Reproduire les conditions du big bang avec un collisionneur !

[diasoluyalu]

bonjour.

Comment peut-on prétendre que le CERN ou le LHC essaient de reproduire les conditions du big bang alors que lors du big bang c'est la MASSIVE SINGULARITÉ primitive intégrale qui a explosé, alors que dans les collisionneurs ce sont quelques particules élémentaires seulement qui explosent après être contraintes à la collision à une vitesse relativement limitée ?

Les deux phénomènes ne peuvent avoir rien en commun (ensembles disjoints sans aucune intersection),

bien que la théorie du chaos (?) dit que tout l'univers se retrouve (est contenu) dans chacune des plus petites particules élémentaires, et que l'ensemble de tout l'univers contient et reflète toutes les particules élémentaires : LE TOUT EST DANS CHACUN ET CHACUN EST DANS LE TOUT !

Merci.
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[obi76]

Bonjour,

c'est en terme de densité d'énergie qu'on s'en rapproche. En terme d'énergie tout court une collision ne fait pas plus mal qu'un moustique qui vole...

Idem : la température ce n'est pas une énergie, c'est lié à une densité [massique] d'énergie.

Donc, dans le LHC on peut atteindre des températures (qu'il faudrait définir proprement déjà) qui s'appochent grandement de la température du Big bag, meme si c'est sur une infime partie.

[Deedee81]

Salut,

Ce qui est reproduit ce sont les conditions physiques vécues par les particules (chocs dus aux agitations thermiques, formation du plasma quark - gluon).

Mais attention, comme le dit Obi :

la température du Big bag.

Il ne faut pas tout mettre dans le même sac.

[diasoluyalu]

Bonjour,
Donc, dans le LHC on peut atteindre des températures (qu'il faudrait définir proprement déjà) qui s'appochent grandement de la température du Big bag, meme si c'est sur une infime partie.

OK, merci, mais...

On s'approche de la température du big bang, mais le vaste environnement ne refroidit-il pas INSTANTANÉMENT le système ?

Merci.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

On s'approche de la température du big bang, mais le vaste environnement ne refroidit-il pas INSTANTANÉMENT le système ?

Ce n'est jamais instantané. La température baisse par émission de particules et de photons qui se dispersent dans l'environnement. Tout comme un radiateur électrique perd une partie de son énergie par rayonnement infrarouge.

Mais c'est rapide. Les collisions ne durent qu'un temps très très court (on parle de durées bien inférieures au milliardième de seconde). Et les états de plasma quarks-gluons (typique du début début de l'univers) créés par des collisions d'ions lourds ne durent aussi qu'une infime fraction de seconde. C'est comme si on prenait des photos de l'état de matière dans ces conditions.

[diasoluyalu]

Bonjour,

c'est en terme de densité d'énergie qu'on s'en rapproche. En terme d'énergie tout court une collision ne fait pas plus mal qu'un moustique qui vole...

Idem : la température ce n'est pas une énergie, c'est lié à une densité [massique] d'énergie.

Donc, dans le LHC on peut atteindre des températures (qu'il faudrait définir proprement déjà) qui s'appochent grandement de la température du Big bag, meme si c'est sur une infime partie.

reBonjour !

Apparemment la mécanique ondulatoire bouleverse tout de la physique traditionnelle.

1. Pourquoi n'enseigne-t-on pas l'essentiel de la physique quantique dans les écoles moyennes ?

2. Pourquoi ne remplace-t-on pas dans les écoles dès le bas âge les notions dépassées de la physique traditionnelle par celles de la physique quantique ?

Jusque là, la mécanique ondulatoire semble encore rester dans le domaine de l'ésotérisme, seuls les personnes qui y souscrivent volontairement peuvent en connaître quelque chose !

Avez-vous un mot à ce sujet ?

Merci.

[obi76]

Bonjour,

1. Pourquoi n'enseigne-t-on pas l'essentiel de la physique quantique dans les écoles moyennes ?

Parce que la physique quantique est UNE des nombreuses physiques enseignées. Lorsque l'on fait de la mécanique des fluides par exemple, on ne s'embete pas à savoir si on manipule des corpuscules ou des ondes. On ne s'occupe meme pas de savoir ce qu'il se passe en terme de collision de particules : tout est localement moyenné. Pour la mécanique des structures, c'est pareil, pour la physique des matériaux, ça peut etre utile dans certains cas particuliers... Et puis il faut aussi admettre que ce n'est pas très facile à comprendre sans un minimum de bagages mathématiques. De plus, on verra plus (en nombre) d'application industrielles aux "autres" physique qu'à la mécanique quantique...

