Grenoble, 27 février 2009 1 Qu’est-ce que Comprendre ? Le cas de la physique Jacques Treiner Université Pierre et Marie Curie, Paris [email protected]

Grenoble, 27 février 2009Grenoble, 27 février 2009 11

Qu’est-ce que Comprendre ?Qu’est-ce que Comprendre ?Le cas de la physiqueLe cas de la physique

Jacques TreinerJacques Treiner

Université Pierre et Marie Curie, ParisUniversité Pierre et Marie Curie, Paris

[email protected]@orange.fr


mice_barnes.mov

6galaxies.mpg


Comprendre implique toujours uneComprendre implique toujours une

reconstruction du réel par la penséereconstruction du réel par la pensée..

En d’autres termes :En d’autres termes :

Faire de la, physique, c’est faire des Faire de la, physique, c’est faire des modèlesmodèles..

Quelque fois, c’est une Quelque fois, c’est une théoriethéorie qui surgit ! qui surgit !


Monde réelMonde réel Réel reconstruit à l’aide Réel reconstruit à l’aide de modèles et de théoriesde modèles et de théories

PhénomènesPhénomènes SimulationsSimulations

Est-ce que ça colle ?

(Mais nous savons bien qu’il n’existe pas de fait brut, qu’un « fait expérimental » est déjà bourré de théorie !)


Pourquoi fait-on des maths Pourquoi fait-on des maths en physique ?en physique ?


Parce qu’à un certain moment de l’analyse d’un phénomène, ilParce qu’à un certain moment de l’analyse d’un phénomène, il

n’y a n’y a pas d’autre moyenpas d’autre moyen de progression dans la compréhension. de progression dans la compréhension.

A ce point, les mathématiques deviennent le A ce point, les mathématiques deviennent le moyen obligémoyen obligé

de la reconstruction abstraite du réel. de la reconstruction abstraite du réel.


Les mathématiques sont-elles un outil Les mathématiques sont-elles un outil pour la physique ?pour la physique ?


Non. Elles sont Non. Elles sont constitutives constitutives de la physique.de la physique.Car il y a plus, dans les équations de la physique, queCar il y a plus, dans les équations de la physique, quece qu’on a utilisé pour les écrire.ce qu’on a utilisé pour les écrire.Il y a des Il y a des cadeauxcadeaux à récolter. à récolter.Exemples.Exemples.


La détermination du rayon de la Terre par La détermination du rayon de la Terre par Eratosthène et la géométrie de baseEratosthène et la géométrie de base

Le “jeu de boule” et les équations de NewtonLe “jeu de boule” et les équations de Newton Les ondes électromagnétiques et les équations de Les ondes électromagnétiques et les équations de

MawxellMawxell Le positron et l’équation de DiracLe positron et l’équation de Dirac Le neutrino et la conservation de l’énergieLe neutrino et la conservation de l’énergie Le chaos déterministe et les équations de NewtonLe chaos déterministe et les équations de Newton

Exemples


D’où vient cette « déraisonnable D’où vient cette « déraisonnable efficacité des mathématiques dans les efficacité des mathématiques dans les sciences naturelles » ? sciences naturelles » ?

(E. Wigner, 1948)(E. Wigner, 1948)


Nous l’ignorons…Nous l’ignorons…

mais cela devrait être une source de curiosité à la mais cela devrait être une source de curiosité à la fois pour les mathématiques et la physique !fois pour les mathématiques et la physique !

(et qu’en est-il de la « (et qu’en est-il de la « déraisonnable efficacité des déraisonnable efficacité des sciences naturelles pour les mathématiquessciences naturelles pour les mathématiques » ??) » ??)


