Comment définir le kilogramme ?

Article intéressant sur des notions que l’on utilise tous les jours, et qui font intervenir de la physique de pointe. Après le kilogramme ce sont les autres unités qui vont être redéfinies.

Comment redéfinir le kilogramme ?

De toutes les unités de mesure du Système international, l’unité de masse est la seule à être encore définie par un objet unique. Un cylindre de platine iridié sert toujours de référence à la communauté scientifique.

Ce cylindre – en photo ci-dessus – est conservé sous cloche au Bureau international des poids et mesure (BIPM, à Sèvres près de Paris). Pour éviter toute détérioration, la manipulation de ce prototype est régie par un protocole strict, comme le résume cette note du BIPM.

Malgré ces précautions, il maigrit, inexorablement. Depuis qu’il a été usiné en 1889, il a perdu quelques dizaines de microgrammes. Ce n’est pas grand chose, mais cela pourrait devenir gênant, estime Michael Stock, directeur du département électricité du BIPM :

“Ces faibles variations de masse n’ont pas, jusqu’à présent, posé problème. Mais à terme, il existe un risque. Les mesures sont de plus en plus précises, ce qui implique une meilleure définition de l’unité de la masse. Autre écueil : le prototype est en France. Quiconque a besoin, pour ses recherches, de connaître la définition précise d’un kilogramme doit venir jusqu’au BIPM.”

Sept unités de base. Toutes les unités de mesure sont définies, dans le Système international, à partir d’une “combinaison” de sept unités de base : le kilogramme, le mètre, la seconde, le kelvin (température), la mole (quantité de matière), l’ampère (intensité), le candela (lumière). Ce travail de définition et d’harmonisation du Système International d’unité a été entamé il y a deux siècles.

Prenons l’exemple du mètre. Sa définition a souvent changé au fil des siècles. Un mètre était jadis une portion du méridien terrestre. Puis, l’unité de longueur a été définie comme la distance entre deux points d’une barre d’un alliage de platine et d’iridium. Depuis 1983, le BIPM a choisi de le définir par rapport à une constante de la nature : la vitesse de la lumière.

La fable de la constante de Planck et du kilogramme. La question de la redéfinition du kilogramme a été soulevée, fin janvier, lors d’une conférence à la Royal Society de Londres. Mais la décision attendra sans doute 2015.

D’ici là, les scientifiques devront peaufiner un dispositif expérimental complexe pour mesurer le lien qui unit la masse avec une constante de la nature : la constante de Planck, du nom de l’un des pères de la physique quantique.

Relier cette constante à la masse exige une expérience complexe. Elle nécessite un dispositif appelé balance du Watt qui permet de convertir une puissance électrique en puissance mécanique. Entre trois et cinq balances sont ou seront à la disposition des équipes chargées de redéfinir le kilogramme.

[Lier la constante de Planck à une masse est chose complexe. Pour les courageux, voir les précisions à la fin de cet article.]

Au final, comme l’explique Michael Stock, la précision de cette nouvelle définition du kilogramme dépendra de la précision des mesures effectuées lors de l’expérience (tension, intensité, vitesse, etc. ) – la constante de Planck étant, elle, “fixée par la nature”. D’où l’intérêt d’avoir entre trois et cinq dispositifs expérimentaux pour comparer les résultats.

Pour le moment la communauté scientifique affûte ses instruments. Les conclusions de ce travail seront vraisemblablement soumises lors de la réunion des instances du Système International aux alentours de 2015.

Si une nouvelle définition du kilogramme est adoptée, il s’agirait d’un premier pas vers une refonte globale du Système international pour l’adapter à la science du XXIe siècle. Prochaines étapes, donc : la redéfinition de l’ampère, du kelvin et de la mole. Mais, d’après Michael Stock, “c’est une autre histoire…”

Photo : BIPM


L’article

Déjà publié le 10 March 2011

Discours sur l’origine de l’Univers

En écho au livre des frères Bogdanov dont j’avais partagé quelques extraits ici(Le visage de Dieu), un nouveau livre vient de paraître, « Discours sur l’origine de l’Univers » d’Etienne Klein (physicien au CEA).

Et une émission récente sur France Culture a réuni il n’y a pas longtemps (20/10/2010) les Bogda, Etienne Klein et Michel Cassé (astrophysicien au CEA).

