Les constantes physiques: Faut-il s'y fier?

[invite722df0a8]

Je m'explique. La caractéristique fondamental de la physique est l'expérience. Une expérience s'inscrit dans un cadre bien défini, mesuré et que l'on prend à chaque fois en compte afin d'énoncer des lois qui se tendent à décrire la "physis" c'est à dire la nature. De ces expériences découlent des constantes comme la constante de gravitation universelle :G=6,67300 × 10-11 m3 kg-1 s-2.
1) Comment a-t-on calculé cette valeur?
Quelque soient les moyens utilisés pour la calculer. A-t- on vraiment pris en compte le facteur temps. Sachant que l'univers est en expansion continue, n-y-a t-il pas aussi une variation de ses propriétés fondamentales au cours de ces milliards d'années?
2) Comment être sur de sa validité ?
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[Coincoin]

Salut,
Premièrement, les constantes dites fondamentales ne se calculent pas mais se mesurent (à partir de quoi de plus fondamental pourrait-on les calculer ?)

Ensuite, la question de la variation cosmologique des constantes fondamentales est une question bien étudiée.
Il faut déjà se rendre compte que ce n'est pas aussi facile à définir. En effet, les constantes dimensionnées servent de référence pour les mesures, donc par rapport à quoi peuvent-elles varier ? Par exemple, la vitesse de la lumière ne peut pas varier car la définition du mètre la fixe à 299792458 m/s. Si tu trouves une variation de la vitesse de la lumière, alors c'est que tu as mal calibré ou mesuré.
Il existe toutefois des constantes sans dimension, comme la constante de structure fine qui donne l'amplitude de la force électromagnétique et qui vaut environ 1/137. Cette constante a été mesurée dans l'Univers lointain, montrant une certaine variation. Mais ces observations ont été contredites par d'autres résultats.

Le statut actuel est donc que la variation des constantes, une fois définie proprement, est une question intéressante (notamment dans le cadre de certaines théories spéculatives qui peuvent prédire une variation de ces constantes). Mais pour l'instant aucune mesure n'a mis en évidence de variations.

[invited76faaa5]

la mesure des constantes est une science ardue et compliquée où se mélangent allégrement des deltas, sigmas et autres nablas sur l'accumulation des erreurs...
tout part la plupart du temps du metre-étalon détenu à l'observatoire de Paris
et qui est sensé représenter théoriquement 1/40 000 000ème de la circonférence de la terre
et d'une unité de temps, la seconde décrite comme étant un certain nombre de fois l'oscillation émise par un atome de Césium.

Chaque mesure en physique est assortie d'incertitudes... G est ce qu'on trouve avec les observations des planètes dans le vide intersidéral. Je doute fort qu'on trouve exactement les mêmes résultats dans l'huile d'une friteuse si tenté que ca aie du sens de le mesurer. Idem pour les expériences sur banc qu'on nous montre à l'air ambiant qui permettent à grand peine de vérifier une ou deux décimales.

Maintenant, on n'a aucun mal à concevoir qu'on ne puisse etre guère precis en definissant le kilogramme comme etant le poids d'un decimétre cube d'eau prise à 4°c sous une atmosphere de 1024 mb.

Surtout depuis qu'un certain vilain monsieur Heisenberg a découvert que l'observation perturbait la mesure... un peu comme quand Newton nous a imposé que toutes les pommes devaient tomber vers le bas.

[invite722df0a8]

ya til deja eu une étude qui tente d'établir une relation entre force du vide energie du vide, interaction gravitationnelle et expansion de l'univers?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invited76faaa5]

directement comme ca, personnellement je n'en ai pas fait...
mais ca s'est beacoup fait dans les siècles précédents
avec la mise au point du baromètre à mercure par exemple
ou les tubes électroniques à vide...

un amateur-physicien m'a même relaté l'expérience (cruelle) où à l'époque on mettait les chats sous les cloches à vide... afin de voir ce qui se passait. La pauvre bête trouvait d'instinct par où l'air s'échappait et tentait vainement de boucher l'orifice avec sa patte...

de nos jours, c'est plutot au micro-onde ou au mixer que les sadiques opèrent, vidéos sur le net à l'appui envers les chats.(quelques rats, grenouilles et cafards aussi) avec la constante que tous ces bestiaux finissent morts... gloire à la quantique qui leur laisse une petite chance comme avec Schrödinger.

si on considère la chose physique dénommée vide, c'est plutôt une absence de pression et une exarcerbation des forces electromagnétiques qui entrerait en ligne de compte... maintenant si tu veux faire de la pêche à la ligne en ajoutant dans la sauce, la gravité, les ET ou la dernière liste electorale de Ségolène, tu peux mais tu cherches la rareté...

