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Vieux 26/01/2003, 02h08   #1
CHAZumaru
 
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Post Instruisez-vous bande de moules

ATTENTION !
Nouveau venu, étranger, représentant de commerce, si tu prends ce topic comme première expérience de la vie du forum, nous ETIONS TOUS SANS EXCEPTION sous l'effet de l'alcool, de la drogue et sous la menace d'une arme. Ce topic ne représente absolument pas*tousse*le forum Neogeofans, endroit merveilleux et candide où l'on ne se risquerait pas à parler physique quantique, nécessité du site pornographique et complexité du papier-toilette. A bon entendeur...



Citation:
Tout cela est passionnant, et j'ai sincèrement pitié pour les pauvres nazes qui pensent le contraire.
LA THEORIE DES CORDES


Introduction

L'ultime but de la science est de fournir une théorie unique qui décrive l'univers dans son ensemble. Cette théorie serait l'aboutissement de l'unification de la mécanique quantique (décrivant des phénomènes à une échelles extrêmement réduite) et la relativité générale (décrivant la force de gravité et la structure à grande échelle de l'univers).

A ce jour, les scientifiques décrivent l'univers grâce à ces 2 théories partielles de base. Ces théories sont suffisantes pour faire des prédictions exactes dans toutes les situations mais pas dans les cas les plus extrêmes.

Il est clair qu'Einstein à fait connaître à la physique moderne un bond énorme. La théorie de la relativité générale a supplanté la théorie de Newtonienne de la gravitation et passé avec succès tous les test expérimentaux et observationnels.

Pourtant, cette théorie reste apparemment inconciliable avec la physique quantique (à savoir un ensemble de lois découvertes il y a 70 ans et auxquelles la nature obéit rigoureusement.

Rappelons les 4 forces/interactions fondamentales:

-l'électromagnétisme (s'exerce entre particules chargées)

-l'interaction faible (responsable de certaines désintégration nucléaire)

-l'interaction forte (permet la cohésion des particules à l'intérieur des noyaux atomiques)

-la gravitation (attraction mutuelle entre les corps matériels)

Les 3 premières forces peuvent être combiné dans ce que l'on appelle les théories de la grande unification.
Il n'existe pas de "version quantique" de la gravitation. Cette dernière contient un certain nombre de quantités, comme les masses relatives de différentes particules, qui ne peuvent être prédites par la théories mais qui doivent être choisies pour cadrer avec les observations.

La principale difficulté pour trouver une théorie unifiant la gravitation et les autres forces est que la relativité générale est une théorie "classique", c'est à dire qu'elle ne contient pas de principe d'incertitude comparable à celui existant en mécanique quantique. Le premier objectif conduisant à une unification de la physique sera donc de combiner la relativité générale avec le principe d'incertitude.
Si on essaye de combiner ces deux principes , il n'y a que deux quantités à ajuster: l'intensité de la gravité et la valeur de la constante cosmologique (vitesse d'expansion de l'univers).



Tentatives d'unification

Albert Einstein fut le premier physicien à tenter d'élaborer une théorie unificatrice dans les années 1910. Ses travaux sur la relativité lui faisant présumer l'existence d'une théorie commune pour les forces électromagnétiques et gravitationnelles, il essaya en vain, durant les trente dernières années de sa vie, de concevoir un modèle où forces et particules seraient représentées uniquement par des champs, les particules n'étant rien d'autre que des zones du champ où les valeurs d'intensité seraient particulièrement élevées. Mais l'avènement de la théorie quantique et la découverte de nouvelles particules sonnèrent l'échec d'Einstein, qui ne pouvait réussir dans sa tâche en s'aidant uniquement des lois de la relativité et de la physique classique.

Cette quête fut relancée dans les années 1960 sous l'impulsion des physiciens américains Steven Weinberg et Sheldon Glashow, et du physicien pakistanais Abdus Salam. Ces trois chercheurs parvinrent à unifier l'interaction nucléaire faible et l'interaction électromagnétique en faisant appel à des symétries internes, symétries portant sur les propriétés intrinsèques des particules (charge, spin, etc.) et non sur leurs positions spatio-temporelles. Selon cette théorie connue sous le nom de théorie électrofaible, les photons, responsables des interactions électromagnétiques, appartiendraient à la même famille que les bosons intermédiaires W et Z, qui gouvernent les interactions faibles.

En 1976, apparut le nom de supergravité. Elle se base sur la supersymétrie (1974) associant à chaque particule de matières (fermions: spin 1/2 et 3/2), une particule support de forces (bosons: spin entier: 0,1 et 2) et réciproquement. La supergravité combine une particule de masse nulle et de spin 2, le graviton à d'autres particules de spins 3/2, 1, 1/2 et 0. Toutes ces particules pouvant être considérées comme faisant partie d'une "superparticule".

Aujourd'hui, les scientifiques tentent de combiner les quatre types d'interactions à l'aide de théories de supersymétrie et de supergravité mais le problème s'avère très ardu, les physiciens ne parvenant pas à englober l'interaction gravitationnelle dans leur théorie unificatrice. Pourtant, après des décennies d'échecs, la théorie des cordes semble ouvrir de nouveaux horizons...



Théorie des cordes

Il plusieurs théories des cordes, dont 5 sortent du lot. Elles reposent toutes sur l'idée de ne pas considérer les objets fondamentaux de la physique comme des particules ponctuelles (de dimension 0) mais des entités de dimension 1, dotées d'une longueur très petite. Les différentes particules que nous connaissons apparaîtraient alors comme différents modes de vibration d'une corde (de la même façon que chaque mode vibration d'une corde de guitare correspond à une note).

