  Si l’on tape simplement astro l’astronomie renvoie à 15 millions de réponses et l’astrologie à 20 millions environ (tous types d’astrologies cumulés). L’écart relatif est moindre mais l’astronomie est encore grande perdante.

 

  Dire que les articles critiquant l’astrologie participent à ce désespérant décompte et en atténuent quelque peu le contraste ne nous consolera pas beaucoup (comme par exemple l’article dans ce même blog: Astrologie : Les biens curieux arguments des astronomes).

  

 Le fond du problème est bien que beaucoup plus de personnes s’intéressent à l’astrologie qu’à l’astronomie. Parmi les grandes radios d’ailleurs seule France Culture parle de temps en temps des étoiles tandis que l’astrologie bénéficie de multiples chroniques sur de nombreuses longueurs d’onde.

 

  Le monde est ainsi fait. L’explication de cette statistique appartient aux sociologues et aux philosophes. L’expérience montre qu’il est en ce domaine très difficile de convaincre et que rentrer dans les détails comme je le suggère dans l’article évoqué ne change rien à l’affaire.

 

 

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6 octobre 2008 1 06 /10 /octobre /2008 09:01
Pour suivre le second survol de Mercure par la sonde Messenger, rendez vous sur le site dédié de la NASA :
http://messenger.jhuapl.edu/

Rappel :  vous retrouverez dans le cadre "liens" un accès direct vers les sites consacrés aux principales sondes spatiales en activité.




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3 juillet 2008 4 03 /07 /juillet /2008 10:02

Pas un astronome, pas un physicien qui ne soit fasciné par la relativité.

 

Par son élégance, par l’obligation qu’elle fait à l’esprit de dépasser les fausses évidences, la relativité est un magnifique terrain de jeu pour l’intelligence et pour l’imagination.  

Comme celle de toutes les grandes théories, son histoire est riche et, dés sa naissance, elle fut marquée par l’ironie et par les contradictions apparentes.  

Si le nom d’Einstein, et pour les spécialistes celui de Poincaré, s’imposent quand on l’évoque, je vous propose aujourd’hui un voyage chez son premier papa : l’inévitable Galilée.  

En effet, comprendre la relativité suppose au préalable de bien saisir la notion de relativité du mouvement et c’est là une chose moins évidente qu’on ne le pense généralement.  

C’est à Galilée que l’on doit d’avoir insisté sur cette notion fondamentale, aujourd’hui encore immortalisée par le célèbre " (il movimento) e come nullo " : Le mouvement est comme rien.  

Il n’y a pas de mouvement absolu, mais seulement des mouvements relatifs à un observateur ou à un repère (c’est à dire à un système de coordonnées). En ce sens, mouvement et repos sont distinctions de pure convention (celle du choix du repère justement).  
Tous les fondateurs de la relativité sont revenus mille et mille fois sur ce principe de base.  

Ainsi Poincaré dans " La science et l’hypothèse " (1902)

" Il n’y a pas d’espace absolu, nous ne connaissons que des mouvements relatifs "" L’espace absolu, c’est à dire, le repère auquel il faudrait rapporter la Terre pour savoir si elle tourne vraiment n’a aucune existence objective. "

Mais aussi Einstein dans " La relativité "

" Il n’y a pas de trajectoire en soi mais seulement une trajectoire par rapport à un corps de référence déterminé "

Une insistance aussi souvent répétée ne relève pas du hasard. Pas d’accès à la difficile théorie de la relativité sans acceptation préalable et absolue de ce principe (pour une fois !)

 

La relativité du mouvement permet par exemple d’appréhender la notion d’inertie. Il faut autant d’énergie pour mettre un corps en mouvement que pour le stopper puisque ce qui est au repos dans un référentiel (celui attaché corps en question) est en mouvement dans un autre (celui de son environnement). Les deux référentiels sont aussi " valables ", aussi " vrais " l’un que l’autre.


Galilée fut ainsi un double précurseur. Outre son combat pour l’héliocentrisme, qu’il partagea avec Copernic, Bruno, Kepler et quelques autres oubliés par la postérité, il fut par ses travaux sur le mouvement et sur la gravité, l’annonciateur de Newton mais aussi, et peut-être surtout, d’Einstein.

 

A l’époque, au début du 17ème siècle, on illustrait parfois la relativité des mouvements par la fable suivante :


Imaginez un jeune homme contraint à un long voyage en bateau (nous sommes encore au temps de la marine à voile). Amoureux fou de sa fiancée, il passe ses jours et ses nuits à lui écrire une très longue lettre d’amour. Il écrit avec une plume magique dont l’encre laisse une double trace. L’une marque le papier, l’autre s’imprime sur la mer.