[physeb]

Bonjour,


En fait la définission du vide n'est pas le néant. Il s'agit de l'état fondamental des champs quantiques. Dans ce cadre on peut calculer certaines choses dont l'effet casimir.

En cosmologie, il y a des théoriciens qui tentent d'établir un lien entre l'expansion accélérée de l'univers et l'énergie du vide. Cependant il y a 120 ordres de grandeurs entre le prévisions et les mesures donc , c'est pas gagné.

Si l'énergie du vide semble être un bon candidat, c'est nottament grâce à la possibilité d'établir un effet local en tout point de l'espace temps ce qui peut donner une constante dans les calculs (ce que l'on appel constante cosmologique dans le modèle actuel). De plus l'équation d'état associée au fluide d'énergie noire semble être -1 ce qui serait cohérent avec l'énergie du vide. Pour autant il n'y a encore rien de fait.

[stefjm]

Premièrement, les constantes dites fondamentales ne se calculent pas mais se mesurent (à partir de quoi de plus fondamental pourrait-on les calculer ?)

Pour les constantes physiques non dimensionnées, cela pourrait être tentant d'essayer de reconnaitre des valeurs particulières connues des mathématiques.

Exemple :
Le dévelopement en série de la base naturelle des logarithmes e est
La limitation de ce développement au rang 7 (à l'harmonique 7 si on a une vision musicale ou électronicienne) donne 2,7182... = 685/252 et dont la mise en facteur fait intervenir naturellement les nombres 2, 3, 5 et 7, mais assez curieusement le 137 avec un joli saut entre 7 et 137.



Il y a aussi la hiérarchie combinatoire de l'Anpa, avec la progression des nombres premiers de Mersennes




dont les sommes successives donnent la valeur des constantes de couplage
3, 10, 137, 1,701.10³⁸

[Niels Adribohr]

dont les sommes successives donnent la valeur des constantes de couplage
3, 10, 137, 1,701.10³⁸

Salut,
j'ai pas du tout les mêmes chiffres pour les deux forces nucléaires. J'ai 1 et 10^-6, mais il est indiqué que ces chiffres dépendent du modèle choisie.

http://www.sciences.ch/htmlfr/physat...physpart01.php


Cela rend déjà la chose assez arbitraire, sans parler des imprécisions.
En tout cas, ce genre de petit calcul ressemble fortement à de la numérologie. Cela fait penser à Kepler dans son Mysterium Cosmographicum qui essayait de rendre compte des trajectoires des planètes du système solaire en représentant les orbites par des sphères circonscrites aux cinq solides de Platon. Cela collait très approximativement, d'ailleurs trop approximativement pour un esprit aussi maniaque que Kepler; et puis il aurait eu du mal à continuer ses élucubrations pythagoriciennes s'il avait pris connaissance de l'existence d'Uranus et Neptune (il n'y avait plus de polyèdres réguliers disponible).

[stefjm]

Je ne sais pas si c'est de la numérologie!
http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/ca...1993018167.pdf
D. O. McGoveran and H. P. Noyes, T.Bastin, Kilmister ne sont-ils pas des gens sérieux?

ou bien encore
http://arxiv.org/PS_cache/gr-qc/pdf/0206/0206084v3.pdf

ou mieux encore?
http://www.maths.qmul.ac.uk/~jgg/gil4.pdf

Constante de structure fine : cos(pi/137)/137

[Niels Adribohr]

Je ne sais pas si c'est de la numérologie!

Je ne sais pas non plus. Il y a deux aspects.

-D'une part, il peut être intéressant de constater des régularités numériques car elles peuvent nous renseigner sur les processus physiques qui les déterminent. Un exemple qui me vient en tête est celui des séries spectroscopiques qui ont mis Bohr sur la voie de la quantification des niveaux d'énergies en physique atomique.

