FAQ : questions souvent posées en physique

[invite8c514936]

Bonjour,

Comme son nom l'indique, ce fil est destiné à contenir quelques réponses à des questions souvent posées sur ce forum, ou des informations sur des sujets souvent abordés. Il contiendra notamment des pistes bibliographiques suggérées par les forumeurs.

#2 : théorie des cordes : pistes bibliographiques
#3 : Les électrons tournent-ils autour du noyau atomique ?
#4 : Que se passerait-il si j'avais une vitesse nulle par rapport à un photon?
#5 : De l'infini en physique.
#6 : Que veut dire E=mc2 ?
#7 : c'est quoi un photon ?
#8 : la masse dépend elle de la vitesse ?
#9 : c'est quoi l'antimatière ?
#10 : aller plus vite que la lumière en tourniquet ?
#11 : Pourquoi le ciel est bleu et les nuages blancs ?
#12 : Mouvement perpétuel et systèmes assimilés
#13 : Dépasser la vitesse de la lumière
#14 : L'analyse dimensionnelle
#15 : Fusion froide / LENR
#16 : La Terre Plate
#17 : La numérologie
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[invite8c514936]

Théorie des cordes : pistes bibliographiques

Une discussion a été lancée ici pour recenser les meilleurs textes sur le sujet, et nous vous y renvoyons.

En voici une tentative de synthèse (merci humanino, j'ai copié-collé un de tes messages pour démarrer...)

Livres :

superstring de Michael B. Green, John H. Schwarz et Edward Witten est l'OUVRAGE de référence.
string theory de Joseph Polchinski
Introduction to Superstrings and M-Theory de Michio Kaku.
A first course in string theory
An introduction to string theory string and D-brane dynamics
Quantum field theory of point particles and strings de Brian Hatfield.
The world in eleven dimensions
Quantum Fields and Strings: A Course for Mathematicians
Au bout de la corde, la theorie M

sur ArXiv:

Resource Letter NSST-1: The Nature and Status of String Theory, de D. Marolf. Publié dans American Journal of Physics 72 (2004) 730-741 [hep-th/0311044]
D-branes et orientifolds dans des espaces courbes ou dependant du temps par Nicolas Couchoud [hep-th/0412238]
Aspects non perturbatifs de la theorie des supercordes B. Pioline (these Polytechnique) [hep-th/9806123]
TASI Lectures on Perturbative String Theory and Ramond-Ramond Flux [hep-th/0201209]
Introductory Lectures on D-Branes [hep-th/0109029]
Lectures on Strings, D-branes and Gauge Theories [hep-th/0003019]
Lattice Gauge Theories and the AdS/CFT Correspondence [hep-th/0003119]
D-Branes, Tachyons, and String Field Theory [hep-th/0311017]
Lectures on D-branes, tachyon condensation, and string field theory [hep-th/0301094]
Lectures on Calabi-Yau and special Lagrangian geometry [math.DG/0108088]
Conformal field theory, boundary conditions and applications to string theory
BUSSTEPP Lectures on String Theory de R. Szabo [hep-th/0207142]
Introduction to String Theory de T. Mohaupt [hep-th/0207249]
http://xxx.lanl.gov/abs/hep-th/9612254 [hep-th/9612254]

Des postscripts et des pdf :

L’action de Dirac-Born-Infeld: de l’electrodynamique non lineaire a la theorie M PM Petropoulos
La theorie des supercordes, une theorie qui arrange JB Mouret, G Stordeur, A Thibault
Etude de la conjecture de Maldacena Rapport de stage de DEA (2002) de S. Caillerie, sous la direction de M Lachieze-Rey.

Introduction to String Theory, cours multimedia de W. Lerche.
http://xxx.lanl.gov/abs/hep-ex/0008017 de Schwarz.
http://www.phys.uu.nl/~thooft/lectures/stringnotes.pdf : le cours de 't Hooft.
http://staff.science.uva.nl/~rhd/string-course.html le cours de Dijkgraaf.
http://sciences.ows.ch/physique/TheorieCordes.pdf cours pour débutants par Alexandre Depire.

sites :

Warren Siegel
http://depire.free.fr/publique/THC/Cordes.html : cours pour débutants par Alexandre Depire.
http://www.superstringtheory.com/
The Elegant UniverseLe programme TV "The elegant Universe" en ligne.

voila. je le poste et j'inclus les autres interventions...

[invite88ef51f0]

L'image fréquemment donnée d'un atome est celle d'un petit point (l'électron) tournant autour d'une grosse boule (le noyau). Néammoins, cette vision n'est pas réellement conforme à la mécanique quantique.

Premiers modèles, premiers problèmes
L'électron a été découvert par JJ Thompson en 1897. On a alors imaginé que l'atome ressemblait à un cake aux raisins : les électrons sont des petits raisins chargés négativement dans un cake positif. Ce modèle est appelé modèle du pudding (Thompson était anglais).
En 1911, l'assistant de Thompson, Ernest Rutherford, découvrit en bombardant des atomes qu'ils étaient principalement constitués de vide. Il propose alors un nouveau modèle : l'atome est constitué d'un noyau positif autour duquel tournent les électrons, attirés électrostatiquement . En raison de l'analogie avec le système Terre-Lune ou Terre-Soleil (mais la force étant électrostatique et non gravitationnelle), ce modèle a été appelé modèle planétaire. Ce modèle peut sembler satisfaisant, mais il soulève certains problèmes, qui rendirent perplexes plus d'un physicien de l'époque :

• l'électromagnétisme (développé à la fin du XIXe siècle) nous apprend qu'une charge subissant une accélération, perd de l'énergie par rayonnement (c'est d'ailleurs le principe utilisé par les synchrotrons). Les physiciens en conclurent donc que, dans le modèle planétaire, l'électron devrait décrire une spirale pour finalement s'écraser sur le noyau. Intrigués, ils calculèrent alors le temps de vie de l'électron autour du noyau : une fraction de seconde. Si on en croit le modèle planétaire, la matière n'est pas stable du tout...
• les spectres d'absorption et d'émission de la lumière nous apprennent que la matière n'interagit avec la lumière que pour certaines longueurs d'onde spécifiques de chaque élément (raies spectroscopiques). Cet effet n'est pas expliqué par le modèle planétaire.