La multiplicité des théories pose la question : une des théorie est elle plus exacte que les autres? La réponse fut apporté grace au travaux de plusieurs équipes dont notamment de E. Witten. En fait chacune des théories est un cas particulier d'une théorie plus générale utilisant la supersymétrie.

Les théories des cordes semblent cependant n'être valables que si l'espace temps possède 10 ou 26 dimensions au lieu de nos 4 habituelles! Si elles existent pourquoi n'en voyons nous que 3 d'espaces et une de temps? En fait, on suppose que les autres dimensions sont courbes dans un espace de très petite taille.
On imagine alors que dans un univers primitif toutes les dimensions étaient sous cette forme et que certaines dimensions (celles que nous connaissons) se sont ouvertes.

L'idée d'un nombre de dimensions supérieur à 4 n'est pas nouvelle et prend sa source dans l'hypothése émise par un mathématicien germano-polonais en 1919, Théodor Kaluza.Ce dernier énoncait une théorie qui, à première vue, unifiait avec élégance l'électromagnétisme et la gravitation, en considérant notre universe comme ayant 5 dimensions. Cette théorie fut améliorée par Oskar Klein, un physicien suédois, en 1926, il estima notament la taille de la 5e dimension come étant de l'ordre de 10e-35m. Vers 1930, la théorie Kaluza-Klein tomba dans l'oubli ou plutot s'effaca devant la déferlante de la mécanique quantique.

Deux types de cordes sont envisageable: ouvertes et fermée. Une corde typique serait si petite qu'il faudrait en mettre 10e20 bout à bout pour atteindre le diamètre d'un simple proton. Il n'existe sur Terre aucun moyen de tester en laboratoire de façon expérimentale la structure de la matière à cette échelle, il faudrait pour cela un accélérateur de particules plus grand que la Terre elle-même.

Alors que le chemin d'une particule normale dans l'espace temps est une ligne (ligne d'univers), le chemin d'une corde sera une surface bidimensionelle (feuille d'univers), une bande ou un cylindre selon le type de corde.

Deux morceaux de cordes peuvent s'ajouter pour former une seule corde. De même, un morceau de corde peut se diviser en 2 cordes. Ainsi, l'émission ou l'absorption d'une particule par une autre peut se traduire en terme de "cordes" par la division ou la jonction de cordes.
Ainsi, dans un modèle proposé en 1988, la lumière, décrite par des cordes ouvertes, peut se propager dans les trois dimensions qui nous sont familière, alors que la gravitation, représentée par des cordes fermées, peut se propager dans les dimensions parallèles envisagées par la théorie des cordes.

Les physiciens mathématiciens sont très intéressés par les implications de la théorie des cordes : tout en fournissant une explication du comportement connu de particules comme les électrons et les protons, elle donne une description de la gravitation en termes de comportement de cordes vibrantes ayant la forme de boucles. De nombreux physiciens estiment que les supercordes constituent donc le meilleur espoir de pouvoir développer un jour une "théorie du tout" fondamentale.



Peut-il y avoir réellement une théorie unique?

En fait, il semble qu'il y ait 3 possibilités:

1- Il n'y a pas de théorie de l'univers, les événements ne peuvent être prédits au delà d'un certain point et arrivent au hasard et de manière arbitraire.
Cette version est défendue par certains affirmant que si un ensemble de lois décrivaient le fonctionnement de l'univers, cela enfreindrait la liberté de Dieu, fut effacé en redéfinissant le but de la physique c'est à dire: de formuler un ensemble de lois capables de prédire les événements seulement dans les limites du principe d'incertitude.

2- Il n'y a pas de théorie ultime de l'univers, juste une suite infinies de théories partielles qui décrivent l'univers plus ou moins précisément.
Cependant il semble vraiment que la séquence de théories de plus en plus raffinées doivent connaître quelques limites dans le futur. En effet, la gravité parait fournir une limites à cette séquence de "poupées russes". Si l'on avait une particule avec une énergie supérieure à l'énergie de Planck (10e10 GeV), sa masse se retrancherait elle même du reste de l'univers et formerait un trou noir. Bien sur, l'énergie de Planck représente un long chemin à partir des énergies obtenues actuellement avec nos accélérateurs (~100 GeV), mais tous laisse penser qu'une théorie universelle existe.

3- Il y a bien une théorie unifiée.
Paradoxe fondamental de la théorie de l'unification
Les notions relatives aux théories scientifiques supposent que nous sommes des êtres rationnels, libre d'observer l'univers comme nous le voulons et de tirer des conclusions logiques à partir de ce que nous voyons. Donc, si une théorie complètement unifiée existe elle est vraisemblablement capable de déterminer nos actions. Ainsi, la théorie elle même devrait déterminer l'aboutissement de notre recherche la concernant!