Je trouve que celui qui a été le plus pertinent dans l’émission est Etienne Klein, dont je vais me procurer le livre. Notons qu’en plus de ses fonctions scientifiques et d’enseignement, il a un doctorat de philosophie, ce qui ne gâte rien.

Ce que j’ai appris aussi et qui m’a un peu surpris c’est qu’actuellement Stephen Hawking n’écrit plus lui-même ses livres (le contenu), il ne fait que les signer, et il ne peut pratiquement même pas les relire…

Pour ceux qui n’auraient pas entendu l’émission

Je ferai un « digest » du livre (meilleurs passages) que je posterai à la suite.

Voici un petit « résumé » des meilleurs passages consultable ici : Klein.pdf. J’ai souligné les passages importants.

[pdf http://www.notrefumier.fr/wp-content/uploads/2010/11/Klein.pdf]

Déjà publié le 24 November 2010

Le visage de Dieu

Le livre des frères Bogdanov s’intitule « Le visage de dieu »

car quand George Smoot (Nobel de physique 2006) a contemplé l’image par téléscope spatial qu’il a pu capter de l’Univers âgé de 380 000 ans après le Big Bang, il s’est exclamé : « C’est comme voir le visage de Dieu ». ]

« Le Big Bang, l’évènement le plus cataclysmique que nous puissions imaginer, à y regarder de plus près, apparaît finement orchestré. »

George Smoot (prix Nobel de physique 2006), Keay Davidson, Les rides du temps Flammarion, 1994

« Sommes-nous au bout de nos surprises ? Non, car surgit aussitôt une nouvelle question : comment, par quel prodige, la constante [cosmologique] elle-même arrive-t-elle au chiffre tellement précis qui est le sien et pas à un autre ? C’est là que les choses deviennent franchement renversantes. En effet, les contributions positives venant des quatre forces de l’Univers et les contributions négatives venant de la matière s’annulent jusqu’à les 120e décimale ! Ce qui veut dire qu’en unités de Planck, la constante s’écrit 0 puis la virgule puis 119 zéros derrière, jusqu’à ce que l’on trouve enfin un chiffre non nul au 120e rang (1) ! Autre manière de voir ce prodigieux réglage : la constante en question a une chance sur un milliard de milliard de milliard de milliard de milliard de milliard de milliard de milliard de milliard de milliard de milliard de milliard de milliard de tomber juste sur la « bonne valeur » (c’est à dire la sienne) par hasard ! […] Un tant soit peu plus grande et l’Univers se serait dilaté trop vite pour que les étoiles et les galaxies aient le temps de se former. Au contraire, à peine plus petite et le cosmos se serait effondré sur lui-même depuis bien longtemps.

(1) Au passage, précisons que les unités de Planck représentent un système d’unités uniquement défini à l’aide de certaines constantes fondamentales. Curieusement, les physiciens leurs donnent souvent le surnom d' »unités de Dieu ».

Continuer la lecture de « Le visage de Dieu »

Déjà publié le 2 September 2010

L’Univers est-il fini ou infini ?

J’ai longtemps cru que l’Univers était fini. En effet, s’il avait eu un commencement, s’il était « apparu », « advenu », il ne pouvait pas devenir subitement infini. Je pensais qu’on pouvait se représenter son évolution sous forme d’un « cône » qui part du point de départ (le Big Bang) et s’agrandit pour avoir une taille aujourd’hui d’à peu prés 13,7 milliards d’années-lumière.

Un jour un ami m’a posé la question, après que j’eus assisté à une conférence sur l’astronomie : « Ont-ils dit si l’Univers était fini ou infini ? » Je lui donnai alors mon argument, mais il me répondit que c’était une idée intuitive mais que ce n’était peut-être pas la réalité. Un doute a commencé à naître dans mon esprit.

Mon idée n’était-elle pas naïve ?

 

Hubert Reeves - L'Univers...