Modèle de Bohr
En 1913, Niels Bohr, physicien danois, propose une version améliorée du modèle planétaire : il postule que seules certaines orbites sont possibles, en disant que le moment cinétique doit être un multiple de la constante de Planck réduite. N'autoriser qu'une quantité dénombrable d'orbites d'exister est ce qu'on appelle une quantification. A partir de ce postulat, on en déduit que si l'électron est sur une orbite autorisée alors il ne peut pas rayonner de manière continue, sinon il se retrouverait sur une orbite intermédiaire entre deux orbites autorisées, ce qui est interdit. Par cet artifice, Bohr explique la stabilité des atomes. De plus, la quantification proposée permet de retrouver les raies des spectres pour l'hydrogène. Mais ce modèle n'est pas pleinement satsifaisant, et il existe encore certains points non-élucidés (effet Zeeman ...)

La physique quantique
Durant les années 1920-1930, une nouvelle branche de la physique se développe : la physique quantique. Celle-ci permet de résoudre les problèmes précédents, mais demande d'abandonner des concepts que l'on pensait évidents. Avant tout, les particules ne sont plus considérées comme de simples corpuscules comme en mécanique classique. Une particule n'est plus située en un endroit précis, mais a simplement une probablilité de présence (par exemple, cette particule a une probablité de 1/2 de se trouver dans telle zone). Pour pouvoir parler de la position de cette particule, il faut faire une mesure. De même pour la vitesse. Parler de vitesse ou de position en-dehors d'une mesure n'a pas vraiment de sens. On peut simplement parler de la probabilité de trouver une certaine valeur si on fait la mesure. Là où les choses se compliquent, c'est que la mesure perturbe le système (il faut nécessairement interagir avec le système pour faire une mesure). Ainsi, si on mesure la position puis la vitesse, on ne trouve pas la même chose que si on
mesure la vitesse avant la position. Vitesse et position sont donc liées. Heisenberg a démontré ainsi que si on appelle l'écart-type de la position par rapport à sa position moyenne, et l'écart-type de la fonction donnant la densité de probabilité pour la vitesse, alors on a l'inégalite dite
inégalité de Heisenberg : (m est la masse de la particule et h la constante de Planck). Cette inégalité nous dit qu'on ne peut avoir à la fois une position et une vitesse bien déterminées pour une particule quantique. La notion de trajectoire n'a donc plus de sens.
L'évolution d'un système est donnée par l'équation de Schrödinger. Sa résolution dans le cadre de l'atome d'hydrogène nous permet de retrouver des états quantifiés (et d'expliquer le spectre). Mais l'électron n'est plus décrit comme une petite boule se déplaçant autour de son noyau comme dans le modèle planétaire, mais comme un nuage électronique, avec une densité de probabilité de présence en chaque point de l'espace, et une densité de probabilité de vitesse. Ce nuage électronique remplit plus ou moins l'espace et possède une vitesse, sans pour autant bouger : les notions de la physique quantique peuvent parfois bouleverser notre compréhension intuitive.


Discussions pertinentes sur le sujet

électrons
Cohésion de la matière
Nucléons et électrons / Pourquoi n'y a-t'il pas effondrement
électron et noyau

Sur le sujet de la physique quantique, on pourra aussi se reporter aux dossiers proposés par Futura-Sciences :

Voyage au coeur de la matière
Introduction à la physique quantique

[invite8c514936]

Cette question revient très souvent sur le forum... C'est cette question qui semble-t-il a suscité la réflexion du jeune Einstein vers la relativité. La réponse à cette question est aujourd'hui absolument claire :

On ne peut pas se déplacer à la vitesse de la lumière (dans le vide).

La question, telle qu'elle est posée, n'a donc pas de sens, et insister en se disant "oui mais quand même, que se passerait-il si...", c'est un peu comme se demander quelles seraient les propriétés de deux nombres entiers pairs dont la somme serait un nombre entier impair...

Il y a plusieurs façons de voir pourquoi cette situation est interdite. Par exemple :

1/ Tout d'abord, l'énergie d'un corps de masse allant à la vitesse vaut

Le dénominateur tend vers zéro et donc E tend vers l'infini quand v tend vers c.

2/ Quand on accélère un observateur, il faut fournir de plus en plus d'énergie pour lui faire gagner de la vitesse, et on s'approche asymptotiquement de la vitesse de la lumière sans jamais l'atteindre.

Par contre, les corps qui ont une masse nulle se déplacant exactement à la vitesse de la lumière (mais ce ne sont pas des observateurs et de demander ce qu'ils voient n'a pas trop de sens...).

Finalement, mentionnons que même si un vaisseau disposait d'assez d'énergie pour presque atteindre la vitesse c par rapport à la terre, alors le vaisseau aurait tout de même une vitesse c par rapport à la lumière, tout comme la terre a une vitesse c par rapport à la lumière...

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite4793db90]

On entend régulièrement dans le langage courant les expressions "infiniment grand" ou "infiniment petit". Ces raccourcis pour décrire des échelles très grandes ou très petites est à utiliser avec parcimonie et en connaissance de cause.

En effet, l'infini est un concept mathématique abstrait dont les sciences physiques héritent par ses modèles quantitatifs (i.e. au travers de ses équations). Or la description de certains phénomènes ne se plie pas si docilement à la théorie, qui cesse alors d'être valide.

Pour illustration, le XX^ème siècle a vu naître une science des petites échelles (échelle de l'atome, du picomètre^[1] au nanomètre^[2]): c'est la physique quantique. Cette dernière nous apprend que la nature est très loin de ressembler à l'idéalisation mathématique liée aux nombres et à la notion de continu.

Par ailleurs et d'une manière générale, la présence dans certaines équations de termes potentiellement infinis gène les physiciens qui tentent de s'en débarasser (cf. les transitions de phase, les singularités en RG, l'histoire de la théorie des cordes).

Enfin, du point de vue épistémologique, le caractère infini d'une grandeur n'est pas vérifiable: celà échappe donc au critère de réfutabilité de Popper et cesse en conséquence d'être scientifique.