Paradoxe fondamental de la théorie de l'unification

Les notions relatives aux théories scientifiques supposent que nous sommes des êtres rationnels, libre d'observer l'univers comme nous le voulons et de tirer des conclusions logiques à partir de ce que nous voyons. Donc, si une théorie complètement unifiée existe elle est vraisemblablement capable de déterminer nos actions. Ainsi, la théorie elle même devrait déterminer l'aboutissement de notre recherche la concernant !
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Dernière modification par CHAZumaru 29/01/2003 à 00h35.
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Vieux 26/01/2003, 02h37   #2
geese
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Vieux 26/01/2003, 03h25   #3
samz
 
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Re: Instruisez-vous bande de moules

Citation:
Provient du message de CHAZumaru


LA THEORIE DES CORDES
L'ultime but de la science est de fournir une théorie unique qui décrive l'univers dans son ensemble.

ça c t avant maintenant le seul but de la science c de faire taire Chaz




et si tu leur parle comme ça au moules elle ne s'instruise pas elle se referme


et j'en sais kelke chose chui cuisto


et personne veux aller chercher michel chevalet au moins avec lui les moules comprenaient

ou meme bonaldi avec un sujet comme ça serai capable de nous faire exploser un truc avec une expérience a la con^^



bien que patrice carmouse ce démerde bien aussi



voila j'ai étalé toute ma connaissance des annimateur pourrit en un seul post baleze hein ^^
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Dernière modification par samz 26/01/2003 à 03h32.
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Vieux 26/01/2003, 03h27   #4
Le Yasha des Alpages
 
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"tiens la loi qu'on avait trouvée marche pas la

-c'est pas grave, on n'a qu'a dire que c'est quantique, ca passera

-ah bah oui , j'suis con"

Autant, le sujet semble interressant, autant ton(?) "exposé" n'est pas très clair, ça donne l'impression d'un résumé d'un truc soit pas forcément très bien compris, soit destiné à des personnes qui savent déja bien de quoi ça parle, parceque bon, vu le nombre de termes balancés, on (en tous cas moi) comprend rien : c'est quoi la différence entre une corde ouverte et une corde fermée ? c'est comme la patate avec ou sans la peau ? et pourquoi l'une irait a la lumiere et l'autre a la gravité ? et c'est quoi la taille d'une dimension ?

Donc, t'as maintenant t'as 5 minutes pour redire ça clairement (et pas la peine de parler de spin, de bozons et de constante cosmologique (a moins de nous expliquer bien doucement ce que c'est hein )), allez hop, j'attends, un truc bien vulgarisé genre "la physique pour les nuls".
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Vieux 26/01/2003, 03h35   #5
Neox
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Qui peut faire une petite synthese!
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Vieux 26/01/2003, 04h00   #6
fifi
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moi j'crois qu'un STAGE chez les FOUS s'impose
enfermé le SVP
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Vieux 26/01/2003, 12h50   #7
CHAZumaru
 
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Hop à la demande générale du Yasha :

uN pEtIt LeXiQuE dE pHySiQuE qUaNtIqUe !

<(^.^<) boom boom yeah \(^o^)/ guru guru hey (*^_^)*

_________________________________________________
|aujoud’hui: la physique quantique, la relativité et le boson|
\/
(°.° )

Physique quantique

La physique quantique, voila un domaine qui echappe au sens commun. Elle est intimement liée avec le monde qui nous entoure dans la mesure ou elle permet de décrire les propriétés dynamiques des particules subatomiques et les interactions entre la matière et le rayonnement. Cependant, la théorie quantique reste en marge (jusqu'a present...) avec les théories qui s'appliquent à l'echelle macroscopique (la mécanique classique par exemple).

Qui veut apprehender la physique quantique doit abandonner toute intuition et toute logique fondée sur sa connaissance du monde qui nous entoure. De plus, elle s'appuie sur des formalismes mathématiques puissants impossibles à traduire en concepts courants. La théorie quantique se caractérise par un ensemble de concepts abstraits totalement contre-intuitifs qui la rende très difficle à vulgariser. Ce pourquoi cette page ne s'étalera pas dans les détails saugrenus de cette discipline mais essaiera plutot d'aborder les notions, précisement non intuitives, qu'il est necessaire d'avoir à l'esprit pour mieux appréhender les sujets de ce site.

Aujourd'hui, la théorie quantique constitue le fondement de toute la physique moderne: la physique du solide, la physique de la matière condensée, la supraconductivité, la physique nucléaire et la physique des particules élémentaires trouvent en cette théorie un base cohérente.


Ce que ne sont pas les atomes

En 1911, le physicien Rutherford détermina l'existence du noyau atomique. Il émit l'hypothèse que tous les atomes sont constitués d'un noyau dense chargé positivement et autour duquel tournent, comme les planètes autour du Soleil, les électrons chargés négativement. La théorie électromagnétique classique développée par le physicien britannique James Maxwell prédit sans équivoque qu'un électron tournant autour du noyau rayonne continuellement de l'énergie électromagnétique jusqu'à épuisement total de son énergie. Ainsi, d'après la théorie classique, un atome tel que décrit par Rutherford serait instable. Cette lacune amena le physicien danois Niels Bohr, à postuler, en 1913, que la théorie classique n'est pas valable pour un atome et que les électrons se déplacent sur des orbites placées à des distances déterminées du noyau et qu'à chaque changement d'orbite d'un électron il y a absorption (s'il s'éloigne du noyau) ou émission d'énergie (s'il s'en approche). Damned, qu'avait il fait la, l'image décrite en 1911 est sympathique car facile à assimiler avec des concepts familiers.