Mon doute s’est intensifié à la lecture du livre « L’Univers expliqué à mes petits enfants » d’Hubert Reeves, où il est écrit, sous forme d’un dialogue :

« – Avec ces téléscopes, serait-il possible de voir toutes les galaxies de l’Univers ?
– Non, même avec les téléscopes les plus puissants, on ne pourrait pas voir tout l’Univers. Nos observations sont limitées par un horizon au-delà duquel nous ne pouvons rien voir. Un peu comme le regard quand on est au bord de la mer.
– Que penses-tu qu’il y ait au-delà de ce horizon ?
– D’autres galaxies sans doute.
– Combien ?
– On n’en sait rien.
– Se pourrait-il qu’il y en ait un nombre infini ?
– Oui, c’est possible. Ce qui est fascinant dans l’étude de l’Univers, c’est qu’on peut s’attendre à tout. Même aux choses les plus inimaginables. »

Hubert Reeves laissait donc ouverte la possibilité d’un Univers infini.

Dans un autre livre, « La science, l’homme et le monde » sous la direction de Jean Staune, deux scientifiques abordent le sujet.

Jean Staune

Bruno Guiderdoni, astrophysicien : « Si l’Univers est assez lourd pour qu’omega0 [la densité de matière] soit plus grand que 1, on peut montrer que l’espace a une géométrie sphérique ou elliptique, qu’il est fini, c’est à dire qu’il a un volume fini, mais pas de frontière : il est illimité et sera dans le futur, tellement ralenti par la présence de masse que l’expansion s’arrêtera et s’inversera, et que l’Univers finira dans un grand effondrement qu’on appelle le Big Crunch, qui est le symétrique, dans le futur, du Big Bang qui a donné naissance à l’expansion. En revanche, si omega0 vaut exactement 1, l’Univers a une géométrie plate, il est infini et ne se recontractera pas. Enfin si omega0 est inférieur à 1, l’Univers a une géométrie hyperbolique, il est infini et il n’aura pas, non plus, de recontraction. […] Les mesures actuelles montrent, en effet, que la constante cosmologique vaut lambda0 = 0.7. La courbure de l’Univers k est fixée par le signe de la somme omega0 + lambda0 – 1, et les mesures indiquent donc qu’elle vaut 0. Nous vivons donc dans un Univers de courbure nulle, celui qui est justement prédit par la théorie de l’inflation. […] On peut aussi se poser la question de savoir combien de temps il faudrait passer pour recenser ces 50 milliards de galaxies avec le télescope spatial : un million d’années. Et ce ne sont que les galaxies d’ l’Univers observable. Comme l’Univers est infini, il y a, au-delà de la partie de l’Univers qui est observable, un nombre infini de galaxies. »

Bruno Guiderdoni penche donc pour un Univers infini.

Deuxième intervenant : Jean-Pierre Luminet, astrophysicien : « Ce qui est moins connu, c’est que la relativité générale est aussi incomplète à grande échelle : l’espace est-il fini ou infini, orienté ou non ? Quelle est sa forme globale ? […] La deuxième incomplétude de la relativité générale concerne les très grandes échelles. La théorie d’Einstein ne peut pas nous dire quelle est la forme globale de l’espace, en particulier s’il est fini ou infini. Depuis les récentes mesures expérimentales (1999-2000) de la courbure moyenne de l’espace, on entend souvent des cosmologistes déclarer que l’espace cosmique est de courbure nulle, c’est-à-dire qu’il a une géométrie euclidienne, et qu’il est donc infini. De telles affirmations sont abusives, et vraisemblablement fausses. […] En second lieu, même en admettant que l’espace soit exactement euclidien, il serait inexact d’en conclure qu’il est nécessairement infini. Les topologistes ont démontré qu’il existe dix-huit formes (topologies) différentes pour l’espace euclidien à trois dimensions, dix d’entre elles étant parfaitement finies ! »

Donc lui n’affirme pas que l’Univers est infini, il dit qu’on n’en sait encore rien.