Petite histoire de l’âge de la TerrePetite histoire de l’âge de la Terre


MésopotamieMésopotamieEn ces temps archaïques,En ces temps archaïques, il y a plus de 1200 fois 1200 ans, il y a plus de 1200 fois 1200 ans, il n’y avait rien. il n’y avait rien. Il n’y avait pas de roseau, Il n’y avait pas de roseau, pas de genévrier, pas de genévrier, la terre n’avait pas de nom, la terre n’avait pas de nom, le ciel n’était pas nommé. le ciel n’était pas nommé. En ces temps-là, il n’y avait rien En ces temps-là, il n’y avait rien que l’eau douce et l’eau salée. que l’eau douce et l’eau salée. L’eau douce, Apsou, le fougueux, L’eau douce, Apsou, le fougueux, l’eau salée, Tiamat, la belle Tiamat. l’eau salée, Tiamat, la belle Tiamat. Et comme il n’y avait Et comme il n’y avait que l’eau douce et l’eau salée, que l’eau douce et l’eau salée, en ces temps-là, en ces temps-là, l’eau douce et l’eau salée l’eau douce et l’eau salée ont mêlé leurs eaux. ont mêlé leurs eaux.

Alors bien sûr, Alors bien sûr, Apsou et Tiamat se sont aimés, Apsou et Tiamat se sont aimés, et ils ont fait de l’écume. et ils ont fait de l’écume. Et puis le temps a passé, Et puis le temps a passé, les eaux étaient mêlées, et il y eut les eaux étaient mêlées, et il y eut naissance. naissance. Deux serpents : un mâle et une femelle. Deux serpents : un mâle et une femelle. Alors bien sûr, Alors bien sûr, comme il y avait un mâle et une comme il y avait un mâle et une femelle, les deux serpents ont mêlé, femelle, les deux serpents ont mêlé, entremêlé leurs anneaux, entremêlé leurs anneaux, se sont enlacés, se sont enlacés, embrassés lascivement, et il y eut embrassés lascivement, et il y eut naissance. naissance. Ils ont donné naissance au monde d’en Ils ont donné naissance au monde d’en haut et au monde d’en bas. haut et au monde d’en bas. Mais comme le monde d’en haut et le Mais comme le monde d’en haut et le monde d’en bas monde d’en bas se touchaient,se touchaient, ils se sont frottés.ils se sont frottés.


IIls se sont frottés, frottés, ls se sont frottés, frottés, frottés encore, frottés encore, pendant 1200 ans, pendant 1200 ans, et ils ont donné naissance et ils ont donné naissance au premier des petits dieux : au premier des petits dieux : il s’appelait Anou,il s’appelait Anou, Anou, le premier, Anou, le premier, le père de tous les dieux. le père de tous les dieux. Et puis, il y eut aussi Ea, Et puis, il y eut aussi Ea, oh, celui-là, drôle de dieu,oh, celui-là, drôle de dieu, mi-chèvre mi-poisson ! mi-chèvre mi-poisson ! Ea, Ea, il était dieu de la sagesse. il était dieu de la sagesse. Et puis il y eut Enlil,Et puis il y eut Enlil, Ishtar,Ishtar, Chamash,Chamash, Haruru,Haruru,

Et les dieux vont régler leurs Et les dieux vont régler leurs comptes bien avant que les comptes bien avant que les hommes apparaissent…hommes apparaissent…

enfin, enfin, des tas de dieux et de déesses !des tas de dieux et de déesses !Il y en avait de partout, Il y en avait de partout, il y en avait des grands, des petits, il y en avait des grands, des petits, il y en avait des gras, des maigres,il y en avait des gras, des maigres, il y en avait de toutes sortes.il y en avait de toutes sortes.

Ils étaient là, Ils étaient là, ils se sont vus,ils se sont vus, ils se sont connus, ils se sont connus, ils ont commencé à se parler.ils ont commencé à se parler.Ils faisaient beaucoup de bruit, tous Ils faisaient beaucoup de bruit, tous ces petits dieux-là…ces petits dieux-là…


Tradition judéo-christiano-islamique ITradition judéo-christiano-islamique I

11erer jour : séparation de la lumière et des ténèbres jour : séparation de la lumière et des ténèbres

22èmeème jour : séparation des eaux d’avec les eaux par le firmament jour : séparation des eaux d’avec les eaux par le firmament

(ciel)(ciel)

33èmeème jour : séparation de la terre d’avec les mers, création des jour : séparation de la terre d’avec les mers, création des

espèces de plantesespèces de plantes

44èmeème jour : création des étoiles, du soleil et de la lune. jour : création des étoiles, du soleil et de la lune.