__________________________
[1]: picomètre: 10^-12m.
[2]: nanomètre: 10^-9m.

[invite8c514936]

Que veut dire E=mc² ?

Cette formule est à la physique ce que les Beatles sont à la musique pop : tout le monde connaît mais ne sait pas forcément dire pourquoi c'est important...

Cette formule a pour origine la relativité restreinte, et dit qu'à un objet de masse m on peut associer une énergie E, en multipliant la masse par le carré de la vitesse de la lumière c.

Remarque sur les unités

Il ne faut pas être surpris d'obtenir une énergie en multipliant une masse par une vitesse au carré, c'est exactement ce qui se passe quand on calcule une énergie cinétique en mécanique non relativiste, . Attention cependant, l'énergie dont nous parlons ici n'est pas du tout l'énergie cinétique d'un corps se déplaçant à la vitesse c (voir un des messages précédents sur ce point).

Quand s'applique-t-elle ?

L'énergie donne ce qu'on appelle l'énergie de masse, mais à un corps de masse m sont en général associées d'autres contributions à l'énergie. Notamment, si le corps est en mouvement, il y a de l'énergie cinétique. Il existe plusieurs formules générales qui donnent le total "énergie de masse + énergie cinétique". Par exemple

ou une autre équivalente

où p est la quantité de mouvement.

Il y a encore d'autres sortes d'énergie qui ne sont pas prises en compte dans cette formule, comme l'énergie potentielle, qu'il faut encore rajouter s'il y en a.

A quoi ça sert ?

Bon, c'est une formule, donc on ne peut pas vraiment dire que ça "serve" à quelque chose. Toutefois, on peut donner quelques exemples physiques où l'on peut s'appuyer sur cette formule...

Premier exemple : Quand on fait fusionner deux noyaux (par exemple deux noyaux d'hydrogène) en un noyau plus gros (dans cet exemple, un noyau de deuterium), la masse du noyau final est plus petite que la somme des masses initiales . La formule nous indique donc qu'une énergie doit être libérée lors de cette fusion. C'est l'origine de toutes les recherches actuelles sur la fusion en tant que source d'énergie.

Deuxième exemple : un électron et son antiparticule, le positron, peuvent s'annihiler quand ils se rencontrent. Cette annihilation conduit dans certains cas à l'émission de deux photons, qui transportent l'énergie où est la masse de l'électron et du positron (ils ont la même masse).

ordres de grandeur

L'énergie de masse d'un électron vaut 511 keV (keV = kilo electron_volt 1 eV vaut joule) soit joule.

L'énergie de masse d'un cheveu (1mg) vaut 10¹¹ joules, soit de quoi alimenter une ampoule de 100 W pendant 30 ans. Ceci n'est pas très intéressant en pratique, car on ne peut pas transformer directement l'énergie de masse en énergie électrique ou autre...

[invite8c514936]

On entend souvent dire que la lumière est constituée de photons, ce qui laisserait penser que les photons seraient des "grains de lumière", de la même façon qu'un bol de riz est fait de grains de riz.

Cette vision des choses n'est pas tout à fait correcte et met sous le tapis plusieurs subtilités liées au concept de photon. Essayons donc de revenir sur cette notion...

La lumière est une onde électromagnétique

La lumière est une onde électromagnétique. Elle est habituellement décrite par la théorie de l'électromagnétisme classique qui repose essentiellement sur les équations de Maxwell. Ces équations décrivent la manière dont les champs électriques et magnétiques peuvent s'induire les uns les autres de proche en proche. Toute perturbation du champ électromagnétique conduit à des perturbations dans le voisinage, se propageant dans l'espace à une vitesse bien définie et souvent notée c.

L'electrodynamique quantique

Le monde dans lequel nous vivons semble obéir à des lois de nature quantique, et l'électromagnétisme n'échappe pas à cette règle. La lumière, en toute rigueur, doit donc être décrite par la version quantique de l'électromagnétisme qui porte le nom d'électrodynamique quantique. Cette théorie quantique est très différente de la version classique.

Par exemple, dans la version classique une onde électromagnétique peut avoir une amplitude arbitrairement faible. Par contre, dans la version quantique les perturbations du champ électromagnétique ne peuvent mettre en jeu que certaines énergies E bien précises, reliées à la fréquence f de la perturbation par E=hf où h est la constante de Planck.

Du coup, l'énergie totale d'une onde est un multiple entier de la quantité élémentaire E=hf. Il en va de même pour la quantité de mouvement et pour le moment cinétique, qui eux aussi apparaissent comme des multiples d'une quantité élémentaire. Tout semble donc se passer comme si les ondes électromagnétiques étaient constituées d'un tas d'objets élémentaires ayant une énergie, une quantité de mouvement et un moment cinétique bien définis. On les appelle des photons.

Ce que permet de comprendre cette vision

Cette notion de photons, de granularité de la lumière, permet de comprendre intuitivement un grand nombre de phénomènes : l'effet photo-électrique, les fluctuations statistiques de l'intensité lumineuse dans certaines conditions (le "bruit de photons"), certaines propriétés du rayonnement du corps noir, un grand nombre de propriétés liés à l'interaction entre lumière et matière, ...

Les problèmes que posent cette vision des choses

Cette vision pose quand même plusieurs problèmes. Essentiellement, elle peut masquer l'aspect quantique de l'onde électromagnétique. On a tendance à employer à tort le concept de photon comme des objets classiques. C'est oublier que la lumière dans les conditions usuelles ne fait pas intervenir un nombre bien défini de photons, mais se présente sous la forme d'une superposition d'états de nombres de photons différents. La signification du nombre de photons contenus dans une onde lumineuse est donc assez obscure.

Conclusion

Il faut donc garder en tête qu'un photon n'est pas une petite "boule de lumière", c'est un objet quantique, dont certaines propriétés ne sont pas si intuitives.

[invite8c514936]

On lit parfois qu'en relativité, la masse augmente avec la vitesse.

La masse est un invariant, elle n'augmente pas avec la vitesse. La notion de "masse relativiste" qui dépend de la vitesse est une notion dépassée que plus personne n'utilise sérieusement, sauf pour s'adresser à des non-scientifiques qui ne peuvent entrer dans les détails.