Cependant, comme je l'ai souligné plus haut, la mécanique quantique n'est pas le domaine du familier, l'image donnée par Bohr est pur le moins trompeuse. Les electrons ne tournent pas autour du noyau! Ce sont des objets quantiques qui ne sont pas modélisables par des points et qui ne possèdent pas de trajectoire. Les electrons n'occupent pas une position précise mais sont diffus. On les décrit par une fonction d'onde (LIEN) qui determine la probabilité de leur présence en un lieu et à un instant donné. On représente communement cette probabilité par des sortes de nuages flou (orbitales) plus ou moins dense selon cette probabilité. Les electrons d'un atome on des niveaux d'énergie bien définis spécifique à l'élément considéré

Théorie des quanta

Le premier développement qui conduisit à la résolution des difficultés théoriques que les observations amenaient fut l'introduction par le physicien allemand Max Planck de la notion de quantum comme réponse aux études conduites par les physiciens sur le rayonnement du corps noir, pendant les dernières années du XIXesiècle. Son hypothèse indiquait que l'énergie était rayonnée seulement par quanta d'énergie hu, où u est la fréquence et h le quantum d'action, connu aujourd'hui sous le nom de constante de Planck. En 1900, Planck affirma donc que la matière ainsi que l'énergie rayonnante ont une structure discontinue et postula que la matière ne peut émettre ou absorber l'énergie rayonnante que par petites unités discrètes appelées quanta.

La superposition d'état

Voila encore une exclusivité quantique. Le principe de superposition affirme que les caractéristiques d'un atome, d'une particule ou d'un système quantique en général constituents un état. Or, quand un système à plusieurs état possibles, la somme de tous ces états est également un état possible! Le système se trouve alors dans une superposition d'état. C'et grace à ce principe qu'une particule peut occuper plusieurs positions à la fois ou qu'un atome peut se trouver dans un état de superposition d'energies. Ce phénomène est bien sur impensable dans l'univers classique. Le simple fait de mesurer fait disparaitre la superposition d'état au profit d'un seul. Pourtant à defaut d'avoir une mesure de la superposition d'états la théorie quantique nous donne la probabilité qu'on a de mesurer chaque état.

Remarque: Pour rester dans le domaine de la cosmologie, on peut souligner une hypothèse interessante de Hugh Everest qui postule que a chaque réduction du nombre d'états il n'y a pas passage de superposition d'états à un seul mais réalisation de tous les état dans un univers différent. Théorie qui reste, à priori, inverifiable de par le fait que les univers parallèles ne communiquent pas entre eux.

La dualité onde-corpuscule

Que les atomes soient constitués de particules, soit, mais il restait encore des phénomènes inexplicables. Comme les ondes électromagnétiques ont des caractéristiques de particules, le physicien français Louis Victor de Broglie suggère, en 1924, que les particules pourraient aussi, dans certains cas, montrer des propriétés d'ondes. Quelques années plus tard, cette prédiction fut vérifiée expérimentalement par les physiciens américains Clinton Joseph Davisson, LesterHalbert Germer et le britannique George Paget Thomson. Ils montrèrent qu'un faisceau d'électrons dispersés par un cristal génère une diffraction caractéristique d'une onde.

L'équation d'onde

La notion ondulatoire de la particule permet au physicien australien Erwin Schrödinger de développer une équation dite équation d'onde pour décrire les propriétés ondulatoires de la particule et, plus particulièrement, le comportement de l'électron dans l'atome d'hydrogène. L'équation d'onde de Schrödinger présente donc quelques solutions discrètes seulement, ces solutions sont des expressions mathématiques dont les paramètres représentent les nombres quantiques. (Les nombres quantiques sont des entiers introduits dans la physique des particules pour exprimer la grandeur de certaines quantités caractéristiques des particules ou des systèmes.) Les solutions de l'équation de Schrödinger indiquent aussi que les quatre nombres quantiques de deux électrons ne peuvent pas occuper le même état énergétique. Cette règle, déjà établie empiriquement par le physicien suisse Wolfgang Pauli, en 1925, est appelée principe d'exclusion.

Le principe d'incertitude

L'impossibilité de localiser un électron avec exactitude à un moment précis est analysée par Werner Heisenberg qui, en 1927, formule le principe d'incertitude. Ce principe stipule l'impossibilité de déterminer simultanément la position exacte et le moment d'une particule. Non pas à cause de l'imprécision des appareils de mesure, mais à cause d'une caractéristique intrinsèque du monde quantique. En premier lieu, il est impossible de mesurer la position d'une particule sans perturber sa vitesse. Les connaissances de la position et de la vitesse sont dites complémentaires, c'est-à-dire qu'elles ne peuvent pas être précisées simultanément. Ce principe est aussi fondamental si l'on veut comprendre la mécanique quantique telle qu'elle est conçue aujourd'hui: les caractères ondulatoire et corpusculaire du rayonnement électromagnétique peuvent être compris comme deux propriétés complémentaires du rayonnement.

Les recherches actuelles

Malgrès son efficacité incontestable et ses succès dans de nombreux domaines et applications de la physique (lasers, transistors, ...) la physique quantique continue à poser deux problèmes d'envergure :

Ou se trouve la limite entre ce monde quantique aux régles étranges et le monde macroscopique que la physique classique décrit entièrement?

Pourquoi les lois des la physiques quantique, qui ne s'appliquent qu'au monde subatomique, ne peuvent se généraliser à l'echelle de l'univers (ou inversement).