55èmeème jour : création des poissons et des oiseaux jour : création des poissons et des oiseaux

66èmeème jour : création des autres espèces animales, puis de l’homme et jour : création des autres espèces animales, puis de l’homme et

de la femme.de la femme.

77èmeème jour : contemplation de l’œuvre accomplie et repos jour : contemplation de l’œuvre accomplie et repos


Tradition judéo-christiano-islamique IITradition judéo-christiano-islamique II

La partie historique de la Bible permet d’étendre la chronologie depuis le règne de La partie historique de la Bible permet d’étendre la chronologie depuis le règne de Salomon jusqu’à la destruction du premier Temple par Nabuchodonosor, ce Salomon jusqu’à la destruction du premier Temple par Nabuchodonosor, ce qui établit le lien avec les récits historiques babyloniens.qui établit le lien avec les récits historiques babyloniens.

En prenant cette chronologie comme base, différentes déterminations de l’âge de En prenant cette chronologie comme base, différentes déterminations de l’âge de la Terre furent élaborées. Par exemple :la Terre furent élaborées. Par exemple :

- Johannes Kepler : 3993 AJCJohannes Kepler : 3993 AJC- James Ussher, évêque anglican : 23 octobre 4004 AJCJames Ussher, évêque anglican : 23 octobre 4004 AJC- Newton : 3998 AJC (se sert de la précession des équinoxes pour dater Newton : 3998 AJC (se sert de la précession des équinoxes pour dater

l’expédition des Argonautes à la conquête de la Toison d’Or !)l’expédition des Argonautes à la conquête de la Toison d’Or !)


Tradition hindoueTradition hindoue

La Terre participe à un cycle éternel de création et de destruction.La Terre participe à un cycle éternel de création et de destruction.

Chaque incarnation de la Terre dure un « jour de Brahma », soitChaque incarnation de la Terre dure un « jour de Brahma », soit

4.32 milliards d’années4.32 milliards d’années……


Comment la question de l’âge de la Terre Comment la question de l’âge de la Terre est-elle devenue une question scientifique ?est-elle devenue une question scientifique ?

Spinoza remarque que le texte de la Bible a une histoire, et que parSpinoza remarque que le texte de la Bible a une histoire, et que parconséquent ce texte raconte peut-être l’histoire de ceux qui l’ontconséquent ce texte raconte peut-être l’histoire de ceux qui l’ontécrite … (cf. Traité théologico-politique)écrite … (cf. Traité théologico-politique)La Bible dévoilée (The Bible unearthed)La Bible dévoilée (The Bible unearthed) de Finkelstein de Finkelsteinet Silberman (2002 en français) : ces auteurs reprennent le récitet Silberman (2002 en français) : ces auteurs reprennent le récithistorique de la Bible à la lumière des rechercheshistorique de la Bible à la lumière des recherches

archéologiques récentes. archéologiques récentes.

L’essentiel des textes bibliques est une composition de lettrés de L’essentiel des textes bibliques est une composition de lettrés de la cour de Jérusalem. Ces histoires reflètent le contexte de la cour de Jérusalem. Ces histoires reflètent le contexte de renouveau spirituel et politique qui marque l’époque du roi renouveau spirituel et politique qui marque l’époque du roi Josias (620-609 AJC), alors que les Assyriens dominent le Josias (620-609 AJC), alors que les Assyriens dominent le Proche-Orient ancien.Proche-Orient ancien.


Recherche de chronomètres naturelsRecherche de chronomètres naturels

Tournant du 18ème siècle, puis 19ème siècle :Tournant du 18ème siècle, puis 19ème siècle : Salinité de l’eau de mer (Halley)Salinité de l’eau de mer (Halley)Dépôts sédimentaires (Sténon, Buffon)Dépôts sédimentaires (Sténon, Buffon)Refroidissement d’une Terre initialement chaudeRefroidissement d’une Terre initialement chaude(Newton, et surtout Buffon, puis Kelvin)(Newton, et surtout Buffon, puis Kelvin)Erosion (Grand Canyon)Erosion (Grand Canyon)Fossiles : quel statut leur donner ? (Leibnitz, Linné),Fossiles : quel statut leur donner ? (Leibnitz, Linné),stratigraphiestratigraphie


DigressionDigressionQu’est-ce qu’une question scientifique ?Qu’est-ce qu’une question scientifique ?

