La seconde (durée)

[Titou19]

Bonjour,

Je lis :

Quantitativement, la seconde du Système international d'unités est définie par un nombre d'oscillations, 9 192 631 770 exactement, de l'atome de césium.

Ma question est : comment peut-on être certains que cet interval comprenant 9 192 631 770 oscillations est toujours le même?
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[mach3]

Avant toutes choses, repost :

Historiquement, les premiers "étalons" de temps était le jour, l'année, le mois (lunaire). Ce sont des durées particulières par rapport aux conditions de vie de l'humain sur Terre. On a ensuite découpé la journée (du lever au coucher) en 12 heures (de durées pas forcément égales, et non constante au long de l'année et suivant le lieu). S'y sont ajoutées ensuite 12 autres heures pour la nuit. Plus tard avec les horloges, on a introduit des subdivisions, la minute, d'abord, puis la seconde. On a donc défini, ensuite, arbitrairement, la seconde comme étant 1/86400e de la durée d'un jour. On aurait pu choisir 1/100000e de jour comme étalon de temps, mais la base 10 ne s'étant imposé que tardivement... Et comme la durée d'un jour varie légèrement au cours du temps, ce n'est pas une bonne définition. On a finalement défini, toujours arbitrairement, la seconde en rapport avec la fréquence du rayonnement d'une transition électronique de l'atome de césium, en se débrouillant pour que ce soit proche des 1/86400e de jour. Rien de "particulier", si ce n'est l'arbitraire.

Pour revenir à la base, il y a des phénomènes périodiques, ou de croissance ou décroissance exponentielle (avec une fameuse constante de temps, ou demi-vie), et le constat que beaucoup de ces phénomènes ont des fréquences dont les rapports ne changent pas (parfois sous certaines conditions), ou changent en fonction de telle ou telle condition, mais toujours de la même façon.

Les phénomènes qui gardent les mêmes rapports de fréquences dans les conditions les plus diverses peuvent être qualifiés de "bonnes horloges". Les fréquences des rayonnements (la plupart, certaines sont modifiées à la marge par un champ magnétique) émis ou absorbées par divers atomes, immobiles les uns par rapport aux autres (en moyenne, il y a tout de même l'agitation thermique, qui introduit un bruit) et au même potentiel gravitationnel, gardent des rapports constants dans toutes situations. En effet, on a mesuré des raies d'émissions ou d'absorptions, atomiques ou moléculaires, en provenance de nombreux lieux de l'univers, et les rapports des fréquences des différentes raies en provenance d'un même lieu se révèlent être toujours les mêmes, alors que les fréquences mesurées elles-mêmes varient, en fonction de la vitesse relative ou du champ gravitationnel. Idem pour les fréquences de désintégrations (nombre de fois que la population est divisée par deux par unité de temps), deux échantillons de radionucléides différents, immobiles l'un par rapport à l'autre et au même potentiel gravitationnel, ont pour rapport de leurs fréquences une constante immuable.

Un pendule n'est pas une bonne horloge. Le rapport entre sa fréquence et les fréquences de raies atomiques ou de désintégration dépend du champ de gravitation.
Une réaction chimique n'est pas une bonne horloge. Les demi-vies des réactifs dépendent de la température.
La Terre, que ce soit par sa rotation ou sa révolution, n'est pas une bonne horloge car elle est perturbée par les autres astres et par sa dynamique interne.
Une horloge atomique, basée sur une transition électronique d'un atome est une bonne horloge. Son fonctionnement, au moins en théorie (il y a des limitations techniques, certaines évidentes...), ne dépend pas du champ de gravitation (il faut néanmoins que la taille de l'horloge soit suffisamment petite pour que les forces de marée soient négligeables), ni de la température extérieure, ni de son mouvement.