Nous sommes confronté à deux constatations contradictoires. Le monde quantique semble exister en marge de l'univers et pourtant on a pu constater que l'observateur perturbe l'objet quantique quand il l'observe, le monde exterieur ne semble donc pas exister de facon totalement independante! La recherche du lien entre la mécanique quantique et les lois de l'univers (la théorie du tout en quelque sorte) est toujours un des plus grand défi de la physique.

######

La théorie de la Relativité générale


Théorie tentant initialement d'expliquer le mouvement relatif des corps. La physique moderne connaît en fait deux concepts très différents, la relativité restreinte et la relativité générale, tous deux développés au début du XXesiècle, notamment par Albert Einstein. La théorie de la relativité et ses ramifications font aujourd'hui partie des concepts fondamentaux de la physique.

Physique classique

À la fin du XVIIesiècle, Isaac Newton énonça les principes fondamentaux de la mécanique, résumés par ce qu'on appelle aujourd'hui les lois de la mécanique classique. Avant l'introduction de la théorie de la relativité, les lois de la mécanique étaient communément acceptées par les scientifiques. La mécanique newtonienne et la mécanique relativiste diffèrent par leurs hypothèses fondamentales et leur traitement mathématique. Cependant, les résultats globaux qu'elles permettent d'établir ne sont pas toujours contradictoires, surtout lorsque l'on étudie des situations physiques "simples". Par exemple, lorsque l'on cherche à prédire le comportement de deux boules de billard qui viennent de s'entrechoquer, la mécanique classique et la mécanique relativiste donnent des résultats quasiment identiques. Les calculs mathématiques classiques étant bien plus simples que les calculs en mécanique relativiste, on préfère les utiliser pour étudier de tels cas. Par contre, lorsque la vitesse des corps, ou particules, est proche de la vitesse de la lumière, les deux théories prédisent des comportements très différents. Il faut alors appliquer les lois de la mécanique relativiste.

La limite d'application de la mécanique classique à un corps en mouvement est définie par un facteur introduit par les physiciens Lorentz et Fitzgerald à la fin du XIXesiècle. Ce facteur est représenté par la lettre grecque bêta et est défini par: béta=v/c, avec v la vitesse du corps et c la vitesse de la lumière, soit 3.108m/s. On utilise la mécanique classique lorsque b est négligeable devant 1. Pour b proche de 1, il faut appliquer la mécanique relativiste. Ainsi, pour les phénomènes terrestres courants (mécanique du solide, balistique), les corrections relativistes peuvent être négligées. Par contre, lorsque les vitesses des corps deviennent très élevées, comme dans certains phénomènes astronomiques, les corrections relativistes sont significatives. De même, lorsque les distances considérées sont très grandes, ou lorsque l'on étudie des agrégats de matière quantitativement importants, l'utilisation des principes relativistes est indispensable. De la même façon que la théorie quantique s'applique à l'infiniment petit, la théorie de la relativité s'applique à l'infiniment grand.

Les principes de la physique classique étaient universellement acceptés jusqu'en 1887. Cette année-là, le physicien Albert Michelson et le chimiste Edward Williams Morley réalisèrent l'expérience portant leurs noms. Les deux scientifiques tentèrent de déterminer la vitesse de la Terre dans l'éther, substance censée transmettre les rayonnements électromagnétiques et supposée occuper tout l'espace. Si le Soleil était immobile dans l'espace, la Terre aurait une vitesse constante de 29km/s du fait de sa révolution autour du Soleil. En revanche, si le Soleil et le Système solaire étaient en mouvement dans l'espace, la direction variable du mouvement orbital de la Terre impliquerait que sa vitesse apparente est une combinaison de sa vitesse propre et de la vitesse du Soleil. Le résultat de l'expérience fut inattendu et fut à cette époque inexplicable: la vitesse apparente de la Terre dans l'éther hypothétique est nulle.

Dans la pratique, l'expérience de Michelson-Morley devait permettre de détecter une différence de vitesse de la lumière, en utilisant deux faisceaux lumineux se propageant dans deux directions différentes de l'espace. En effet, si un rayon lumineux et un observateur se déplaçaient dans la même direction de l'espace aux vitesses respectives de 300000km/s et 29km/s, la lumière dépasserait l'observateur, avec une vitesse apparente qui serait la différence entre ces deux vitesses. Si l'observateur se déplaçait dans la direction opposée à celle de la lumière, la vitesse apparente du Soleil serait la somme des deux vitesses. C'est cette différence que l'expérience de Michelson-Morley n'est pas parvenue à détecter.

Dans les années 1890, Lorentz et Fitzgerald avancèrent indépendamment l'hypothèse suivante: lorsqu'un corps se déplace dans l'espace, la longueur de sa trajectoire est contractée dans le sens du mouvement. L'échec de l'expérience de Michelson-Morley put alors être expliqué. Bien que l'un des faisceaux de lumière se déplace plus lentement que l'autre, c'est-à-dire qu'il parcourt dans le même temps une distance plus faible, cette dernière est mesurée avec des instruments soumis au même raccourcissement, selon l'hypothèse de Lorentz-Fitzgerald. Le phénomène prévu est donc inobservable. Ainsi, dans l'expérience de Michelson-Morley, la distance parcourue par la lumière en 1s semble être la même, quelle que soit la vitesse avec laquelle la lumière se propage réellement. La contraction de Lorentz-Fitzgerald fut cependant considérée par les scientifiques comme peu satisfaisante, car elle utilise la notion de mouvement absolu pour conclure qu'un tel mouvement ne peut être observé.