2. Pourquoi ne remplace-t-on pas dans les écoles dès le bas âge les notions dépassées de la physique traditionnelle par celles de la physique quantique ?

Dès le bas age... comme dit précédemment, la mécanique quantique n'est qu'une des nombreuses physiques existantes, et qui plus est pas la plus simple. Vous voyez la lune passer dans le ciel, avec des notions simples de mathématiques vous pouvez trouver pourquoi. Comment une LED marche, c'est une autre paire de manches.

Jusque là, la mécanique ondulatoire semble encore rester dans le domaine de l'ésotérisme, seuls les personnes qui y souscrivent volontairement peuvent en connaître quelque chose !

C'est loin d'être ésotérique. Si c'est enseigné en sciences...

[mach3]

C'est loin d'être ésotérique. Si c'est enseigné en sciences...

si on entend ésotérique comme "inaccessible aux non-initiés" (comme je pense que diasoluyalu l'entend ici), oui la mécanique quantique est ésotérique et d'ailleurs une bonne partie des sciences est ésotérique car difficilement accessible si on est pas "initié".

Le sens du mot ésotérique a dérivé vers quelque chose de péjoratif lié aux pseudosciences par exemple (courant new age etc...) mais il ne faut pas oublié son sens premier.

m@ch3

[Deedee81]

Si par "y souscrire volontairemen" tu entends "décider de s'inscrire dans une flilière scientifique" (j'ai fait polytech et j'ai appris la MQ) alors oui.
Mais su tu entends par là "étudier par soi-même", non, ce n'est pas nécessaire (ce qui n'empêche pas de le faire).

La physique c'est un grand édifice. Connaitre et maitriser une théorie et ses applications nécessite généralement d'avoir d'abord apris d'autres théories.
Ainsi (pour les théories validées) les derniers étages c'est relativité générale et théorie quantique des champs.
Les étages juste en-dessous c'est mécanique quantique et relativité restreinte.
En-dessous, mécanique classique et électromagnétisme.
Et encore en-dessous la cinématique.
Et dans des pièces latérales on trouve la thermodynamique, la physique statistique, la physique des matériaux, la mécanique des fluides, l'optique géométrique puis ondulatoire, la géophysique, l'astrophysique, etc... etc...

On ne monte pas au dernier étage sans passer par les étages inférieurs. Pas d'hélicoptère amenant directement sur le toit en physique.

Donc, il est tout à fait normal en moyenne d'apprendre les bases : cinématique, mécanique classique, un peu de théorie des gaz, d'optique géométrique, d'électricité etc....
Ce qui laisse la place également pour apprendre les bases d'autres flilières (mathématique, de toute façon indispensable aussi en physique, biologie, littéraire, histoire, langues,...)

Puis après, on s'inscript si on le souhaite dans une fac pour suivre l'orientation de son choix. Et là, un type va montrer où se trouve l'escalier pour grimper aus étages supérieurs.

[Gilgamesh]

bonjour.

Comment peut-on prétendre que le CERN ou le LHC essaient de reproduire les conditions du big bang alors que lors du big bang c'est la MASSIVE SINGULARITÉ primitive intégrale qui a explosé, alors que dans les collisionneurs ce sont quelques particules élémentaires seulement qui explosent après être contraintes à la collision à une vitesse relativement limitée ?

Le terme "Big Bang" est très mal fagoté. A la base c'est une théorie résultant de l'application de la théorie de la Relativité Générale à un espace homogène et isotrope qui donne naissance à une famille de modèle d'univers. Dans cette famille de modèle d'univers possibles, on choisit celui qui correspond le mieux à celui observé, notamment ça conduit à des modèles où l'univers est en expansion, et dont le passé est plus chaud. A partir de la on peut "rejouer l'univers" en inversant le sens du temps pour voir ce qui se passe quand on approche de l'origine. Dans le cadre du modèle on arrête de rembobiner la cassette quand le modèle ne donne plus de résultat. Et il n'en donne plus à partir du moment où on aboutit à une singularité, c'est à dire un point "mal ou non défini" (c'est la définition mathématique du mot "singularité" ) du fait que toutes les quantités thermodynamiques de l'univers (pression, température, densité) tendent vers l'infini.
Etant un "point aveugle" de la théorie, la singularité ne peut être conçue comme cause de quoi que ce soit. On ne peut pas impliquer le concept de singularité dans un raisonnement positif (la singularité est comme ci ou comme ça, cause de ci ou de ça). Parler de "massive singularité" est antinomique dans les termes même.