La relation fondamentale de la dynamique s'écrit, en relativité,



ce qui ressemblerait à la formule classique



si on supposait qu'en relativité, la masse était multipliée par . Toutefois, il n'y a aucune raison d'arranger les équations pour faire ressembler l'équation relativiste à l'équation classique. Cette opératon de cosmétique cache le fait que de toutes façons, toutes les autres quantités ont aussi des sens différents en relativité.

La réponse courte est donc : "non, la masse n'augmente pas avec la vitesse".

PS : Merci à Sephi de m'avoir prêté des bouts de phrase et d'idée !

[invite8c514936]

L'antimatière est le nom général qu'on donne à certaines particules qui ont des propriétés très similaires à celles de la matière, avec quelques petites différences.

La matière qui nous entoure est faite d'électrons, de neutron et de protons. On connait aussi d'autres particules, non présentes dans la matière mais qui sont créées occasionnellement dans la nature ou par l'homme (voir plus bas). Parmi celles-ci, on trouve une particule qui a la même masse et le même spin que l'électron, mais avec une charge opposée. On l'appelle "positron", c'est l'antiparticule de l'électron, c'est une particule d'antimatière.

En fait, à toutes les particules correspondent des antiparticules (une des exceptions notables : le photon est sa propre antiparticule), on connait l'antiproton, l'antineutron, etc...

L'antimatière a-t-elle été observée ou s'agit-il d'une notion théorique ?

Au départ, c'était une prédiction théorique (Dirac dans les années 1930) mais très rapidement les antiparticules ont été observées. Aujourd'hui on en fabrique dans les accélérateurs de particules.

Existe-t-elle à l'état naturel ?
Oui, certaines désintégrations radioactives en créent. On en trouve aussi dans les rayons cosmiques (c'est là qu'on a découvert les premières antiparticules)

A quoi ça sert ?
On utilise les positrons en imagerie médicale dans les petscan.

Pour plus de détails

voir le dossier Futura-Sciences : Antimatière vous avez dit Antimatière ?

[invite8c514936]

Pas mal de gens astucieux imaginent le "truc" suivant pour aller plus vite que la lumière : prendre un disque de grand rayon et le faire tourner assez vite pour que la vitesse donnée par la relation dépasse c, étant la vitesse angulaire.

C'est une fausse bonne idée, car elle oublie plusieurs points importants :

1/ un disque est un solide, et sa mise en rotation se fait de proche en proche, quand on se met à tourner le centre, le reste suit avec un retard d'autant plus grand que l'on considère des points éloignés du centre.

2/ La relation , précisément, n'est plus valable dans cette situation. Plus exactement, la notion de vitesse angulaire devient beaucoup plus subtile dans un contexte relativiste.

[invite88ef51f0]

La lumière provenant du Soleil est globalement blanche. Lorsqu'elle arrive dans l'atmosphère, elle est partiellement diffusée, c'est-à-dire qu'elle est en partie absorbée et réémise dans toutes les directions. La couleur dépend alors du type de diffusion :

• Lorsque les particules diffusantes sont petites devant la longueur d'onde de la lumière, on parle de diffusion de Rayleigh. Cette diffusion est plus efficace à petite longueur d'onde.
• Lorsque les particules diffusantes sont plus grandes que la longueur d'onde, on parle de diffusion de Mie. Elle ne dépend que peu de la longueur d'onde.

Appliquons ça au ciel. La lumière est diffusée par les molécules de l'atmosphère, qui sont bien plus petites que la longueur d'onde (la taille typique d'une molécule est de quelques dixièmes de nanomètres, tandis que la longueur d'onde de la lumière visible se situe entre 400 (bleu) et 800 (rouge) nanomètres). On est donc dans le cadre de la diffusion de Rayleigh. Par conséquent, le bleu (petite longueur d'onde) est plus diffusé que le rouge¹. La lumière qui nous arrive directement du soleil devient de plus en plus rouge, et la lumière du reste du ciel correspond à la lumière diffusée et est bleue. Cet effet est encore plus marqué quand le soleil est bas sur l'horizon, car l'épaisseur d'atmosphère traversée est plus grande : le soleil couchant est donc rouge.
On peut aussi remarquer que la diffusion Rayleigh n'est pas la même dans toutes les directions : elle est plus faible dans une direction perpendiculaire à la lumière incidente. Cet effet est particulièrement visible en montagne (car on y voit une plus grande portion du ciel) : le ciel est bleu clair (pour ne pas dire "bleu ciel"...) vers le soleil, et d'un bleu plus profond perpendiculairement.

Maintenant imaginons un nuage qui vient nous gâcher le ciel. La lumière est alors diffusée par des gouttelettes d'eau de quelques microns, donc plus grandes que la longueur d'onde. La diffusion de Mie ne dépendant presque pas de la fréquence, la lumière diffusée est donc de la même couleur que la lumière provenant du soleil. Les nuages sont donc blancs, sauf lorsqu'ils sont illuminés par un soleil couchant où ils reprennent ces couleurs flamboyantes qui nous fascinent tant.


¹ En fait, c'est le violet qui est le plus diffusé. Mais la sensibilité de l'oeil est très faible aux trop courtes longueurs d'onde, et le ciel nous paraît donc plutôt bleu.


Approfondissements :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Diffusion_des_ondes
http://fr.wikipedia.org/wiki/Diffusion_Rayleigh
http://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9orie_de_Mie
http://fr.wikipedia.org/wiki/Couleur_du_ciel

[obi76]

Mouvement perpétuel et systèmes assimilés.

Les sujets relatifs aux mouvements perpétuels et autres systèmes dits sur-unitaires ou bien encore dénommés "free-énergie" ne sont pas admis sur le forum de Futura-Sciences, rubrique "Physique".

Les raisons de cette limitation:

Les mouvements perpétuels ou les systèmes produisant plus d’énergie qu’ils n’en consomment sont réputés infaisables d’un point de vue scientifique car ils contredisent les lois les plus élémentaires de la physique.
L’INPI n’accepte de toute façon pas les brevets relatifs à ces systèmes.
Note: Le forum "FS" étant français, l'"INPI" est la référence en matière d'antériorité. De plus l'académie des sciences refuse depuis 1775 toute communication sur le mouvement perpétuel.