-D'autre part, il peut être très facile d'aller trop loin dans l'interprétation de quelques coïncidences numériques, surtout dans le cas où plutôt de les constater, on les cherche. Il n'est pas très difficile de trouver quelques coïncidences quand on les cherche : on en a un exemple avec Kepler. Dans "leçon sur la gravitation", Feynman nous parle également des nombreuses tentatives qui ont été faîtes pour rendre compte de la faiblesse du rapport de la force gravitationnelle sur la force électrique entre deux électrons. Ces tentatives ont été faîtes par des savants aussi prestigieux que Dirac et Eddington (pour dire que ce sujet n'est pas nouveau). Concernant la constante de couplage de l'interaction électromagnétique (constante de structure fine), Feynman note que "cette valeur 1/137 n'a pas grand interêt : pourquoi la charge adimensionnée de l'électron (4 pi e²/hbar c)^1/2, ne serait-elle pas la grandeur la plus appropriée ? Elle vaut 0,31 ce qui diffère nettement de 1/137 précèdent alors que les deux grandeurs ont le même contenue physique.". Il examine les différentes élucubrations sur le propos et constate à chaque fois quelques coïncidences numériques (ce qui montre que quand on cherche des coïncidences, on les trouve). Celle par exemple de Dirac consiste à relier l'âge de l'univers exprimée en une certaine unité naturelle au rapport précédent, et il constate une coïncidence numérique. Mais en examinant plus la théorie, il se rend compte qu'il faudrait alors que la constante gravitationnelle ai évolué avec le temps, ce qui implique plein de conséquence qui ne sont manifestement pas vérifié. Il dit notamment : "mais souvenez vous ce que nous sommes entrain de faire : on avance des propositions farfelues, afin de voir si l'on peut en tirer des idées vraiment nouvelles."

Je partage personnellement le scepticisme de Feynman.

[stefjm]

Je ne sais pas non plus. Il y a deux aspects.

-D'une part, il peut être intéressant de constater des régularités numériques car elles peuvent nous renseigner sur les processus physiques qui les déterminent. Un exemple qui me vient en tête est celui des séries spectroscopiques qui ont mis Bohr sur la voie de la quantification des niveaux d'énergies en physique atomique.

Série de Balmer?
Travail de Haas, de NICHOLSON, synthétisé par Bohr.
http://www.physique.usherbrooke.ca/~fgaudrea/bohr.htm

Je cite

Les réactions à cet article furent très variées. Certains n’y voyaient qu’un travail de numérologie qui fonctionne par chance, alors que d’autres, comme Albert EINSTEIN y voyait une grande découverte.

http://www.physique.usherbrooke.ca/~fgaudrea/reactions.htm

-D'autre part, il peut être très facile d'aller trop loin dans l'interprétation de quelques coïncidences numériques, surtout dans le cas où plutôt de les constater, on les cherche.

Ce qu'il y a d'ennuyeux dans ce raisonnement, c'est qu'on ne risque pas de les constater si on ne les cherche pas un minimum, ces coincidences.

Il n'est pas très difficile de trouver quelques coïncidences quand on les cherche : on en a un exemple avec Kepler. Dans "leçon sur la gravitation", Feynman nous parle également des nombreuses tentatives qui ont été faîtes pour rendre compte de la faiblesse du rapport de la force gravitationnelle sur la force électrique entre deux électrons. Ces tentatives ont été faîtes par des savants aussi prestigieux que Dirac et Eddington (pour dire que ce sujet n'est pas nouveau).

Je connais un peu. J'aurais bien aimé trouver "Fundamental Theory" d'Eddington traduite en français. (L'anglais d'époque, c'est un peu hard...)

Concernant la constante de couplage de l'interaction électromagnétique (constante de structure fine), Feynman note que "cette valeur 1/137 n'a pas grand interêt : pourquoi la charge adimensionnée de l'électron (4 pi e²/hbar c)^1/2, ne serait-elle pas la grandeur la plus appropriée ? Elle vaut 0,31 ce qui diffère nettement de 1/137 précèdent alors que les deux grandeurs ont le même contenue physique.". Il examine les différentes élucubrations sur le propos et constate à chaque fois quelques coïncidences numériques (ce qui montre que quand on cherche des coïncidences, on les trouve). Celle par exemple de Dirac consiste à relier l'âge de l'univers exprimée en une certaine unité naturelle au rapport précédent, et il constate une coïncidence numérique. Mais en examinant plus la théorie, il se rend compte qu'il faudrait alors que la constante gravitationnelle ai évolué avec le temps, ce qui implique plein de conséquence qui ne sont manifestement pas vérifié. Il dit notamment : "mais souvenez vous ce que nous sommes entrain de faire : on avance des propositions farfelues, afin de voir si l'on peut en tirer des idées vraiment nouvelles."

C'est pour éviter de se faire charrier, voir ridiculiser comme le fut Eddington justement! (par Bethe qui eut d'ailleurs plus tard la médaille Eddington, ironie du sort!)

Ici, la mauvaise blague de Bethe (envers Eddington) qui publia une affaire
Sokal avant l'heure :
http://peccatte.karefil.com/SBPresse...che0497EK.html (fin de l'article)

Born aussi s'est moqué de lui...