Par contre on peut remonter assez loin, justement à l'aide des lois de la physique mise à l'épreuve dans des accélérateurs comme le LHC. La physique des hautes énergies nous dit qu'il existe un certain nombre de champs qui produisent chacun des particules si on leur apporte de l'énergie. Le jeune univers se présente comme un plasma de particule en équilibre avec le rayonnement, avec un nombre d'acteurs qui diminue avec la température : c'est l'histoire thermique de l'univers. La masse des particules nous dit exactement à quel moment de l'univers la particule est sortie de scène pour rentrer dans les coulisses. ...boson de Higgs, W, Z, quark bottom, top, leptons tau, muons et à la fin il nous reste les particules reliques, issue de ce passé chaud. Dans le monde refroidi qui est le notre, les seuls champs excité sont ceux du plus bas niveau : électron, quark u et d, neutrino et photon, en gros. Plus la matière noire, s'il s'agit bien des WIMPS soupçonnés.

On part d'un plasma à haute température. Les photons d'énergie hv sont en équilibre thermique avec ce plasma c'est à dire que à tous moment on a :

hv = kT

avec
h la cte de Planck,
v (nu) la fréquence du rayonnement
k la cte de Boltzmann.
T la température

Une particule de masse m est en équilibre chimique tant que

mc² << kT

C'est à dire que quand la température est élevée les photons peuvent créer et recréer en permanence des couples particules-antiparticules, et l'abondance de la particule n (sa concentration dans l'univers) est la distribution de Planck (une fonction simple de la température).

L'expansion de l'univers refroidit l'univers

T ~ 1/a

avec a le facteur d'échelle

En dessous d'une température de gel Tg ~ mc²/k les photons n'ont plus assez d'énergie pour créer la particule et son antiparticule. Elles s'annihilent donc et ne sont plus recrées. Normalement il ne devrait plus rien rester, mais un déséquilibre initial qu'on situe s'être produit à une température dite de Grande Unification vers 10²⁷ K, fait qu'un peu plus de matière que d'antimatière ont été crée. Cela est vrai pour les WIMPS également. La masse de ces particule est située entre 10 GeV et 10 TeV et la température de gel est donc plus élevée que pour les proton et les neutron (m ~ 1 GeV). En dessous de cette température de gel, dite aussi de découplage, la démographie de la particule chute exponentiellement, d'autant plus fortement que la section efficace d’interaction est élevée. A l'issue de quoi, la population relique se dilue simplement dans le volume croissant de l'univers, c'est à dire en a^-3, et le ratio nombre de particule/nombre de photon reste stable (si la particule est stable).

Le graphique ci dessous donne l'évolution de la démographie des WIMPS sous la forme d'un ratio entre WIMPS et photon (n_X/n_y) en fonction de la température pour différente section efficace d’interaction.

Ce genre d'évolution peut être reproduite pour toutes les particules massives, le moment du découpage dépendant de la masse de la particule.

source : l'excellent Principes de la cosmologie de James Rich, dont je conseille le téléchargement et la lecture assidue !

[gatsu]

Salut,

si on entend ésotérique comme "inaccessible aux non-initiés" (comme je pense que diasoluyalu l'entend ici), oui la mécanique quantique est ésotérique et d'ailleurs une bonne partie des sciences est ésotérique car difficilement accessible si on est pas "initié".

Mouai, je trouve personnellement cela trop facile de dire que la mécanique quantique est ésotérique par "nature" et non pas par choix ou manque d'imagination de ceux qui la connaisse .

La physique c'est un grand édifice. Connaitre et maitriser une théorie et ses applications nécessite généralement d'avoir d'abord apris d'autres théories.
Ainsi (pour les théories validées) les derniers étages c'est relativité générale et théorie quantique des champs.
Les étages juste en-dessous c'est mécanique quantique et relativité restreinte.
En-dessous, mécanique classique et électromagnétisme.
Et encore en-dessous la cinématique.
Et dans des pièces latérales on trouve la thermodynamique, la physique statistique, la physique des matériaux, la mécanique des fluides, l'optique géométrique puis ondulatoire, la géophysique, l'astrophysique, etc... etc...