 

Si, à la fin du voyage, on demande quelle est la forme du trait dessiné par la plume nous serons obligés à une double réponse. C’est à la fois une lettre d’amour et c’est une simple ligne sur les flots (à cause de la vitesse du bateau le trait sur l’eau ne prend plus la forme des mots qui se trouvent exagérément étirés).

La réalité du trait n’existe pas indépendamment du système de référence choisi. Si l’on prend le papier, c’est une lettre, si l’on prend la mer c’est une ligne. Notons qu’il en va de même de la vitesse de la plume. Elle glisse à quelques centimètres par seconde par rapport à la feuille mais avance à quelques nœuds sur la mer. Là encore, il n’y a pas de réponse unique et absolue.

Tout ceci vous semble une évidence bien comprise ? Patience !

 

Beaucoup moins romantique, notre époque propose une version moderne de la fable. Il y est toujours question de départ mais en train désormais.

En un mot, il s’agit d’un simple constat que nous avons tous faits au moins une fois.

 

Lorsque nous sommes dans un train en gare et que nous constatons un mouvement du convoi voisin, nous hésitons quelques instants avant de décider si c’est notre propre train ou l’autre qui vient de démarrer. Cette image est hélas souvent rapportée pour illustrer la relativité des mouvements.

 

Hélas ! Car non seulement elle est beaucoup moins romantique que celle de la lettre et du bateau mais elle se trouve également fondamentalement trompeuse et induit dans l’esprit tout le contraire de la notion de relativité.

 

En effet, pour résoudre notre hésitation nous avons généralement le réflexe de chercher des repères extérieurs aux deux convois (le paysage ou les abris sur les quais par exemple). S’ils bougent c’est nous qui partons, s’ils restent fixes, c’est le train d’à coté qui prend son départ.

 

Ainsi, très vite, l’esprit s’accroche un à un absolu : Il y a vraiment un train immobile et vraiment un train en mouvement. C’est confortable, mais c’est ainsi que l’on passe à coté de la compréhension de la relativité puisque par cette approche on rétablit la notion de mouvement et de repos absolus. Pauvre Galilée !

 

Beaucoup plus ancien l’exemple de la lettre et du bateau était plus exact ou plutôt ne poussait pas à l’erreur d’interprétation. Il existe d’ailleurs d’autres versions de l’histoire ne faisant pas appel à la magie de la double écriture ; on peut analyser la trajectoire des pierres tombant du mât du navire ou bien le vol de papillons enfermés dans la cale. Dans tous les cas se pose la question de la trajectoire relative et du choix du repère. Vous pouvez inventer votre propre version et même remplacer la lettre par un traité de mathématiques, mais cela serait peut-être dommage.

 

Malgré ces péripéties, je ne doute pas que vous soyez convaincus de la réalité du mouvement. Pourtant, exprimons là autrement !

 

Le Soleil tourne autour de la Terre en un an !

Ceci n’est pas une plaisanterie. C’est tout aussi vrai que l’inverse. Un système de coordonnées basé sur le soleil n’est pas plus " vrai ", pas plus " réel ", pas plus " absolu " qu’un système basé sur la Terre et dans lequel il nous faut bien constater que le Soleil tourne autour de nous. Souvenez-vous de la remarque de Poincaré : " L’espace absolu, c’est à dire le repère par rapport auquel il faudrait rapporter la Terre pour savoir si elle tourne vraiment n’a aucune existence objective ". Cette phrase (que l’on peut appliquer au mouvement de révolution comme à celui de rotation) vous semblait juste il y a quelques lignes encore.

Pourtant, si vous soutenez ce point de vue dans votre entourage, vous passerez au mieux pour un farfelu au pire pour un inculte. Vous découvrirez alors que sous ses airs d’évidence, la relativité bien comprise est au premier abord dérangeante pour l’esprit et fondamentalement choquante envers le bon sens. Il faut du temps pour l’apprivoiser et pour en dévoiler les élégances.

 

Ainsi, curieusement, alors que l’histoire de la lettre d’amour et celle de la révolution du Soleil autour de la Terre sont identiques sur le fond, la première est acceptée tandis que la seconde est fortement rejetée.

 

Bien comprendre la relativité, c’est admettre que les deux choses sont exactement de même nature. Admettre l’histoire de la lettre c’est accepter de facto de dire que le Soleil tourne autour de nous (à condition évidemment, d’admettre également l’inverse, relativité oblige).