Il est possible de trouver actuellement, sur le net, beaucoup de systèmes qui prétendent fournir de l’énergie gratuitement. Ces sites, de notre point de vue, visent à exploiter la crédulité de personnes mal informées ou n’ayant pas les connaissances techniques suffisantes pour pouvoir procéder à un discernement.
Du point de vue de l’éthique de notre forum, nous ne pouvons pas, à ce sujet, pour les raisons précédemment énoncées, admettre un lien vers des sites avec lesquels nous ne pouvons pas être en accord.
Toute discussion, sur les systèmes dits "à mouvement perpétuel" ou "sur unitaires", ou bien faisant référence par lien à de tels systèmes sera donc fermée sans préavis et sans justification.

Ouverture d’esprit

• Toutefois, considérant que l'auteur initial du message peut être de bonne foi et ouvert aux arguments logiques la discussion initiée pourra éventuellement rester ouverte pendant une courte période, le temps d'expliquer pourquoi la question ou la solution proposée se heurte à une impossibilité.

Les idées, aussi géniales soient-elles, doivent être étayées comme l’indique clairement La Charte, ce qui concrètement doit se traduire par un certain nombre de faits irréfutables.

« En admettant » qu’une personne trouve un tel système, elle devra pouvoir satisfaire aux cinq critères suivants avant d’en débattre sur le forum.

1°) Les idées en tant que telles n’ont pour nous aucune force de preuve et tout système proposé devra être obligatoirement montré par un prototype totalement fonctionnel et qui doit bien sûr fonctionner plusieurs jours sans interruption et sans aucune intervention extérieure.
Les dessins de CAO 3D animés ou non et les vidéos invérifiables ne peuvent être acceptés.

2°) Avoir préalablement déposé un brevet et être à l’étape 10 du dépôt de brevet.
Justification du 2°. Une telle invention, si elle était discutée auparavant sur un forum ne pourrait plus être brevetée car elle ne serait plus nouvelle.

L’invention doit être nouvelle, c’est-à-dire qu’elle ne doit pas porter sur une innovation qui a déjà été rendue accessible au public, quels qu’en soient l’auteur, la date, le lieu, le moyen et la forme de cette présentation au public. (Source INPI.)

3°) Le système proposé à la discussion sur le forum ne doit pas reposer sur du texte aussi sophistiqué (et sophiste) soit-il et des calculs plus ou moins invérifiables, voire fumeux, comme nous le voyons trop souvent.
L’énergie générée par le système proposé doit pouvoir être mesurée par un système totalement indépendant de l’invention proposée (Le système de mesure doit pouvoir être séparé physiquement et découplé sans aucun subterfuge).
Le système de mesure de l’énergie brute produite doit être basé sur des systèmes et des mécaniques simples, comme un frein de Prony, un frein à bande, une poulie soulevant un poids, un accouplement à une pompe ou un générateur d’électricité raccordé à un consommateur standard qui doit avoir des caractéristiques techniques connues.

4°) Il appartient à l’auteur de l’invention de prouver que le système fonctionne sans subterfuge et conformément au 3°. Il n’appartient pas au forum ni à ses membres de prouver la validité du système ou de l’idée.

5°) Ce système doit pouvoir être reconnu valide par les femmes et les hommes de l’art en fonction du principe énoncé simplement et par une démonstration in situ selon les strictes conditions définies au point 3.

Si les cinq points sont remplis alors nous nous réjouirons qu’enfin quelqu’un ait trouvé une solution réelle et indiscutable à ce problème sur lequel ont buté quelques milliards d’êtres humains depuis quelques milliers d’années.

Tout sujet de discussion qui ne satisfait pas à ces cinq points sera immédiatement fermé sans préavis puis archivé sans commentaire ni recours.

Pour ceux que ça intéresse, une petite vidéo sur youtube résume bien le problème... : http://www.youtube.com/watch?v=th5EL-KJ2Lw

[obi76]

Dépasser la vitesse de la lumière.

De nombreuses personnes cherchent par tous les moyens à trouver une astuce qui permettrait d'envoyer un objet matériel plus vite que la vitesse de la lumière (dans le vide). Ici nous détaillerons les astuces les plus fréquemment mises en oeuvre, indiquerons/expliquerons pourquoi elles ne marchent pas etc.

1. Le tourniquet
   Cette idée, présentée comme une expérience de pensée, est souvent décrite sous diverses variantes permettant de dépasser la vitesse de la lumière. Voyons en deux variantes qui regroupent l'essentiel des cas.
   - On prend un tourniquet de rayon ou une barre de cette longueur, que l'on tient par une extrémité et que l'on fait tourner à vitesse angulaire . Si la vitesse de rotation est suffisante, alors l'extrémité se déplace à la vitesse : . En réalité, ce n'est pas possible. Tout d'abord, la relativité interdit qu'un objet se déplace à une vitesse supérieur à . Donc, l'extrémité de la barre (ou le bord du tourniquet) ne dépassera pas , et on sera toujours limité à . Mais alors, qu'est-ce qui empêche d'y arriver ? Ne suffit-il pas de "pousser fort" ? Non, car cette barre ou ce tourniquet ont forcément une certaine masse, disons . Or lorsqu'un objet approche la vitesse de la lumière, son énergie approche , où est le facteur relativiste qui diverge à l'approche de . Il faudrait donc fournir une énergie infinie, donc pousser avec une force infinie, rien que pour atteindre la vitesse de la lumière. Que dire alors de son dépassement ?
   - On envoie un rayon lumineux vers un écran circulaire et on fait tourner le projecteur. Le spot lumineux va alors se déplacer à la vitesse et cette fois rien ne semble pouvoir le limiter. Secouez par exemple une lampe torche face à la Lune, rien ne semble empêcher ces mouvements. Oui, cette fois c'est possible ! Le spot peut aller plus vite que la lumière. Mais ce n'est pas grave car la relativité n'interdit pas l'existence de vitesses plus grande que , ce qu'elle interdit c'est qu'un objet matériel se déplace à cette vitesse (ou même une information). Or ici, le spot lumineux est constitué à chaque instant de lumière différente, venant de la torche (à vitesse c et pas plus). Le spot est simplement un "lieu géométrique", la lumière ne va pas d'un point à l'autre de l'écran, elle va toujours de la torche vers l'écran, uniquement (de même pour l'information, si on fait du Morse avec la lampe torche, deux individus sur l'écran recoivent l'information Morse de la torche mais ne peuvent utiliser le déplacement du spot pour s'envoyer un signal plus rapide que la lumière entre-eux).
   
