La quête de savoirsLa quête de savoirs

Stonehenge (2000-1900 BC)

L

S

cos = L/S

Aristarque (2 siècle BC)

Eratosthène (284 BC)

L’infiniment grand

La distance relative TerreLune/Terre-Soleil

Le rayon terrestre

Démocrite (450 BC)

Aristote (350 BC)

L’infiniment petit

notions:• d’atomes

• de vide (absence de matière)

• d’agitation des atomes

• de l’importance de la forme dans les propriétés des entités

organisation des corps à partir des quatre éléments :

• terre (froid –sec)

• eau (froid-humide)

• air (chaud- humide)

• feu (chaud-sec)

Sciences, techniques et sociétés

système solaire

galaxie

amas

notre univers

naissance (le Big Bang), évolution, mort de notre univers?

matièremolécule

atome

noyau

quark

pré-quark

le Big Bang, les étoiles et la nucléosynthèse

Les quatre infinis de la quête des connaissances

la vie

biodiversités (3): gènes, espèces, écosystèmesbiodiversité

culturelle

évolution des quatre biodiversités

santé

évolution de la «vie intelligente»

dégradation des ressources

dégradation des écosystèmes

dégradationde la qualité de vie

complexe

petit grand

préoccupant

Les grandes forces de la Nature

• La force gravitationnelle• La force électromagnétique• Les deux forces nucléaires

– force forte d’attraction des quarks (cohésion de l’édifice nucléaire)– force faible d’échange de saveur des quarks (désintégration du neutron)

Forces nucléaires (1)Forces d’attraction entre les «particules élémentaires» du noyau

agent de la force forte

le gluon vecteur de la couleur des quarks

agents de la force faible

les bosons vecteurs de la saveur des quarks

l’attraction entre les quarks, composants des nucléons, est à l’origine de la cohésion du noyau de l’atome et donc de la stabilité de la matière

l’échange de bosons permet aux quarks de se transformer l’un en l’autre; ce processus est à l’origine de la désintégration naturelle du neutron :

n p+-+e

cela change la nature du noyau, l’émission du - est une forme de radioactivité naturelle

Les bosons W+,- et Z0 ont une masse.

W- change un quark d en un quark u, processus de désintégration du neutron

Le gluon particule sans masse de vitesse c

Forces nucléaires(2)Cascades d’effets dans l’environnement abiotique

fusion

nucléosynthèse

radiations solaires et cosmiques

radioactivité naturelle

• atmosphérique• terrestre et marine

• de tous les organismes vivants

convection du magma et techtonique des plaques

énergie géothermique

radioactivté naturelle du noyau terrestre

radioactivité anthropique

• centrale (énergie)

• industries• médecine (diagnostic, recherche, traitements)

• essais (armement)

, -,

, -+, , n, pet autres noyaux

radioactivité induite

Cellules et bagage génétique

Forces nucléaires: effet anthropique

, -, , -+, , n, pet autres noyaux

radioactivité induite

les vecteurs d’interaction

les capteurs biologiques

Vulnérabilité potentielle aux radiations anthropiques et aux radiations cosmiques

système immunologique adapté aux effets de la radioactivité naturelle

absence de senseur biologique des radiations nucléaires

Force gravitationnelle (1)Force d’attraction entre les masses

agent de la force:

le gravitonparticule sans masse

de vitesse c

attraction entre tous les porteurs d’énergie ( matière – photons)

entre les astres :

FG = G (m1 m2/ d1,2²)

la pesanteur : F = m g

g = G mT / RT²

théorie de la relativitéUnivers

La Terre

Force gravitationnelle (2)Cascades d’effets dans l’environnement abiotique

relation Univers - Terre

sur Terre

cycles des saisons, des jours et nuits cycles des marées:

• océaniques• atmosphériques• magmatiques

cycles biologiques?comètes, météorites et autres «visiteurs de l’espace»

modulation du flux des radiations solaires

modulation du flux des interactions «mécaniques»,interactions sonores et thermiques locales

chute des corps poids

pression

frictionpoussée d’archimèdegravitropisme

chocs

déformationsvibrationsstress mécaniqueénergie et chaleur

sons

Force gravitationnelle : effets anthropiquesles vecteurs d’interaction

photons : lumière,

chaleur

gravitons onde mécanique : sons (infra et ultrasons)

mouvement, contact

les capteurs biologiques

tractus rétino-hypothalamique

canaux semi-circulaires

équilibrevue

ouïe toucherchaud-froid

peauglande pinéale oreilleyeux cellule ?

rythmes biologiquesles sens ? Gravitropisme ou autre

influence gravitationnelle

Le Géoïde: surface d’égale pesanteur

Rouge: bosses

Bleu: creux

La pesanteur est la même en tout point de la surface, il en résulte qu’en mer l’eau n’a aucune raison de couler des bosses vers les creux

La recherche du gravitonVIRGO: à Cascina, près de la ville de Pise, à EGO(European gravitational observatory) un interféromètre laser de Michelson avec deux bras de 3 km de long, de 1,2 m de diamètre, sous vide(le vide record d’Europe)

23-07-03 inauguration de VIRGO détecteur franco-italien d’ondes gravitationnelles. Il devrait enregistrer des vibrations de l’espace temps

www.virgo.infn.it

L’effet de lentille gravitationnelle: les photons sensibles à la force gravitationnelle

4 images d’un même quasar: A,B,C,D

La grandeur de l’effet supporte l’hypothèse de la masse sombre ou masse manquante

Force électromagnétique (1)

Force d’attraction ou de répulsion entre les charges

agent de la force:

le photon

particule sans masse de vitesse c

entre deux charges

FE = k (q1 q2/ d1,2²)

sur Terre, force à l’origine des édifices atomique et moléculaire et de leurs intéractions: l’origine de la vie

sur une charge en mouvement

FM = q v ^ B

force exercée par un champ électrique E

force exercée par un champ magnétique B

+ ++q1 -q2

FE = q . Eune charge crée dans son milieu

un champ électrique E

une charge en mouvement crée dans son milieu un champ magnétique B

E

B

entre deux courants*

FM = k’(I1I2/ d1,2)

*par unité de longueur de fil

·I1 ·I2 · +

Force électromagnétique (2)Cascades d’effets dans l’environnement abiotique

force de van der Walls (attraction entre les molécules dans un fluide)

force de cohésion moléculaire: liaison ionique, de covalence, de coordinence,

forces attractivves et répulsives qui résultent en mouvement de translation et de rotation des charges

mouvements accélérés des charges

agitation due à T

émission d’une onde électromagnétique

processus bio-chimiques propres à la vie et à la matiére inorganique

noyau: rayons (R- )

atome: R-X, UV, visible

molécule: IR

systèmes physiques: micro-ondes, radars, TV, radiodistribution électrique (50-60 Hz)

Interactions «local global» à travers les cycles: eau, vent, vie

Force électromagnétique: effets anthropiques

les vecteurs d’interaction

photons:R- , R-X

(ultraviolet) UV

(lumière et couleurs) visible

(infrarouge) IR

de micro-ondes à lignes électriques

interaction coulombienne:attraction, répulsion, mouvements

les capteurs biologiques

voies digestives et respiratoires

tractus rétino-hypothalamique ?

vuechaud-froid

nez

yeuxlangue, bouche

rythmes biologiquesles sens

peau

goûtodorat

Cellules ?

pesanteur

Électromagnétisme

Force électrofaible

Gravitation

Grande théorie unifiée

-

électricité

magnétisme

Force nucléaire forte

mécanique céleste

Force nucléaire faible

Force universelle

Glashow, Weinberg, Salam (1967- 1983)

Maxwell (1850)Newton (1687)