 

Pour dire de façon absolue que c’est la Terre qui tourne autour du Soleil (je passe sur le fait que les mouvements elliptiques des orbites se conçoivent par rapport au centre de gravité du système solaire, ce ne sont là que broutilles), il faudrait qu’il existe un repère extérieur absolu, une sorte de cube géant dont les arrêtes seraient des axes de coordonnées et dans lequel se situerait l’ensemble de l’Univers. Or, cela n’existe pas (relisez une troisième fois, j’insiste, les propos de Poincaré).

 

Il faut donc revenir à Galilée. Tout mouvement est relatif. Aussi on peut dire que le Soleil tourne autour de la Terre. Si on le veut, on a parfaitement le droit de présenter les choses ainsi.

 

Etes-vous convaincus ? Oui ?

Mais alors, qui a dit pourtant que c’est la Terre qui tournait autour du Soleil et a même eu de sacrés ennuis pour cette affirmation ?

Galilée !

Quand je disais que la relativité était née dans l’ironie !

Imaginez alors la difficulté pour le vieux savant italien persécuté par les autorités religieuses.

Ses réflexions et ses observations l’ont convaincu de l’héliocentrisme. Il se bat toute sa vie pour imposer sa vision copernicienne du monde. Mais en même temps, il sait qu’une profonde compréhension de sa théorie des mouvements nie toute réalité absolue à cet héliocentrisme.

Simplement, si l’on observe l’ensemble du système solaire, il est infiniment plus pratique de considérer que le Soleil (ou encore une fois, le centre de gravité de l’ensemble) est fixe et que la Terre (et les autres planètes) tournent autour.  

La vie de précurseur est difficile. Galilée eut bien du mérite à imposer des idées subtiles et quelque peu choquantes pour son époque et pour la nôtre encore où toutes les implications de la notion de relativité ne sont pas toujours biens admises.

 

Peut-être, après ses réflexions, ne savez-vous plus tout à fait qui tourne autour de quoi.  Alors tant pis, si le besoin d’absolu vous taraude, vous pouvez encore préférer l’égocentrisme à l’héliocentrisme et vous souvenir de ce vieux proverbe dont la défense ne devrait pas vous envoyer au bûcher.  

 " On te dit que le monde tourne autour du Soleil, mais tu sais bien qu’il tourne autour de toi."

 

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Quelques éléments sur la Relativité

 

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30 juin 2008 1 30 /06 /juin /2008 17:34

 

    Parmi tous les propos qui entourèrent le passage à l’an 2000, nos oreilles furent rebattues d’une controverse sur la date exacte d’entrée dans le 21ème siècle (ou dans le troisième millénaire, il s’agit  de la même question). 
    Permettez-moi d’y revenir encore une fois, après tout, c’est un peu de l’astronomie.
 
    Si les média évoquèrent la question, c'est presque toujours le même point de vue qui fut exprimé. On peut le résumer de la façon suivante :
 
    " Tout le monde pense que le 21ème siècle commencera le 1er janvier 2000 mais il débutera en fait le 1er janvier 2001 comme l’affirment  les spécialistes. "

    L’affaire paraissait entendue. Pourtant, cette prétention tant de fois répétée relève surtout du plaisir de contredire les idées simples. Sous la couverture de la compétence (les spécialistes) elle masque au contraire une méconnaissance et une incompréhension de l’histoire du calendrier. 
    Comme pour bien des sujets, il est utile de préciser le cadre dans lequel on situe sa réflexion. On peut ainsi analyser la question sous trois angles : symbolique, historique et mathématique et tenter ensuite d'en tirer le meilleur compromis.
 

 

Sur le plan symbolique.

     Nous sommes là dans le règne de l’arbitraire et chacun est libre de voir le symbole là où le porte sa propre sensibilité.
    Personnellement j’estime que symboliquement le 1er janvier 2000 constitue la meilleure date.
     D’ailleurs pour le millénaire précédent on a souvent évoqué la grande peur de l’an 1000 rarement celle de l’an 1001, preuve que ce symbolisme du chiffre rond est assez répandu. Certains amateurs de science fiction et du célèbre film " 2001 L’odyssée de l’espace " ne partageront peut-être pas cette vision, c’est évidemment leur droit.

 

Sur le plan historique.

    Notre ère est censée avoir commencé avec la naissance de Jésus Christ, messie du premier ou du zérozième siècle après lui-même (là réside une partie de la question). Aujourd’hui beaucoup d’historiens s’accordent à penser que Jésus Christ est venu au monde quelques années avant sa naissance (sic). L’état civil, il est vrai n’était pas encore parfait en l’an 0 (ou en l'an 1, re sic).