2. Deux fusées face à face
   Nous avons rencontré un très grand nombre de fois l'idée suivante (ou similaire) : "si je suis dans une fusée qui va à 200000 km/s (par rapport à la Terre) et qu'une fusée vient vers mois à 200000 km/s (par rapport à la Terre), alors je la vois arriver à 400000 km/s, ce qui est supérieur à la vitesse de la lumière, c'est donc possible !". (Une variante : je suis dans un train super rapide qui va à 299792457 m/s, je lance une balle à 2 m/s, elle ira donc plus vite que la vitesse de la lumière !). Hé bien non, ça ne marche toujours pas.
   Pourquoi ? Simplement que depuis l'apparition de la relativité, on sait que les vitesses ne sont pas additives. En effet, il existe une loi (la transformation de Lorentz) permettant de trouver les vitesses exactes (et mesurées) dans ce type de cas. Cette transformation est , avec u la vitesse réelle, v et w les vitesses des objets, et c la vitesse de la lumière dans le vide. Exemple : ma fusée va à v = 200000 km/s [par rapport à la Terre], une fusée vient vers moi à cette même vitesse w=200000 km/s [par rapport à la Terre]. Sa vitesse par rapport à moi est donc . Hé oui, c'est inférieur à c, et malheureusement, quelles que soient les deux vitesses prises, ça le restera.
   
   Effectivement, beaucoup me diront "pourtant sur l'autoroute, si je roule à 130 km/h et que je croise une voiture allant à 130 km/h, alors elle va à 260 km/h par rapport à moi". Presque. A de si faibles vitesses, la transformation de Lorentz se comporte comme une loi d'additivité classique. Si on utilise sa transformation pour des vitesses comme celles-ci, on obtient environ 259.99999999999999. L'additivité des vitesses "classique" est donc valable pour des vitesses dites "non relativistes".
   A savoir que cette loi est une des loi les plus précisément mesurées et validées dans l'histoire des sciences.
   Pour plus de détails, regardez ici.
   
3. L'effet Vavilov-Čerenkov
   Beaucoup s'extasient : "J'ai vu dans wikipédia que l'effet Vavilov-Čerenkov se produisait lorsque des particules allaient plus vite que la lumière, c'est donc possible !". Pour commencer, l'effet Vavilov-Čerenkov existe bel et bien, et est même facilement visible. C'est ce qui explique la lueur bleue dans les piscines des centrales nucléaires. Quelques petites mises au point sont nécessaires. Tout d'abord, il n'est pour le moment pas possible de dépasser la vitesse de la lumière dans le vide, c'est-à-dire 299792 km / s. Dans l'eau, celle-ci diminue à 245000 km/s environ. Il est donc parfaitement possible d'envoyer des particules à plus de 245000 km/s sans aller à plus de 299792 km / s. Des particules sont donc envoyées plus vite que la vitesse de la lumière dans le milieu, et vont tout de même moins vite que la vitesse de la lumière dans le vide. Vous me direz "245000 km/s c'est vachement rapide quand même". Oui, on a réussi à faire mieux .
   
4. L'intrication quantique
   L'intrication quantique est souvent invoquée aussi comme moyen d'envoyer instantanément de l'information à distance. Rappelons que l'intrication quantique est le fait que deux particules quantiques éloignées sont dans le même état quantique, éventuellement un état de superposition de deux états mesurables. Disons que les particules peuvent avoir un spin haut ou bas. Dans ce cas si l'on mesure une particule on va trouver (par exemple) spin haut et si l'on mesure l'autre particule, on a aussi ce résultat.
   Voir aussi : https://fr.wikipedia.org/wiki/Intrication_quantique
   Mais cela en soi n'a rien de si étrange, si deux jumeaux blonds ou bruns s'éloignent et qu'on les observe on découvrira aussi qu'ils sont tous les deux blonds ou bruns. Le mystère est ailleurs et est lié au fait que l'état de la particule quantique (spin haut ou bas) n'est pas déterminé à l'avance avant mesure. Et mettre en évidence les propriétés étranges de l'intrication est un peu plus complexe que cela.
   Voir aussi : https://fr.wikipedia.org/wiki/In%C3%...C3%A9s_de_Bell et https://fr.wikipedia.org/wiki/Exp%C3...C3%A9s_de_Bell
   La mécanique quantique peut être interprétée de plusieurs manières. Et certaines interprétations comme la plus ancienne, celle dite de Copenhague, dit que lorsque l'on mesure l'état d'une particule, celle-ci se réduit dans l'état mesuré. Par exemple, si je mesure une des particules dans l'état spin haut, son état initial "haut+bas" se réduit en "haut". Cela entraine des abus de langage comme : "l'autre particule se réduit instantanément à haut", ce qui donne l'impression d'un transfert instantané d'information. C'est abusif pour plusieurs raisons : rien ne permet de savoir si l'état est réduit instantanément à haut, tout ce qu'on peut dire c'est qu'en mesurant l'état de la particule on trouve aussi haut et ce pourrait être cette deuxième mesure qui réduit l'état de la particule, la relativité ne permet pas d'établir une simultanéité absolue des réductions des deux particules, cela dépend de l'observateur, et enfin, cette façon de décrire les choses dépend de l'interprétation (et les interprétations sont physiquement équivalentes, par construction).
   
