Le Livre d'Argent

16/16 En attendant, on partira la semaine prochaine sur un sujet complètement différent… ou pas forcément. Comme je l'ai annoncé à côté, il va être temps de s'intéresser à cette affirmation selon laquelle Halloween serait exactement pareil que Noël. Je vous ai posé l'énigme pour Halloween, c'est normal que je vous donne la solution pour Noël.

Et il n'est pas impossible que résoudre cette énigme rappelle quelques points qu'on a rapidement évoqués dans ce thread. Mais je n'en dis pas plus, ça vous laisse encore une semaine pour chercher. D'ici-là, n'hésitez pas si vous avez des retours concernant ce dont on vient de parler ici, ça fait toujours plaisir :-)

15/16 En attendant des progrès sur ce point, donc, on peut considérer que la physique n'est pas vraiment un domaine de recherche unique : théories différentes, échelles différentes, outils différents (on a comparé les microscopes et les télescopes précédemment)… Même si dans les deux cas il y a des trucs qui tournent autour de machins, ça limite un peu.

Mais pour détailler davantage sur ce point, il faudrait s'engager un peu plus dans la façon dont on définit et dont on découpe les différents domaines scientifiques, et ça prendrait évidemment pas mal plus de temps, donc on verra peut-être ce genre de trucs dans un prochain threads si ça vous branche.

14/16 Pour arriver à dépasser ce souci, il nous faudra donc mettre au point une théorie physique unifiée qui prenne en compte les conditions qu'on rencontre des deux côtés… ce qui est évidemment loin d'être évident.

Il existe à l'heure actuelle plusieurs tentatives, plus ou moins abouties, de mettre au point une telle unification (théorie des cordes, gravité quantique à boucle, etc.), mais elles restent difficiles à valider ou à départager, car leurs différences se trouvent aux limites de ce que nous sommes expérimentalement capables de tester.

Pour vous faire une idée du problème et des possibles solutions, vous pouvez toujours jeter un œil par là : https://fr.wikipedia.org/wiki/Gravit%C3%A9_quantique

13/16 Or, on a déjà pu essayer de faire ça, et on n'a pu que constater quelque chose d'assez gênant : ces deux théories ne peuvent pas fonctionner ensemble. Elles expliquent l'une et l'autre assez parfaitement le comportement du monde matériel dans leur domaine respectif d'application… mais les notions sur lesquelles elles reposent sont incompatibles entre elles.

Entre autres points, la physique quantique décrit un univers « plat » dans lequel le temps est uniforme et commun ; tandis que la relativité générale nous décrit un espace-temps déformé par la gravité (j'en parlerai probablement plus en détails une prochaine fois). Difficile à concilier, donc.

12/16 Ce n'est pas la seule limite de ce type. Ainsi, la raison qui fait que la longueur de Planck est une limite théorique à l'observation est que, on l'a vu la semaine dernière, observer, c'est perturber : pour pouvoir observer quelque chose, il faut lui lancer quelque chose dessus (un photon, par exemple) et détecter le résultat de cette collision. Or, observer quelque chose de plus petit que la longueur de Planck nécessiterait des quantités d'énergie tellement énormes que cela produirait un trou noir, nous empêchant de fait de détecter un résultat.

Mais cette longueur correspond aussi à une autre sorte de limite conceptuelle : comme pour remonter plus loin que le mur de Planck (et chercher à approcher davantage du « big bang »⁽*⁾), chercher à mesurer une distance plus petite que cette longueur limite nécessiterait de mobiliser simultanément les équations de la physique quantique et celles de la relativité.

(∗) Dont je vous parlais dans le thread sur l'expansion : https://fadrienn.irlnc.org/notice/B0FBBndEMU321GJpGC

11/16 On peut déterminer ainsi tout un tas d'unités (la « masse de Planck », par exemple, s'obtient à partir de la longueur de Planck et de la constante ℎ, ce qui fait que notre définition du kilogramme est maintenant exprimée en fonction de cette constante, de la même façon qu'on exprime maintenant le mètre en fonction de la vitesse de la lumière) qui permettent de rendre les calculs beaucoup plus simples à certaines échelles… mais beaucoup moins à la nôtre, évidemment.

Et ce « mur de Planck » que j'évoquais dans le thread sur les atomes ? Il ne s'agit pas d'une unité, mais d'un instant : précisément le moment où l'expansion de l'univers à démarré. On l'appelle « mur » parce qu'il s'agit d'une frontière pour nos connaissances : avant ce moment, nos théories physiques actuelles sont simplement incapables d'expliquer ce qui s'est passé. Ce n'est donc pas « l'instant zéro » de notre univers, mais c'est le moment le plus tôt que nous pouvons appréhender.

Si vous aviez manqué le thread sur les atomes, c'est celui-ci : https://fadrienn.irlnc.org/notice/B0i3iWqqbgijU0cabg

10/16 À la façon d'un « zéro absolu » en température, en dessous duquel on ne peut pas descendre, la « longueur de Planck », que j'évoquais dans mon thread récent sur le microscope et les échelles, représente donc la plus petite unité de longueur qu'il est théoriquement possible de mesurer (on y reviendra un peu plus bas).