Il faut dire qu'Eddington était un peu provocateur :
« I believe there are 15 747 724 136 275 002 577 605 653 961 181 555 468 044 717 914 527 116 709 366 231 425 076 185 631 031 296 protons in the Universe and the same number of electrons. »

pour 136.2²⁵⁶

Je partage personnellement le scepticisme de Feynman.

Feynman, l'auteur du célèbre 6 pi⁵ comme approximation du rapport Mp/Me! (produit du volume par la surface du cube de coté pi.) Un Nobel numérologue sauvé par son humour?

Simon Plouffe a un peu repris ce flambeau!
http://www.lacim.uqam.ca/~plouffe/ar...10millions.doc
ou sur sci.maths
http://groups.google.com/group/sci.m...2fbdfdfdbf4c1#

Cordialement.

[Niels Adribohr]

Série de Balmer?
Travail de Haas, de NICHOLSON, synthétisé par Bohr.

Oui, c'est de ça que je voulais parler.

Ce qu'il y a d'ennuyeux dans ce raisonnement, c'est qu'on ne risque pas de les constater si on ne les cherche pas un minimum, ces coincidences.

Je ne veux surtout pas interdire aux gens de chercher là où ils cherchent, et je ne prétend pas connaitre à l'avance les voies qui seront fructueuses. D'ailleurs, l'exemple des séries spectroscopiques que j'ai moi-même cité sont là pour me montrer que j'aurais torts. Mais le nombre d'arrangement mathématique que l'on peut faire pour trouver une série de nombre est tellement grand que je ne peux qu'être sceptique quand on me présente une série qui expliquerait la valeur des constantes de couplages, à moins qu'on me donne des raisons physiques sous-jacentes.

Ici, la mauvaise blague de Bethe (envers Eddington) qui publia une affaire
Sokal avant l'heure :

Oui, j'avais lu ce texte de Klein. J'avoue que je trouves ce genre de canular particulièrement drôle

C'est pour éviter de se faire charrier, voir ridiculiser comme le fut Eddington justement! Feynman, l'auteur du célèbre 6 pi5 comme approximation du rapport Mp/Me! (produit du volume par la surface du cube de coté pi.) Un Nobel numérologue sauvé par son humour?

Je pense que c'est l'inverse. C'est son humour, et un certains goût pour les petits calculs qui le pousse à faire ce genre de truc. Dans "lumière et matière", il dit d'ailleurs on ne peut plus clairement ce qu'il pense de ce genre de calculs :

Feynman :

Revenons à l'exemple des Mayas. Nous pourrions demander au prêtre pourquoi cinq cycles de Vénus sont à peu près égaux à 2920 jours, soit huit années. Il pourrait nous fournir tout un tas de théories destinées à expliquer pourquoi il en est ainsi, du genre : "20 est un nombre capitale dans notre système numérique ; or, si l'on divise 2920 par 20, on obtient 146 et 146 c'est le nombre qui suit immédiatement un nombre qui peut-être représenté de deux façons différentes par la somme de deux carrées.." Mais de ce fait, cette théorie n'a rien à voir avec Vénus. Nous savons aujourd'hui que ce type de théories ne mène à rien......

....
La première chose que l'on voudrait savoir, c'est quelle est l'origine de ce nombre de couplage : est-il relié à pi, ou peut-être à la base des logarithmes naturels? Personne ne le sait. C'est l'un des plus grands mystère de la physique : un nombre magique donné à l'homme sans qu'il comprenne quoi que ce soit[...].
Si l'on avait une bonne théorie, elle nous dirait que e est égal à la racine de 3 divisé par 2 fois le carré de pi, ou quelque chose de ce genre. De temps en temps, on a vu surgir des tentatives d'explication de la valeur e, mais aucune ne s'est avérée utile. A commencer par Arthur Eddington qui prouva, par la logique pure, que le nombre favori des physiciens devait être exactement 136, la valeur expérimentale de l'époque. Lorsque des expériences plus précises indiquèrent que ce nombre était plus proche de 137, Eddington trouva une légère erreur dans son raisonnement, et montra, toujours aussi logiquement, que ce nombre devait être entier et égal à 137! De temps en temps, quelqu'un s'aperçoit qu'une certaine combinaison de pi, de e, de 2 et de 5 produit la mystérieuse constante de couplage, mais les gens qui jouent avec l'arithmétique ne réalisent pas toujours très bien l'effarante multitude de nombres que l'on peut fabriquer avec pi, et e etc. L'histoire récente de la physique est jalonnée d'articles de gens qui ne sont parvenus à obtenir e avec plusieurs décimales exactes que pour se voir démentis par la fournée suivante d'expériences améliorées.