Relativité restreinte

En 1905, Einstein publia le premier article important sur la théorie de la relativité. Le scientifique nie alors l'existence du mouvement absolu. Selon lui, dans l'Univers, aucun corps particulier ne peut fournir de système de coordonnées de référence universel qui soit au repos absolu. Tout corps fournit par contre un système de référence convenable, dans lequel tout mouvement peut être étudié. Il est donc tout aussi correct d'affirmer qu'un train passe devant une gare, ou que la gare se déplace par rapport au train. Selon Einstein, tout mouvement est donc relatif et on doit préciser le référentiel d'étude.

Aucune des hypothèses fondamentales d'Einstein n'est révolutionnaire, surtout si l'on se borne à l'exemple du train. En effet, Newton avait déjà affirmé que le repos absolu ne pouvait pas être défini par rapport à la position des corps qui nous entourent. Ce qui fut nouveau, c'était d'affirmer que la vitesse relative de tout observateur par rapport à un rayon lumineux est toujours la même, soit approximativement 300000km/s. Ainsi, si deux observateurs se déplacent l'un par rapport à l'autre à une vitesse de 160000km/s, et mesurent la vitesse d'un même rayon de lumière, ils trouveront tous les deux que ce dernier se déplace à 300000km/s. Ce résultat apparemment anormal fut démontré par l'expérience de Michelson-Morley. Selon la physique classique, l'un des observateurs peut être au repos, pendant que l'autre fait une erreur de mesure due à la contraction de Lorentz-Fitzgerald. Selon Einstein, les deux observateurs peuvent se considérer au repos, et aucun d'entre eux n'a commis d'erreur de mesure. Chaque observateur utilise en effet un système de coordonnées propre comme référentiel. On peut passer d'un système de coordonnées à l'autre par une transformation mathématique. Les équations de cette transformation, connues sous le nom de groupe de transformations de Lorentz, furent adoptées par Einstein. Celui-ci les a cependant différemment interprétées, en avançant que la vitesse de la lumière reste invariable dans toute transformation de Lorentz.
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CHAZumaru
 
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D'après la théorie relativiste, les distances sont modifiées dans le sens du mouvement de l'objet, ainsi que la masse et le temps. Ces transformations sont déterminées par le facteur gamma. L'électron, découvert au début du XXesiècle, constitue un bon objet d'étude pour vérifier de telles assertions. Les électrons émis par des substances radioactives ont des vitesses proches de celle de la lumière. Lorsqu'un électron se déplace rapidement dans un champ magnétique, sa masse peut être facilement déterminée en mesurant la courbure de sa trajectoire. Lorsque le champ est constant, plus l'électron est lourd, plus son inertie est grande et la courbure de la trajectoire petite. On constate qu'au cours du mouvement, la masse de l'électron est doublée. Les expériences confirment les prédictions d'Einstein: la masse de l'électron augmente exactement de la valeur prédite. L'énérgie cinétique de l'électron accéléré est convertie en masse, selon la formule E=mc², qui traduit l'équivalence masse/énergie.

L'hypothèse fondamentale soutenant la théorie d'Einstein est la non-existence du repos absolu dans l'Univers. Einstein postula que deux observateurs, se déplaçant l'un par rapport à l'autre à une vitesse constante, observent des "lois de la nature" identiques. Toutefois, l'un des observateurs peut enregistrer deux événements sur des étoiles éloignées comme s'ils avaient lieu simultanément, pendant que le second observateur constate qu'un événement s'est produit avant l'autre. Cette divergence des observations n'est pas une objection valable à la théorie de la relativité. En effet, selon cette dernière, la simultanéité n'existe pas pour des événements éloignés. En d'autres termes, il est impossible de seulement spécifier le moment où l'événement se produit, sans préciser l'endroit où il a lieu. La "distance" ou l' "intervalle" entre deux événements peut être décrit exactement en combinant les intervalles de temps et d'espace, mais pas par l'un ou l'autre séparément. L'espace-temps à quatre dimensions (trois dimensions pour l'espace et une pour le temps), dans lequel tous les événements de l'Univers ont lieu, est appelé continuum espace-temps. Dans cet espace, le mouvement spatio-temporel d'un corps est décrit par sa ligne universelle.

Relativité générale

En 1915, Einstein introduisit la théorie de la relativité générale dans laquelle il considère des corps accélérés les uns par rapport aux autres. Son but initial était d'expliquer les divergences apparentes entre les lois relativistes et la loi de la gravitation. Il adopta alors une nouvelle approche du concept de gravité, fondée sur le principe de l'équivalence.

D'après ce principe, les forces de gravitation sont en tout point équivalentes aux forces d'accélération. Ainsi, dans une expérience, il est théoriquement impossible de différencier les deux types de forces. D'après la théorie de la relativité restreinte, une personne située dans une voiture qui roule sur une route lisse ne peut pas savoir si elle est au repos ou animée d'un mouvement uniforme. Selon la théorie de la relativité générale, lorsque la voiture est accélérée, ralentie, ou engagée dans un virage, l'occupant ne peut savoir si les forces produites sont dues à la gravitation ou à l'accélération.

L'accélération est la variation de la vitesse au cours du temps.