Pour l'aspect relativiste maintenant :

Ce qui est postulé par la relativité, c'est que deux bonnes horloges, étalonnées, synchronisées et séparées lors d'un événement A (date+lieu), où elles marquent donc exactement la même heure, et réunies lors d'un événement B (date+lieu), ne marqueront la même heure en cet événement B que dans des cas particuliers (elles sont toujours étalonnées, mais elles ne sont plus synchronisées). Leurs mouvements et les différents potentiels gravitationnels qu'elles vont subir feront que leurs lignes d'univers n'auront pas la même longueur. On peut embarquer avec les horloges tout un tas de dispositifs (mécaniques, chimiques, biologiques, vivants!) dont on connait les fréquences en fonction des conditions dans lesquelles elles se trouvent (de mauvaises horloges, mais des horloges connues), ils sembleront, vis-à-vis de l'horloge qu'ils accompagnent, sans changement aucun par rapport à ce qui est connu. Notamment, un être humain ne ressentira pas que les secondes sont plus longues ou plus courtes (en tout cas ni plus ni moins que lorsque qu'il s'ennuie ou s'amuse...). Deux humains, chacun accompagnant l'une des deux horloges, n'auront pas vécu la même durée entre A et B (la différence de durée étant imperceptible dans la vie de tous les jours, sauf dans des applications techniques d'une extrême précision).

m@ch3

[Titou19]

le constat que beaucoup de ces phénomènes ont des fréquences dont les rapports ne changent pas

On fait comment pour être sûr de ça?

[XK150]

Bonjour ,

On n'a jamais observé le contraire jusqu'à maintenant .

[A voir en vidéo sur Futura]

[Titou19]

Que veux-tu dire par observer? Avec quoi on mesure la durée entre deux périodes?

[f6bes]

Que veux-tu dire par observer? Avec quoi on mesure la durée entre deux périodes?

Bjr à toi,
Pour qu'une mesure quelconque soit à peu prés valable
et préçise, il faut que le l'instrument "mesureur" soit au moins
10 fois plus préçis que ce que l'on veut meusurer.
Divers recoupements peuvent garantir la mesure.

Regarde cette petite vidéo, c'est assez troublant comme résultat !
https://www.google.com/url?sa=t&rct=...fkfArtlXUxsIaT

Bonne journée

[Titou19]

Par exemple les battements de coeur ont l'air réguliers mais si ça se trouve c'est complètement anarchique. On a l'impression que c'est pas anarchique parce que autour de nous les journées ont l'air régulières mais si ça se trouve elles sont elles-même anarchiques etc.

[XK150]

Le point en 2010 , les techniques ont encore avancé depuis :
http://www.metrologie-francaise.fr/p...M23-201003.pdf

[Deedee81]

Salut,

Par exemple les battements de coeur ont l'air réguliers mais si ça se trouve c'est complètement anarchique. On a l'impression que c'est pas anarchique parce que autour de nous les journées ont l'air régulières mais si ça se trouve elles sont elles-même anarchiques etc.

Tu as raison. La régularité des phénomènes soit être vérifiée.

Mais on ne peut le faire dans l'absolu (comment pourrait-on le savoir ? La variable t est une simple coordonnée numérique, elle reste arbitraire). On peut juste comparer les phénomènes entre-eux. Comme dit Kip Thorn, un "bon" temps est ce qui rend le mouvement simple
(si notre définition pratique du temps était débile et "variait" sans arrêt, le mouvement des objets serait saccadé , comme un film qui changerait sans arrêt de vitesse de défilement ).

Et justement, un des jobs les plus importants des laboratoires de métrologie est de vérifier, par comparaison (entre horloges), la stabilité et la régularité des étalons. Dont celui du temps.

Et ceci est suffisant puisque toute la science est bâtie à la précision des mesures près, valables pour tout usage pratique.
(et le fait d'avoir les équations les plus simples possibles, sans complications à causes d'étalons mal choisis, est assurément utile )

Et bien entendu, on améliore régulièrement. On dit même que la plupart des changements majeurs dans les avancées scientifiques sont dû à des améliorations dans les précisions des mesures (et donc des étalons).

[pm42]

Une autre lecture des questions est qu'elles rejoignent toutes celles qu'on a sur le temps, sa vitesse, etc. Et qu'elle fait une référence circulaire : est ce que le temps est régulier suppose qu'on est un temps pour le comparer.

On construit notre concept de mesure du temps à partir de phénomènes récurrents : on commence par la durée du jour, celle des phases lunaires ou de l'orbite terrestre et on les suppose constantes.
Puis on améliore au fil des siècles, on a des clepsydres, des montres à ressort, jusqu'aux horloges atomiques et à l'utilisation de condensats de Bose-Einstein...