C'est une manière de presenter la physique qui me semble très artificielle. Pas besoin de connaitre toute la physique pour commencer a apprendre la MQ. Pas besoin de faire de la théorie quantique des champs pour faire de la MQ non plus.

A ce sujet, avez vous vu le papier decrit dans cette video pour expliquer les theories de jauge avec une analogie avec des transactions en économie ?

Bref, je suis sur que des solutions pédagogiques existent qui sont probablement super intéressantes a élaborer par les chercheurs et enseignants du sujet eux memes mais ca serait trop dommage de se sortir les doigts du c$% juste pour des élèves du secondaire (désolé pour la vulgarité. Au cas ou ce ne serait pas clair elle n'est pas dirige contre les participants a ce fil).

[Deedee81]

Pas besoin de connaitre toute la physique pour commencer a apprendre la MQ.

Sans le reste, tu n'iras pas très loin.

Pas besoin de faire de la théorie quantique des champs pour faire de la MQ non plus.

Non, là c'est l'inverse Je vois mal comment faire de la théorie quantique des champs sans connaitre la mécanique quantique !!!!

Mais je suis d'accord qu'il existe diverses approches pédagogiques, parfois très bonnes. De même, une certaine présentation même vulgarisée en secondaire est intéressant. Moi en science, le prof nous avait parlé de physique des particules. J'avais trouvé ça passionnant.

[gatsu]

Sans le reste, tu n'iras pas très loin.

la notion de "très loin" me semble, somme toute, très subjective.

Mais je suis d'accord qu'il existe diverses approches pédagogiques, parfois très bonnes. De même, une certaine présentation même vulgarisée en secondaire est intéressant. Moi en science, le prof nous avait parlé de physique des particules. J'avais trouvé ça passionnant.

je pense qu'il est possible de le faire meme sans vulgariser. Il doit meme y avoir moyen d'aller, quantitativement, jusqu'aux oscillations de neutrinos en fin d'année de Terminale S (dernière année de lycée spécialité sciences).

[obi76]

Déjà que la physique, pour 99% des gens ce n'est pas attractif car "trop compliqué" ou "je vois pas en quoi ma vie serait améliorée en m'y penchant", ça ne ferait qu'accentuer si on commence à enseigner les mécaQ avant le bac.

Et uis, actuellement le niveau de la physique enseignée au lycée s'effondre lamentablement, alors ne demandons pas trop de lumière de la part de ceux qui décident des programmes, de toutes façons ils n'y connaissent pas plus que ce qu'on leur a appris en classe de 3°... (pour ceux qui n'auraient rien oublié)...

[stefjm]

C"est compatible avec les maths et le français.
Ne reste plus que l'anglais qui a bien progressé pour sauver la situation.

[van_fanel]

je ne pense pas non plus que ca soit une bonne idée de faire un vrai cours de MQ au lycée. Déjà le peu qui est enseigné actuellement en relativité restreinte perturbe la plupart des lycéens qui ne comprennent pas et sont complètement embrouillé. Résultat ils mélangent tout et ca n'apportent rien de bon.
Pour moi la première étape c'est de bien enseigner la physique classique qui a le mérite d'etre intuitive. Quand ces fondations sont suffisamment solides on passe à la suite (RR et MQ) mais pas avant ni pendant parce que c'est la cata assurée.
Les lycéens n'ont pas assez de recule pour faire le lien dans toutes les notions abordées et surtout ne voient pas la physique derrière. A partir de là on va pas bien loin.

Par contre je suis très favorable à un enseignement de vulgarisation scientifique (MQ, RR, RG, cosmo, phys des particules et astro) en première et terminale ES et L:
L'un des gros problèmes des sciences aujourd'hui est le manque de culture scientifique de la population. A tel point que pour beaucoup la recherche est un luxe dont on devrait se passer en période de crise et que les chercheurs ne font que joujou et devrait tous les jours remercier la société de ne pas leur avoir couper les vivres.

Je pense que si on avait un socle commun de connaissances scientifiques, ce genre de choses n'arriveraient pas. Le fossé entre la recherche actuelle et le grand public se creuse de plus en plus et c'est dommage.
J'ai meme une camarade de promo qui n'était pas sûre de faire de thèse à cause de ca: "je trouve ca triste de faire un boulot et de ne pouvoir en parler à personne pas meme à mon conjoint car personne ne comprend"