Considérons un astronaute debout dans une fusée avant son décollage. En raison de la gravité, l'astronaute est maintenu debout par une force équivalente à son poids p. Considérons la même fusée dans l'espace interplanétaire, loin de tout corps et ne subissant aucune gravité. Lorsque la fusée accélère, l'astronaute subit à nouveau la poussée qui le maintient debout. Si l'accélération est de 9,8m/s² (accélération de la pesanteur à la surface de la Terre), la poussée qui s'exerce sur l'astronaute est égale à p, poids de l'astronaute. S'il ne regarde pas à travers le hublot, l'astronaute ne sait pas si la fusée est au repos sur la Terre ou en accélération constante dans l'espace interplanétaire. La force due à l'accélération ne peut donc pas être distinguée de la force de gravitation. Selon la théorie d'Einstein, la loi newtonienne de la gravitation est une hypothèse non nécessaire. Einstein assimile toutes les forces, aussi bien la gravité que les forces associées à l'accélération, à des effets de l'accélération. Lorsque la fusée est au repos sur Terre, elle est attirée vers le centre de celle-ci. Einstein déclare que ce phénomène d'attraction est dû à une accélération de la fusée. Certes, dans l'espace tridimensionnel, la fusée est stationnaire, elle n'est donc pas accélérée. Mais dans un espace-temps à quatre dimensions, la fusée est en mouvement suivant sa ligne universelle. La courbure du continuum à proximité de la Terre implique une courbure de la ligne universelle de la fusée, ce qui explique son mouvement relativiste.

L'hypothèse de Newton, selon laquelle deux corps sont soumis à une attraction mutuelle proportionnelle à leur masse, est donc remplacée par l'hypothèse relativiste, selon laquelle le continuum est courbe à proximité des corps massifs. La loi de la gravitation d'Einstein affirme alors simplement que la ligne universelle de chaque corps est une géodésique dans le continuum. Une géodésique est le "chemin" le plus court entre deux points. Dans un espace courbe, les géodésiques ne sont pas nécessairement des droites. Ainsi, les géodésiques à la surface de la Terre sont de grands cercles.

Confirmation et modification de la théorie

La théorie de la relativité générale fut confirmée de plusieurs façons. Nous fournirons ici quelques exemples.
La théorie prédit notamment que la trajectoire d'un rayon lumineux est courbe au voisinage immédiat d'un corps massif comme le Soleil. Pour vérifier cette prédiction, les scientifiques choisirent d'abord d'observer des étoiles apparaissant à proximité du Soleil. Leurs positions apparentes furent relevées, puis comparées à leurs positions quelques mois plus tard, une fois qu'elles s'étaient éloignées du Soleil. Les prédictions d'Einstein furent alors validées. Ces dernières années, des tests comparables ont été faits sur les déflections des ondes radio provenant de quasars éloignés. Ces tests ont confirmé la théorie de la relativité générale.

Un autre exemple confirme la théorie de la relativité générale. Depuis plusieurs années, on sait que le point le plus proche du Soleil, par lequel passe Mercure, se déplace autour du Soleil avec une période de 3millions d'années. Contrairement à la théorie classique, la théorie de la relativité prédit ce mouvement. Effectuées récemment par radar, des mesures de l'orbite de Mercure ont confirmé les prédictions relativistes avec une incertitude de seulement 0,5p.100.

Observations récentes

Après 1915, la théorie de la relativité fut développée et prit de l'importance grâce à Einstein, mais aussi aux astronomes britanniques James Jeans, Arthur Eddington et Edward Arthur Milne, à l'astronome hollandais Willem de Sitter, et au mathématicien germano-américain Hermann Weyl. Beaucoup de leurs travaux s'efforcent d'élargir la théorie de la relativité pour y inclure des phénomènes électromagnétiques. Plus récemment, plusieurs chercheurs ont tenté d'unifier la théorie gravitationnelle relativiste avec l'électromagnétisme et les interactions nucléaires fortes et faibles. Bien que quelques progrès aient été réalisés, aucune théorie n'est aujourd'hui accceptée de façon générale.

Les physiciens ont aussi consacré beaucoup d'efforts au développement des conséquences cosmologiques de la théorie de la relativité. Dans le cadre des axiomes d'Einstein, plusieurs voies de développement sont possibles. L'espace, par exemple, est courbe, et son degré exact de courbure à proximité des corps lourds est connu; mais sa courbure dans l'espace vide, causée par la matière et le rayonnement de l'Univers tout entier, demeure incertaine. Par ailleurs, les scientifiques ne savent pas encore si cette courbe est fermée (c'est-à-dire analogue à une sphère), ou ouverte (analogue à un cylindre ou à un bol aux parois infinies). La théorie de la relativité implique également la possibilité d'expansion de l'Univers. Cette théorie de l'expansion rend crédible l'hypothèse selon laquelle l'histoire passée de l'Univers est finie. Elle ouvre également de nombreux champs d'investigation encore peu explorés.

À la suite des prédictions d'Einstein, un autre sujet important de la recherche en physique est l'étude des ondes gravitationnelles, qui sont par exemple issues de l'oscillation ou de l'effondrement d'étoiles massives, et qui perturbent le continuum espace-temps.
Une grande part des dernières recherches sur la relativité est consacrée à la création d'une mécanique quantique relativiste qui soit pratique à manipuler. Une théorie relativiste de l'électron fut développée en 1928 par le mathématicien et physicien Paul Dirac. Par la suite, une théorie satisfaisante, appelée électrodynamique quantique, unifia les concepts de la relativité et de la physique quantique; cette théorie est particulière à l'étude de l'interaction entre les électrons, les positrons et le rayonnement électromagnétique. Plus récemment, les travaux du physicien britannique Stephen Hawking constituaient une tentative d'intégration totale de la mécanique quantique et de la théorie relativiste.