   Revenons à l'idée originale. Peut-on utiliser ce phénomène pour transmettre une information ? (instantanément ou pas d'ailleurs) Non, car celui qui mesure la première particule ne décide pas du résultat haut ou bas, c'est aléatoire. Et celui qui mesure la deuxième particule n'a aucun moyen de savoir si le résultat qu'il obtient résulte de la première mesure ou du pur hasard de sa propre mesure. Ce n'est qu'en comparant après coup que l'on peut constater la corrélation des mesures. Et cela ne peut se aire que par l'échange de signaux subluminiques. C'est d'ailleurs la méthode utilisée en cryptographie quantique ou en téléportation quantique. En réalité les informations sont transférées via les échanges de particules intriquées et via ces signaux subluminiques et non pas par un transfert instantané et mystérieux à distance lors des mesures.
   Voir aussi : https://en.wikipedia.org/wiki/No-communication_theorem
   (disponible uniquement en anglais)
   

D'autres phénomènes sont fréquemment invoqués, voir la page de Wikipedia qui les récapitule :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Vitesse_supraluminique

[obi76]

L'analyse dimensionnelle

L'analyse dimensionnelle (notée AD pour les intimes) est une méthode de plus en plus enseignée. Elle comporte un certain côté pratique, mais son utilisation ne peut/doit pas se faire sans un minimum de précautions. Précautions qui sont parfois éludées mais qui sont indispensables.

Que peut-on faire et ne pas faire, et dans quels cas utiliser cette méthode ?

1. Tout d'abord, une chose fondamentale à savoir, c'est que l' AD permet de trouver un certain type d'erreur dans les équations, mais ne permet en aucun cas de certifier que cette équation est juste. Une équation qui satisfait les dimensions ne satisfait pas nécessairement tous les critères nécessaires à la considérer comme juste. En résumé : si l'AD "marche" sur une équation, on ne peut pas dire qu'elle est bonne, mais si l'AD ne marche pas, on peut affirmer avec certitude qu'elle est fausse.
2. De plus en plus d'exercices sont donnés du type :"par AD, trouvez l'expression de telle force, ou telle énergie, etc.". Ceci n'est tout simplement pas possible, et-ce pour plusieurs raisons.
   • En premier lieu, l'AD part du principe que la loi peut s'exprimer sour la forme d'un produit de paramètres portés à des puissances à déterminer. Toute loi qui ne s'exprime pas de cette manière ne peut être retrouvée avec cette méthode (si elle possède une addition, une soustraction etc.). Il est difficile de pouvoir justifier du fait que l'équation recherchée ne peut s'écrire que de cette manière.
   • Il faut connaître tous les paramètres à prendre en compte. Cela ne peut se faire qu'"intuitivement". Cela requiert une certaine expérience, et n'est pas forcément évident. En effet, dire par exemple que l'accélération centripète dépende de la vitesse de l'objet et du rayon de courbure de sa trajectoire peut paraître évident, mais dire que cette accélération ne dépende QUE de ces paramètres, c'est difficilement justifiable. Dans cet exemple, trouver la formulation de cette accélération fonctionne.
   • Un autre soucis assez fréquent, c'est le nombre de paramètres qui peuvent intervenir. Par exemple, dans le cas de la traînée d'une bille dans un fluide, un modèle simple possède 5 paramètres (masse volumique de la bille, celle du fluide, viscosité du fluide, rayon de la bille et vitesse de la bille). Une AD sur ce problème vous donnera une infinité de solutions (5 inconnues pour 3 équations). Une autre raison pour laquelle l'AD ne marche pas dans ce cas est exposé dans le point suivant.
   • L'AD permet de trouver une formulation, aux coefficients sans dimensions près. Exemple très simple, pour trouver la circonférence d'un cercle, l'AD vous dirai "ça ne dépend que de son rayon, dans ce cas le périmètre est égal au rayon". Le coefficient sans dimension est indéterminable avec cette manière (tout comme la traînée d'une bille, l'énergie cinétique etc.). Si "par chance" ce(s) coefficient(s) sont unitaires, alors l'AD fonctionne pour trouver la loi.
   • L'AD ne permet pas de trouver, dans les équations, des termes adimensionnés, même si ceux-ci sont parmi les paramètres à prendre en compte (, , etc.). De ce fait, une grand nombre d'équations ne peuvent être retrouvées de cette manière (relaxation de tension dans un circuit RC, loi d'Arrhénius ...).
   • L'AD a un intérêt cependant, celui de montrer que les fonctions non linéaires en physique (comme sin, log, exp, W etc.) ne doivent contenir que des termes adimensionnés (un développement de Taylor de ces fonctions vous le montrera immédiatement).

En résumé, l'AD permet de trouver des erreurs dans les équations, mais ne permet que très rarement de "trouver" une loi, et même si ça arrive, on ne peut prouver de cette manière que cette loi est juste.

[obi76]

Fusion froide / LENR.

Les domaines abordés sous les appellations de fusion froide ou LENR (Low Energy Nuclear Reaction) fourmillent de théories farfelues, d'acteurs impliqués contestables, et entraînent à répétition sur le forum des relances de type prosélyte accompagnées de références vers des liens qui prétendent que le phénomène est démontré et que des résultats ont été obtenus, voire que des dispositifs sont sur le point d'être vendus.

Malheureusement aucune de ces prétentions n'est prouvée, au moins selon l'opinion de la quasi totalité de la communauté scientifique compétente pour en juger. En conséquence ce type de discussion ne sera plus accepté sur le forum tant qu'une confirmation éclatante et validée par cette communauté n'aura pas été publiée dans une revue scientifique sérieuse à comité de lecture.

Aucune exception ne sera tolérée tant qu'aucune preuve irréfutable, reproductible et étudiée sérieusement n'aura été effectuée et relatée dans des revues crédibles qui sont utilisées comme références dans le milieu scientifique.

[Deedee81]

La Terre Plate.

La Terre Plate est un courant de pensée qui émet l'idée assez surprenante que la Terre est plate (comme une galette) et non (à peu près) sphérique.

Cette idée est particulièrement farfelue : on sait qu'elle est sphérique depuis, au moins, la très haute antiquité et cela paraît aberrant pour tout ceux qui (comme moi) ont déjà fait le tour du monde (et ils sont nombreux sur Futura) ou pour tous ceux qui ont suivi (comme beaucoup ici) les missions spatiales et les satellites (que ce soit on-line ou avec un télescope).

Pourtant on constate, contre toute attente, que les partisans de cette idée sont assez nombreux. On trouve même des sites internet de bonne facture regroupant les disciples. Et si certains y participent par jeu, il s'avère que beaucoup y croient dur comme fer.