À partir de cette distance, on peut définir par exemple le « temps de Planck », qui correspond au temps qu'il faut, en avançant à la vitesse de la lumière, pour parcourir la longueur de Planck. Exprimée en unités de Planck, la vitesse de la lumière n'est donc plus de 299 792 458, comme avec des mètres et des secondes, mais de 1, ce qui est plus pratique à multiplier.

Ah, au fait, si vous avez manqué le thread en question, voyez par là : https://fadrienn.irlnc.org/notice/B0TuiSURCfVA9ialuq

9/16 Cette découverte a profondément bouleversé nos conceptions du monde physique, que l'on considérait jusque là comme plus ou moins continu et infiniment divisible, en tout cas aux limites expérimentales près. La découverte d'une limite théorique à ce niveau a ouvert la voie vers l'étude d'un monde assez nettement différent de celui que nous expérimentions à notre niveau macroscopique : un monde basé sur des « quanta », dont l'étude a donc été baptisée « physique quantique ».

Les travaux de Max Planck publiés en 1900 sont donc en quelque sorte le point de départ de l'étude du monde quantique, et ça justifie sans doute déjà le fait qu'on ait finit par nommer pas mal de choses en son honneur. Mais si on retrouve son nom pour tout un tas d'unités, c'est aussi un peu plus directement… parce qu'elles découlent de sa proposition de 1899 et des travaux qui ont suivi autour de la constante ℎ.

8/16 Vous aurez remarqué que cette équation, dite « Relation de Planck » ressemble assez à une autre dont on a parlé plus haut. En effet, on évalue dans les deux cas une quantité d'énergie E, l'une par rapport à une masse m, et l'autre par rapport à une fréquence ν. La constante de Planck est donc utilisée dans cette équation de façon équivalente à la vitesse de la lumière dans l'autre.

Mais l'intérêt essentiel des travaux de Max Planck à ce niveau, et auquel il a eu lui-même un peu de mal à adhérer, était qu'ils montraient que l'énergie ne peut pas varier de façon continue. Comme le nom qu'il a initialement donné à sa constante l'indiquait, il s'agit d'un « quantum », une quantité d'énergie minimale indivisible, et les variations d'énergie ne peuvent se faire que par des multiples de ce « quantum ».

7/16 On note généralement cette constante par la lettre h. Enfin, plus précisément, par un h un peu stylisé, qui a même droit à un caractère unicode spécifique pour l'écrire : ℎ. Quand une constante physique reçoit carrément son caractère unicode dédié, on peut se douter qu'elle a un statut plutôt important.

Elle sert en fait à décrire la relation entre l'énergie d'un photon (une « particule » de lumière) et la fréquence de l'onde électromagnétique correspondante. Sous une forme plutôt simple et qui vous rappellera peut-être quelque chose : « E = ℎ·ν », où E représente la quantité d'énergie et ν représente la fréquence.

Oh, concernant la notion de photon et le fait de considérer la lumière comme une onde, ça ne fera pas de mal de jeter un œil au thread de la semaine dernière si vous l'avez loupé, donc voyez là : https://fadrienn.irlnc.org/notice/B0ws7jf7pRVSNNn3xY

6/16 Et c'est dans ce contexte qu'intervient Max Planck, physicien allemand qui a proposé en 1899 un système d'unités dans lequel on donnerait les valeurs simples aux constantes fondamentales de notre univers plutôt qu'aux unités de notre vie de tous les jours. Il n'était pas le premier à faire une telle suggestion, et sur le coup ça n'a pas forcément emballé les foules.

Planck travaillait à cette époque sur le deuxième principe de la thermodynamique et cherchait plus particulièrement à résoudre un problème mis en lumière quelques années plus tôt par Lord Kelvin (qu'on vient de croiser, mais qui donc avait changé de nom entre temps. Son nom d'origine n'est a priori pas un deadname, mais bon, utilisons celui de l'époque). Il publiera l'année suivante à ce sujet un article contenant la première mention de ce qu'il appelle le « quantum élémentaire d'action », qu'on renommera par la suite en son honneur la « constante de Planck ».

5/16 Pourquoi ne pas faire pareil pour d'autres unités ? Avec notre définition actuelle du mètre et de la seconde, par exemple, la vitesse de la lumière dans le vide (qui est une constante fondamentale de notre univers, puisqu'en l'état actuel de nos connaissances, il s'agit de la plus grande vitesse qu'il est physiquement possible d'atteindre) vaut, j'en ai déjà parlé ici une fois ou deux, 299 792 458 mètres par seconde⁽*⁾.