A chaque fois, on grimpe en précision mais par comparaison, on n'a rien qui remette en cause l'hypothèse que certains phénomènes prennent toujours la même durée à la précision voulue et sont donc de bons candidats pour la mesure du temps.

A partir de là, les discussions sur "le temps accélère", "il n'est pas toujours le même", "est ce qu'on est sur que sa vitesse..." ne sont pas forcément très fructueuses parce que la personne qui pose la question utilise une vision du temps basée sur son expérience quotidienne, peu formalisée et sans être au courant des différentes interprétations du concept de temps et des risques logiques associés. Lesquels ne sont pas évidents qui plus est.

[mach3]

Par exemple les battements de coeur ont l'air réguliers mais si ça se trouve c'est complètement anarchique. On a l'impression que c'est pas anarchique parce que autour de nous les journées ont l'air régulières mais si ça se trouve elles sont elles-même anarchiques etc.

Admettons qu'on ait un moyen douteux de mesurer le temps, c'est à dire un moyen dont on pourrait dire qu'on est sûr qu'il est anarchique. On pourrait s'en servir pour mesurer les fréquences de plein de phénomènes et on remarquerait que ces fréquences varient au cours de ce "temps" anarchique. Mais on remarquerait aussi que pour un sous-ensemble de ces phénomènes, les fréquences varient toutes de la même façon au cours de ce "temps" anarchique, qu'elles gardent des rapports constants. Il est alors tout indiqué d'utiliser ces phénomènes comme horloges, car, bien qu'on ne puisse attesté qu'ils ne soient pas, eux-aussi, anarchiques, ils ont le mérite d'être anarchiques tous de la même façon, variant en fréquence de concert.

En l'absence de référence, on considérera que leurs fréquences ne varient pas et qu'elles forment justement des références, et on choisi l'une d'elle (la fréquence d'un rayonnement du césium) comme LA référence.

m@ch3

[Joel888]

Ma question est : comment peut-on être certains que cet interval comprenant 9 192 631 770 oscillations est toujours le même?

C'est le très grand nombre d'oscillations qui rend le système très fiable.
(Par exemple une erreur de 100 oscillations n'entraine qu'une erreur de 1/ 991 926 318 soit un millardième en arrondissant.)
Le même principe est utilisé en horlogerie (et aussi en électronique) , avec des oscillateurs à quartz (plusieurs millions d'oscillations par seconde).

[f6bes]

Par exemple les battements de coeur ont l'air réguliers mais si ça se trouve c'est complètement anarchique. On a l'impression que c'est pas anarchique parce que autour de nous les journées ont l'air régulières mais si ça se trouve elles sont elles-même anarchiques etc.

Remoi,
Reste à savoir ce qu'est pour toi...qq chose..d'anarchique ?
Les battements de coeur peuvent etre visualiser...reste a y trouver ..l'anarchie.
Bonne journée

[Black Jack 2]

Bonjour,

Dans la théorie de la physique quantique, on dit que le passage d'un électron d'un niveau d'énergie à l'autre émet un photon d'énergie toujours la même (pour un élément donné et pour les niveaux imposés).

Et par la relation Delta E = h.nu (avec delta E l'énergie du photon, h la constante de Planck et nu la fréquence, on peut dire que :

Le passage d'un électron d'un niveau d'énergie à l'autre provoque une onde électromagnétique de fréquence toujours la même. (pour un élément donné et pour les niveaux de départ et d'arrivée imposés).

Mais, il est inutile de se demander pourquoi c'est ainsi et pas autrement.
Le physicien observe, essaie d'établir une théorie qui décrit "Comment cela se passe", mais certainement pas pourquoi.

Citation de Feynman :

"...cela dit,il se peut que vous ne compreniez pas ce que je vous dit de la manière dont opère la Nature, pour la raison que vous ne voyez pas pourquoi elle opère de cette façon.
Mais il faut bien voir que personne n'est capable d'expliquer pourquoi la Nature se comporte de cette façon là,et pas d'une autre...
...Ce qui est important, c'est que la théorie en question permette des prédictions qui soient en accord avec l'expérience."