Pour l'instant, il faut recourir à une infâme cuisine pour calculer j ( Feynman fait référence à la charge nu de l'électron et la procédure de renormalisation), mais rien n'interdit de penser que l'on parviendra un jour à établir une connexion mathématique entre j et e. C'est j qui sera alors le nombre mystérieux d'où vient e. Nul doute qu'on assistera alors à une avalanche d'articles nous expliquant comment calculer j "sans rien" pour ainsi dire, et tentant de démontrer que j vaut 1 divisé par 4pi ou quelque chose de ce genre

[Coincoin]

Ça serait intéressant de construire une théorie probabiliste de cette numérologie. Du genre "si je prends pi, e et les nombres premiers inférieurs à 100, ainsi que les opérations élémentaires, quelle est la probabilité que je puisse bricoler un nombre approchant ma constante physique à mieux que 10^-6"... Ça serait déjà plus scientifique !

[whoami]

Bonjour,

Ça serait intéressant de construire une théorie probabiliste de cette numérologie. Du genre "si je prends pi, e et les nombres premiers inférieurs à 100, ainsi que les opérations élémentaires, quelle est la probabilité que je puisse bricoler un nombre approchant ma constante physique à mieux que 10^-6"... Ça serait déjà plus scientifique !

J'espère que c'est à prendre comme une plaisanterie.

[physeb]

Bonjour,


J'espère que c'est à prendre comme une plaisanterie.

Bah non, c'est juste regarder la probabilité de coïncidence en quelque sorte. Même si le protocole n'est pas très ellaboré (vu qu'il est donné juste comme un exemple) j'irai dans le même sens que Coincoin. En quelque sorte il faut estimer le nombre de solutions fortuites pour certains types de calculs avec un nombre d'iterrations données. Cependant, ce genre de choses est très difficile à faire malgré les ordinateurs actuels .

[Coincoin]

Si je te dis que j'obtiens la constante de structure fine à 10^-6 simplement en combinant pi et l'âge du capitaine, est-ce intéressant ? Ça dépend de la quantité de nombres que je peux retrouver ainsi. Il est troublant d'avoir une relation "simple" (c'est-à-dire utilisant peu de termes et ayant donc peu de probabilité de tomber sur un nombre donné) qui marche. C'est ce qui différencie la numérologie qui a mis le doigt sur quelque chose de potentiellement intéressant de la numérologie qui montre juste l'habileté du numérologue à construire des relations compliquées.
De la même façon que la coïncidence d'Eddington n'est pas convaincante étant donné qu'il arrive à trouver tout aussi bien 137 que 136, je pense que la qualité de la numérologie se mesure suivant sa spécificité.

[invite722df0a8]

Je vais peut être dire une bêtise, mais pour revenir au sujet, je voudrais vous soummettre ce probleme sur les constantes.

La force du vide en avez vous entendu parler? 1objet qui serait compris entre deux volumes de vide serait d'apres ce que jai compris, "poussé" vers le plus petit des volumes.

Du fait de l'expansion de l'univers et d'un "vide qui grandit", (dsl si je dis n'importe quoi) est ce que ca n'expliquerait pas pourquoi la constante gravitationelle G ne serait pas vraiment une constante?(c'est a dire qu'elle devrait varier, peut-être peu à notre échelle, mais varier quand même)

[stefjm]

Ça serait intéressant de construire une théorie probabiliste de cette numérologie. Du genre "si je prends pi, e et les nombres premiers inférieurs à 100, ainsi que les opérations élémentaires, quelle est la probabilité que je puisse bricoler un nombre approchant ma constante physique à mieux que 10^-6"... Ça serait déjà plus scientifique !

Bonjour,
J'ai posé la question à plusieurs mathématiciens qui m'ont tous répondu que ce genre d'approche n'était pas probabilisables.

[stefjm]

De la même façon que la coïncidence d'Eddington n'est pas convaincante étant donné qu'il arrive à trouver tout aussi bien 137 que 136, je pense que la qualité de la numérologie se mesure suivant sa spécificité.

Je n'avais pas relevé.
Depuis quand le physicien ne procède plus par approximations successives?
(16^2 - 16) / 2 + 16 = 136
+1 degré de liberté = 137
+1/3^3 = 137.037037...
+etc...

Avec une ref à Nature :
http://www.nature.com/nature/journal.../133907a0.html