Troisième source d’information, l’émission récente de vulgarisation scientifique sur Arte intitulée « Les origines du monde ». Hubert Reeves (encore lui!) déclare : « S’il est infini, évidemment il n’a jamais été petit, si vous êtes infini un jour, vous êtes infini toujours, vous ne passez pas du fini à l’infini comme ça. »

Puis Etienne Klein : « Quand vous dites que l’Univers était petit comme une tête d’épingle et même moins que ça, vous imaginez une tête d’épingle dans un espace infini, je pense. En fait il n’y avait pas d’espace infini. La tête d’épingle était petite mais en fait c’était l’Univers. »

Puis le commentateur de reprendre : « Tout petit déjà l’Univers était infini et ce dès sa naissance. Ici notre esprit se heurte à ses propres limites. Car s’il y a un début de l’Univers, une autre question se pose, tout aussi vertigineuse : peut-on parler d’un instant zéro où tout aurait commencé ? Non répond le directeur du CERN interrogé. »

Voilà donc en conclusion on peut dire qu’on ne sait pas très bien si l’Univers est fini ou infini, affaire à suivre… 😉

Déjà publié le 30 July 2012

De l’intérêt des cloches dans les monastères

J’ai lu cette page dans le livre « L’étonnement philosophique » de Jeanne Hersh, sous-titré « Une histoire de la philosophie ».

Cette dernière a été l’élève du philosophe Allemand Karl Jaspers, elle a été pendant 20 ans professeur de philosophie à l’Université de Genève, et elle a dirigé la division de philosophie à l’Unesco. Voici le texte (c’est dans le chapitre sur « La Renaissance ») :

« Le rapport entre le Moyen Age et cette époque nouvelle [la Renaissance] a été conçu de façon très différente selon les auteurs. Certains ne retiennent que les contrastes entre les deux, si bien que la seconde ne constitue qu’une réaction à la première. D’autres au contraire soulignent les continuités. Il y a sans doute les deux : des contrastes et des continuités. Le sociologue Lewis Mumford a mis en évidence un intéressant exemple de continuité. Selon lui, les cloches des monastères ont contribué à rendre possible et à préparer le monde moderne de la science et de la technique. En ce temps, les gens n’avaient pas de montre, et les moines qui se rendaient au travail dans les champs éloignés appartenant à leur monastère ne savaient pas l’heure. Or il y avait chaque jour plusieurs services religieux auxquels ils devaient assister. On sonnait donc les cloches pour les réunir. C’est ainsi que les cloches rythmèrent la vie de toute la journée, non seulement celle des moines mais aussi celle des habitants des villages alentour, et tous prirent l’habitude de coordonner leur existence au long de la journée. Au son des cloches, les familles se livrèrent au même moment à des occupations analogues.

La portée d’une telle manière de vivre, nous pouvons aujourd’hui l’apprécier par contraste, en constatant les énormes difficultés que rencontre l’organisation du travail industriel dans les pays en développement, où le manque de coordination dans le temps constitue un des obstacles essentiels. Lorsqu’on n’a pas l’habitude, dans une société donnée, de se réunir, pour l’exécution d’une tâche déterminée à une heure et en un lieu donnés, rien ne va plus. Et aucune industrie n’aurait pu se développer si la population européenne n’avait pas au préalable soumis son rythme de vie commun à la sonnerie des cloches. Une remarque historique comme celle-là a de l’importance. Elle met en lumière la complexité concrète des conditions nécessaires à tout nouveau comportement social et à tout développement intégré. Si on se réfère en revanche, non au Moyen Age, mais à l’Antiquité, on verra que, d’après les textes grecs et latins, les gens prenaient rendez-vous pendant une période approximative de trois heures, entre six et neuf heures, par exemple. »

Contradiction d’André Comte-Sponville

Amis philosophes amateurs, voire amateurs de philosophie, bonjour

Pour continuer dans la veine de notre « philosophie amusante », je vous soumets cette remarque que je me suis faite en lisant un article.

Dans une interview dans « Le monde des religions », André Comte-Sponville s’est, à mon sens, contredit. En effet, il dit :

« Mais qu’est-ce que la matière ? Au sens philosophique, c’est tout ce qui n’est pas de la pensée. Les particules pensent-elles ? Sont-elles douées de conscience, de volonté, d’amour ? Non. Elles sont donc matière. Etre matérialiste, c’est penser que tout est matière ou produit de la matière. »

Il définit la matière par opposition à « quelque-chose » qui n’est pas de la matière (la pensée). Donc il admet qu’il existe des « choses » qui ne sont pas de la matière, donc il nie le matérialisme. En effet, s’il était réellement matérialiste, tout serait de la matière, même la pensée.
La matière crée « quelque-chose » d’immatériel : la pensée. Il n’existe pas que de la matière dans l’Univers, il y a aussi de la pensée.

Voilà, toutes remarques bienvenues…! 😉