[Titou19]

Je suis d'accord avec vous, maintenant comme dit pm42, il est tout à fait possible que les rapports restent constants (86400 secondes dans un jour, à peu près 80 000 battements de coeur dans un jour etc...), mais que d'un jour à l'autre la seconde double (donc la durée du jour aussi et la durée entre deux battements aussi). Il y aurait toujours 86400 secondes dans un jour et 80 000 battements dans un jour, mais tout aurait doublé au niveau de la durée... Est-ce que les théories tiennent compte de ce phénomène là : l'éventuelle relativité de la durée propre?

[pm42]

Je suis d'accord avec vous, maintenant comme dit pm42, il est tout à fait possible que les rapports restent constants (86400 secondes dans un jour, à peu près 80 000 battements de coeur dans un jour etc...), mais que d'un jour à l'autre la seconde double

Ce n'est pas ce que je dis. Je dis justement que c'est l'erreur de raisonnement qu'on lit ici : "la seconde double" n'a pas de sens. Elle double par rapport à quoi ?

[Titou19]

par rapport au jour d'avant.

[Titou19]

toujours le même nombre d'oscillations de l'atome, mais dans une durée double.

[Titou19]

étant donné qu'on ne peut pas mesurer directement le temps, il est possible que tous les rapports restent constants, et que la durée change.

[pm42]

toujours le même nombre d'oscillations de l'atome, mais dans une durée double.

étant donné qu'on ne peut pas mesurer directement le temps, il est possible que tous les rapports restent constants, et que la durée change.

Toujours la même erreur de raisonnement... Tu continues à dire "la durée" comme si elle existait dans l'absolu et qu'elle doublerait quand tous nos moyens de mesure donnerait les mêmes résultats.

Donc tu dis "1 seconde met 2 secondes". Ce qui est une définition circulaire et qui ne tient pas la route.

Et encore une fois, faire des raisonnements physiques avec des phrases en manipulant des concepts qui ne sont pas précisément définis amène toujours à ce genre de situation.

[Titou19]

Je ne dis pas 1 seconde met 2 secondes. Je dis 1 seconde met 1 seconde. Mais une seconde d'aujourd'hui met 2 secondes par rapport à hier.

[Titou19]

Que veux tu dire par la durée n'existe pas dans l'absolu?

[Titou19]

Tu continues à dire "la durée" comme si elle existait dans l'absolu et qu'elle doublerait quand tous nos moyens de mesure donnerait les mêmes résultats.

Je ne dis pas qu'elle double, je dis qu'elle pourrait doubler sans qu'aucune mesure ne permette de le vérifier. Tout simplement parce que pour définir des durées on se base sur des mouvements cycliques, mais si toute les durées augmentent dans les mêmes proportions, on verrait toujours la même chose.

[pm42]

Que veux tu dire par la durée n'existe pas dans l'absolu?

Non, ce n'est pas ce que j'essaie de dire mais c'est ce que tu supposes.
Essaie de définir "exister dans l'absolu" en physique : le concept n'a pas de sens. Il y a juste des phénomènes qu'on constate, étudie, mesure...

[Titou19]

Bien sûr que le concept de durée a un sens. Il y a une durée propre pour chaque histoire dans l'univers.

[Titou19]

Il y a juste des phénomènes qu'on constate, étudie, mesure...

et qu'on essaye de comprendre.

[Titou19]

Je comprends ce que tu veux dire mais tu as un brin de mauvaise foi quand tu dis que le concept de durée n'a pas de sens dans l'absolu en physique, tout simplement parce qu'on définit la seconde comme étant la durée qui s'écoule entre ce nombre d'oscillations. Si le concept de durée n'a pas de sens dans l'absolu en physique, pourquoi le définit-on?

[coussin]

Dans cette étude, des scientifiques ont regardé tiquer des horloges atomiques pendant 14 ans
https://www.nature.com/articles/s41567-018-0156-2

[Titou19]

Le concept d'un temps absolu n'a pas de sens, mais la durée a un sens. Si je passe 3 jours dans une fusée proche de la vitesse de la lumière, ce ne sera pas 3 jours pour ceux qui restent sur terre, mais ça restera 3 jours pour moi. 3 jours propre ce sont 3 jours propres.

[Titou19]

Dans cette étude, des scientifiques ont regardé tiquer des horloges atomiques pendant 14 ans
https://www.nature.com/articles/s41567-018-0156-2

sans ciller?