Combien d’anges tiennent sur une tête d’épingle ?Combien d’anges tiennent sur une tête d’épingle ?


PropositionProposition : une question est scientifique si, pour y : une question est scientifique si, pour y répondre, il est nécessaire de mettre en place un répondre, il est nécessaire de mettre en place un processus non verbalprocessus non verbal

Autrement dit : Autrement dit : une expérienceune expérience


La controverse Kelvin-DarwinLa controverse Kelvin-Darwin


Lord KelvinLord Kelvin

Origine de l’énergie solaireOrigine de l’énergie solaire

Refroidissement d’une Terre initialement chaudeRefroidissement d’une Terre initialement chaude

Deux estimations qui concordent :


Formation du Soleil et des planètesFormation du Soleil et des planètes


1. La gravitation à l’origine de 1. La gravitation à l’origine de l’énergie solaire l’énergie solaire

R

MG

103E

2

tot

RE kg 102M 30

km 700000R J 10E 41

tot

Etot

W104L solaire constante 26

! annéesd' millions 10 âge

Énergie dissipée depuis la formation

R

MG

103E

2

tot


2. Le refroidissement de la Terre2. Le refroidissement de la Terre

(r)

r

1°/30m

o v

1

K

Ca

22o

Kelvin obtient avec cette méthode des âgesKelvin obtient avec cette méthode des âges

compris entre 25 et 150 millions d’annéescompris entre 25 et 150 millions d’années

0-

L’âge de la Terre, a, tient dans une formule très simple :


4. Résolution du conflit : 4. Résolution du conflit : Découverte de la radioactivité !Découverte de la radioactivité !


Carte des noyaux atomiquesCarte des noyaux atomiques

+

-


Radioactivité alphaRadioactivité alpha

T est la période, ou demi-vie

(5730 ans pour le C-14)


Les principaux systèmes chronométriques

Père Fils Désintégration.Période(années)

147Sm 143Nd 106 . 109

87Rb 87Sr 50 . 109

187Re 187Os 43 . 109

232Th 208Pb 14 . 109

238U 206Pb 4,5 . 109

40K 40Ar 1,2 . 109

235U 207Pb 0,7 . 109

244Pu Xe fission 8 . 107

129I 129Xe 1,7 . 107

107Pd 107Ag 6,5 . 106

53Mn 53Cr 5,3 . 106

26Al 26Mg 7,4 . 105


La méthode Plomb-PlombLa méthode Plomb-Plomb

U-235, après une cascade de 7 alpha, donne Pb-207, stableU-235, après une cascade de 7 alpha, donne Pb-207, stableU-238, après une cascade de 8 alpha, donne Pb-206, stableU-238, après une cascade de 8 alpha, donne Pb-206, stableL’isotope Pb-204 n’est pas radiogéniqueL’isotope Pb-204 n’est pas radiogénique

Comment déterminer la composition isotopique au moment de la « fermeture » de la roche ?


Meteor crater, ArizonaMeteor crater, Arizona

La météorite à l’origine de ce cratère ne contient pas d’uranium !


La méthode Plomb-PlombLa méthode Plomb-Plomb

Les proportions isotopiques du Pb qu’elle contient correspondent àLes proportions isotopiques du Pb qu’elle contient correspondent àla distribution initiale !la distribution initiale !

Pb

)t(Pb204

207

Pb

)t(Pb204

206

m

ob

oa

est directement lié à l’âge de la roche

Grenoble, 27 février 2009Grenoble, 27 février 2009 3434Amelin et al., 2002

Age du système solaire:

4567.2 0.6 106 ans


Chronologie de la Terre

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