Ce n'est pas le nombre le plus pratique qui soit à caser dans une équation… et pourtant, il apparaît dans certaines d'entre elles : c'est ainsi ce que représente la lettre « c » dans la fameuse « E = m⋅c² » qui établit le lien entre la masse et l'énergie, et qui a été d'abord suggérée par Henri Poincaré en 1900, puis énoncée explicitement par Olinto De Pretto en 1903, avant d'être rendue ultracélèbre par Albert Einstein en 1905.

(∗) Ça paraît beaucoup, mais pour compter les grandes distances de l'univers, on a plutôt besoin de recourir à ce que parcourt la lumière en une année, comme on en parlait là : https://fadrienn.irlnc.org/notice/B00lUseSbXOY4KtQ8W

4/16 Et donc parfois, ce côté arbitraire se sent un peu. Par exemple, pour les températures, notre 0° correspond au point d'équilibre entre la fonte de la glace et le gel de l'eau liquide, mais il n'y avait pas spécialement de raison de prendre ça plutôt qu'autre chose, et il reste tout un tas de températures possibles en dessous de ce « zéro ».

Il existe pourtant une température fondamentale en dessous de laquelle on ne peut physiquement pas descendre, un « zéro absolu », qui vaut -273,15°, et c'est pourquoi un certain William Thomson a proposé dès 1848 d'utiliser une autre unité, correspondant simplement à notre manière habituelle de compter les températures, mais en mettant le zéro beaucoup plus bas. Thomson a par la suite été anobli pour devenir Lord Kelvin, d'où le fait que cette unité soit aujourd'hui nommée « kelvin » en son honneur.

Si vous voulez un peu plus de détails sur les différentes façons de mesurer les températures, j'avais écrit un petit article de blog là-dessus : https://fadrienn.irlnc.org/articles/sciences/farenheit_212/

3/16 Notre système d'unités basés sur le mètre, nommé le « système international d'unités » parce qu'il est utilisé presque partout dans le monde (même si d'autres systèmes persistent par endroits), a ceci d'intéressant que les unités sont pas mal régulières et reliées entre elles, donnant des valeurs et des conversions relativement cohérentes. C'est généralement plus pratique, hors force des habitudes, que de compter en pouces ou en onces.

Pour autant, les unités que nous utilisons n'ont pas spécialement de signification fondamentale : elles sont définies à partir de grandeurs physiques précises histoire d'avoir une référence commune, mais, à la base, ce sont seulement des grandeurs plutôt pratiques pour nous, sans plus. Elles sont « à notre taille », mais ne veulent rien dire de particulier.

Ce qui fait d'ailleurs que les explications farfelues à base par exemple de mesure de pyramides en mètres ont assez peu d'intérêt, mais au moins ça me permet, pour les gens qui préfèrent la vidéo à la B.D., de suggérer ça : https://skeptikon.fr/w/nNdvyTfgzBGJsggLWKPsWX

2/16 On a évidemment inventé pas mal d'unités de mesures avec le temps, plus ou moins arbitraires et plus ou moins pratiques selon les objets à notre disposition dans la vie de tous les jours. Ainsi, la plus ancienne estimation de la taille de la Terre dont on ait retrouvé les détails (je vous ferai peut-être un thread sur ça un de ces jours) a été exprimée par Ératosthène en… stades.

L'unité est, comme son nom l'indique, basée sur la longueur d'un stade sportif, avec ce petit souci que la taille usuelle d'un stade sportif a varié au cours de l'antiquité, faisant qu'on n'est pas toujours sûrs de savoir auquel telle ou telle mesure antique se rapporte. Pas très pratique. On a quelque chose d'un peu mieux de nos jours avec le mètre, mais ça n'a pas été une histoire de tout repos.

Si vous aimez les B.D. et les blagues parfois douteuses, @gee parle de ça très bien ici : https://grisebouille.net/la-fabuleuse-histoire-du-metre/

Nous voici de nouveau #VendrediVulga et donc repartis pour un nouveau #Vulgadredi, qu'on va enfin consacrer à détailler un peu quelque chose au sujet duquel je vous tease un peu depuis maintenant quelques semaines. Au cours de nos explorations de l'infiniment grand et de l'infiniment petit, nous avons en effet rencontré à plusieurs reprises certaines unités particulières, évoquées rapidement mais qui méritent bien leur thread à elles.

Mais avant tout et pour bien commencer cette nouvelle série de seize pouets, parlons d'unités d'une manière générale. On a, dans la vie de tous les jours, besoin de mesurer tout un tas de trucs : des distances, des temps, des températures, etc. Et pour ça, il nous faut des points de référence communs, histoire de savoir par rapport à quoi on cause.

@Jeanneadebats On m'a vanté l'Encyclopédie du Savoir Relatif et Absolu. J'ai essayé. Ça m'a définitivement vacciné contre l'auteur, je pense. Soutien.

@Zythom Ah beh tiens, y a quelqu'un dans l'affaire qui aurait eu besoin de lire le dernier article de vulga de @gee, on dirait…

https://grisebouille.net/un-fichier-supprime-existe-toujours/

Bravo à toi, en tout cas.