    Cinq ou sept ans ? Un peu moins un peu plus ? Le débat reste ouvert et ne sera probablement jamais tranché. De ce point de vue, en l’an 2000, nous étions déja dans le troisième millénaire depuis " un certain temps " !

 

Sur le plan mathématique.

    Ici heureusement, les choses paraissent plus claires et tout dépend simplement de la date du début.

    Un siècle comprenant cent ans et un millénaire mille, alors :

  • Si notre ère a commencé le 1er janvier 0, alors le premier siècle a commencé le 1er janvier 100 et le troisième millénaire le 1er janvier 2000.  
  • Si notre ère a commencé le 1er janvier 1, alors le premier siècle a commencé le 1er janvier 101 et le troisième millénaire le 1er janvier 2001.

    Comme les historiens considèrent généralement  que les ères commencent par leur année 1, on comprend que la seconde version recueille la préférence  et que  le troisième millénaire ait bien débuté le 1er janvier 2001.

 

Alors débat tranché ?  Non !

    En effet, cette analyse bien qu’inspirée par les méthodes des historiens fait curieusement bon marché de l’histoire. 
    Car s’il n’y a pas eu d’année 0, l’année 1 n’a pas existé non plus, ni l’année 2, ni d’ailleurs, aucune année obéissant à cette règle de millésime jusqu’aux alentours de l’an 530 et même, beaucoup plus tard dans la majorité des sociétés.
 

    C’est en effet en 532 (millésime recalculé car à l’époque, et pour cause, on ne pouvait la nommer ainsi) que le moine Denys le Petit proposa une réforme du calendrier ou plutôt de sa date d’initialisation.
   Alors que jusqu'alors, la fondation de Rome (754 ans avant JC) faisait office de point de départ, Denys le Petit, qui espérait peut-être prendre ainsi une assurance sur la vie éternelle, proposa de décompter les années à partir de la naissance de Jésus Christ.

    Si sa réforme fut assez rapidement approuvée par l’église, ce qui se conçoit bien, son application pratique fut plus laborieuse et ne commença guère à entrer dans les mœurs avant les années 700 à 800. En France, on en trouve trace dans les édits royaux seulement à partir de l’an 1000.

 

    Le début de notre ère fut donc déterminé à posteriori et tout est 

    L’existence ou pas d’une année 0 ne relève pas d’une réalité mais d’un arbitraire et spéculer sur les intentions ou sur les calculs de Denys le Petit ne changerait rien à l’affaire.

    On voit par-là que l’affirmation que le troisième millénaire commence le 1er janvier 2001 est mathématiquement séduisante mais qu’elle est incomplète.

   L’ambiguïté est inhérente à l’histoire et sa reconnaissance l’est tout autant à la bonne compréhension des phénomènes.

   Quant au faits, ils ont tranché, les célébrations ont bien eu lieu le 1er janvier 2000.

    Notons cependant que cette absence d’année 0, qui fait directement passer de l’année – 1 à l’année + 1 dans les livres d’histoire, complique singulièrement tous les calculs d’intervalles incluant cette période. Peut-être doit-on voir là l’un des effets déplorables de l’absence de passerelle entre les sciences classiques et les sciences sociales. Si les historiens faisaient un peu de mathématiques, jamais ils n'auraient retenu une règle aussi hérétique que la suppression du zéro.
   Les astronomes, eux, considèrent que l’année 0 a bien existé. Le plus souvent toutefois, ils résolvent les multiples problèmes de calendrier et de correspondances temporelles en utilisant la notion de jour julien (noté JJ ou MJD pour une version simplifiée) qui consiste simplement déterminer la date en comptant les jours sans faire référence aux années.
Cela permet par exemple de voir si une éclipse relevée à telle date dans le calendrier maya est bien là même que celle évoquée dans tel ou tel registre chinois (encore qu'à cause de la différence de longitudes ces deux sociétés ont du mal à voir les mêmes éclipses).

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Si les questions du calendrier vous intéressent, je vous recommande :

 Le calendrier, de Paul Couderc, Editions PUF, collection " Que sais-je ? " Numéro 203, 1ère édition 1946.

La saga des calendriers ou le frisson millénariste, de Jean  Lefort.  Editions Belin, collection:  Pour la science, bibliothèque scientifique. Edité en 2001. Ce dernier ouvrage est particulièrement complet et instructif.

 

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