Cette croyance anormalement répandue génère parfois beaucoup de pollution dans le forum. D'autant que les sujets sont parfois introduits de manière assez insidieuse avec des questions légitimes sur la mesure de la courbure de la Terre ou les constatations visuelles liées à l'horizon. Cela entraine de très longues et souvent inutiles discussions.

De plus, les auteurs de ces discussions ne considèrent pas (à juste titre) qu'il s'agit d'une théorie personnelle puisqu'elle ne vient pas d'eux et qu'on trouve nombre de sites et vidéos qui en parlent.

Mais cette "théorie" n'est certainement pas reconnue par la communauté scientifique ! Il n'y a aucune publication sous comité de lecture dans une revue reconnue par la communauté allant dans ce sens. Rappelons d'ailleurs qu'une vidéo n'a rien de scientifique. Tout au plus, on peut donner un lien sur une vidéo à titre d'information, pour illustrer, pour indiquer une vulgarisation plutôt bien présentée d'un sujet ou l'autre. Il en est de même des blogs, forums et sites internet en général, même wikipedia qui, là aussi, est très souvent utilisé non comme source officielle mais pour donner des informations à tel ou tel participant sur des sujets déjà reconnus par la communauté.

Cela contrevient donc au point 6 de la charte. Et par conséquent toute discussion sur l'idée, même suggérée, même pour le fun, que la Terre serait plate sera dorénavant strictement interdite.

Aucune exception ne sera tolérée. De plus, comme certains introduisent ce sujet de manière insidieuse (voir plus haut), en cas de récidive d'un auteur, des sanctions seront prises.

Merci,

[Deedee81]

La numérologie.

La numérologie est l'art (plus qu'une science) de voir des rapprochements entre grandeurs numériques et d'y voir à tort ou à raison toutes sortes de conséquences plus ou moins sérieuses et sans se préoccuper du fait que les coïncidences numériques sont bien plus fréquentes qu'on ne le croit.
Voir aussi : https://fr.wikipedia.org/wiki/Num%C3%A9rologie
Ce type de sujet est totalement proscrit. La raison en est que le sujet est essentiellement non scientifique au sens large ou métaphysique (voir le lien ci-dessus). Mais aussi à cause du respect du point 6 de la charte (il n'y a pas de numérologie dans les théories validées et reconnues par la communauté scientifique). Le sujet n'est en effet pas toujours métaphysique, mais il reste borderline (comparaisons numériques de grandeurs en physique mais sans véritable justification autre que ces valeurs numériques, quelles que soient l'origine de ces grandeurs et même en respectant les dimensions/unités).

Notons que les comparaisons numériques de grandeurs ne sont pas nécessairement inintéressantes ou non scientifiques. L'exemple des constantes de Feigenbaum en théorie du chaos en est une belle illustration : d'abord découverte numériquement par l'étude de phénomène chaotique et la recherche numérique du centre de gravité de l'ensemble de Mandelbrot a montté qu'il était donné par deux des constantes de Feigenbaum (ce qui n'est certainement pas un hasard mais ce n'est toujours pas démontré). Mais cela reste exceptionnel, nécessite une confirmation non basée sur la numérologie et cela n'empêche pas le caractère hors charte (comme indiqué ci-dessus avec le point 6 de la charte). Tous les sujets scientifiques ne sont pas en charte ou thématique (absence de forum approprié par exemple) ! Et ce même si certains scientifiques reconnus se sont parfois essayé à ce type de comparaison numérologique.

Rappelons aussi que la Méthode Scientifique commence (dans sa version "principale") à partir des données expérimentales, à comparer et passer à une mathématisation. Mais ce n'est évidemment qu'un résumé très court. Si c'était juste aussi simple ce serait trop beau. La partie expérimentale doit concerner un objet ou un phénomène précis et modélisé avec des raisons physiques de relier les grandeurs entre-elles. C'est un métier en soi. Ce n'est pas juste dire "les deux nombres sont proches". Et de toute façon il est bon de se souvenir que Futura ne fait pas que promouvoir la Méthode Science, sa ligne éditoriale est [I]beaucoup plus stricte[/U] (voir la charte) soit par choix éditorial soit parce que ce n'est pas sur un forum que l'on fait de la science (elle se fait en laboratoire, sur papier, dans des séminaires, à travers des publications. A l'exception notable des projets collaboratifs.... ce que n'est pas Futura). Certains peuvent le déplorer, n'étant pas capable de faire l'effort d'utiliser les voies appropriées, mais c'est un fait.

Rappelons aussi que les références dites valides sont :
les articles publiés dans des revues internationale en anglais, à comité de lecture, à fort facteur d'impact et reconnues par la communauté scientifique. (d'autres liens très accecibles comme wikipedia ou certaines archives ouvertes peuvent être utiles, mais éventuellement avec un grain de sel). La liste de ces revues (et celles non reconnues, les revues "prédatrices") sont listées dans wikipedia.
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_physics_journals
La liste des revues prédatrices est (malheureusement) beaucoup plus longue. Mais inutile d'aller voir (pour le curieux, la liste de Beall est très bien) puisque celle qui compte est ci-dessus.

Il est donc hors de question de justifier une discussion sur le fond en numérologie en donnant un article d'une revue non valide au sens ci-dessus. Il reste possible, bien entendu, de poser la question sur une telle revue/article : elle-elle valable ? Est-ce sérieux ? Est-ce valide au sens de Futura ? Mais bien entendu cela ne doit pas être un prétexte à parler de numérologie ou assimilé au sens ci-dessus. Cela ne pourrait se faire qu'en donnant une référence le justifiant, référence valide au sens ci-dessus.

Par conséquence, et vu le caractère récurrent de ce genre de message, tout message abordant une remarque "numérologique" de ce type entrainera systématiquement la suppression du message ou la fermeture de la discussion et ce sans autre explication ou justification de la modération. Et ce même si le message numérologique est posé sous forme de question ou à titre d'exemple ou de curiosité.
Futura n'est pas le lieu même pour discuter ou signaler ce qui serait hors charte. Il y a d'autres forums sur internet pour ça, ce n'est pas ce qui manque.