Comme il est possible de constater, la théorie de la relativité générale énoncée en 1915, a supplanté la théorie newtonienne de la gravitation; elle a passé avec succès tous les tests expérimentaux ou observationnels disponibles et a séduit par sa beauté mathématique. Le seul point noir est qu'elle semble inconciliable avec la physique quantique.

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Le Boson (« de Higgs »)

Particule scalaire de spin 0, neutre, et qui serait responsable de la brisure de la symétrie de jauge. Ce boson, appelé du nom du physicien britannique Peter Higgs qui en a proposé le modèle, n'a pu encore être observé dans les expériences de collision à haute énergie.

(-_-)zZZzZzz*plop* (0_°) hmm ?

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Vieux 26/01/2003, 13h46   #9
yakamade
 
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Vraiment intéressant !!!

Mais bon, y a pas mal de trucs que je n'ai pas vus depuis quelques années, surtout en mécanique quantique (spin, orbital atomiques,...). D'autant plus que les outils mathématiques employés pour façonner les différentes théories sont extremements complexes et puissants. Donc, j'ai un peu du mal à suivre!

Le truc que je ne pige pas:
Si on arrive à élaborer une théorie globale, unifiant l'infiniment petit (domaine quantique) et l'infiniment grand (domaine macroscopique), pourra t-on pour autant prédire l'avenir de l'Univers ?

Effectivement, 3 scénarios sont possibles:

*Notre Univers va subir une expansion infinie. Ce qui veut dire qu'il sera de plus en plus "vide" et noir, puisque les objets s'éloignent d'autant plus qu'ils sont éloignés.

*Notre Univers va atteindre une taille définitive et la conserver.

*Notre Univers, s'il est suffisament dense (voir la matière sombre), va un jour se rétracter, devenir de plus en plus petit, dense et chaud. C'est ce qu'on appelle le "Big Crunch"

On peut imager la troisième possibilité par un ballon de baudruche que l'on gonfle: expension. Lorsqu'on arrete , il se rétracte.

Personnellement, la troisième solution me parait etre la plus élégante, dans la mesure où il y a un début et une fin.
Notre vision humaine des choses montre que tout a un début et une fin:
la vie en générale (naissance et mort des animaux et végétaux), les espèces dominantes sur terre (les plantes à l'ère primaire, les Dinaosaures à l'ère secondaire et tertiaire, et les hommes aujourd'hui), les civilisations (elles ont toutes un début, une apogée, et une décadence : les Romains, les Babyloniens,...), l'existence des étoiles (le Soleil s'éteidra dans 4 milliards d'années)....

Bref, il me semble élégant de penser que l'Univers mourra un jour.
Pourquoi ne pas penser par ailleurs qu'un nouvel Univers naitra du précédent ?

Enfin, si on regarde l'infiniment petit, on constate que les etres vivants sont composés de milliards de cellules, qui possèdent un cycle de vie (naissance, mort).

Pourquoi ne pas penser que notre Univers n'est pas un Univers parmis d'autres, avec une naissance et une mort ?

C'est pour cela que j'ai du mal à croire qu'une théorie quelle qu'elle soit puisse tout prédire.

A mon humble avis, je pense que les hommes ne disposeront que d'outils prédictifs dans un temps modeste, et accompagnés du principe d'incertitude. Un peu comme les prévisions météorologiques actuellement.

PS: ça fait plaisir de voir que des gens du forums s'intéressent à la Physique Fondamentale !!!!
Tu montes dans mon estime, Chaz !
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Vieux 26/01/2003, 13h52   #10
Neox
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La j'ai l'impression d'etre dans un bar avec juste a coté de moi un gros raisin qui a tous vu tous fait...
Et qui après avoir involontairement consommé une grande quantité d'alcool, est obligé de se tenir au comptoir pour montrer au monde les théories développé dans ses chiottes la veille...

Alors onde au particule ???
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Vieux 26/01/2003, 13h53   #11
CHAZumaru
 
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Pour résumer (je vais bouffer) :

oui c'est exactement le principe : si la théorie des cordes est applicable et prouvée, on devrait en toute logique (et en théorie) être capable de prévoir (et donc prédire) l'avenir de l'univers mais également chacune des actions de n'importe quel corps, donc de n'importe quel être humain.

Cela pose un paradoxe fascinant : on pourrait ainsi déterminer la résolution future d'un problème présent ou passé. Ainsi le temps n'aura plus réellement de valeur puisqu'en déterminant nos actions futures on pourra résoudre à l'avance des problèmes qui ne sont pas encore posés ^^
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Dernière modification par CHAZumaru 26/01/2003 à 13h54.
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Vieux 26/01/2003, 14h44   #12
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http://www.geocities.com/crousset.geo/
merci de citer les sources...
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Vieux 26/01/2003, 15h00   #13
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Ouais mais si j'envoie les gens là-bas je SAIS qu'ils iront pas voir et lire. Alors que là hop ils sont obligés de zieuter un peu.

Intéressez-vous à la théorie des cordes bordel !
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Vieux 26/01/2003, 15h01   #14
Neogeofans
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Vieux 26/01/2003, 15h08   #15
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tiens, tu highlightes le mot "moule" également ?
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