Phénomènes physiques impossibles à appréhender intuitivement

[mikomasr]

Bonjour,

La plupart d’entre nous avons une compréhension assez intuitive et immédiate de certains phénomènes physiques courants : par exemple, pourquoi la rame d’un bateau peut le faire avancer sur l’eau. Même les enfants n’ayant jamais fait de physique savent dans quelle direction pousser ou tirer la rame pour faire avancer le bateau dans le bon sens.

Nous pouvons aussi avoir une compréhension intuitive d’autres phénomènes, moyennant des explications : par exemple, l’osmose, qu’on peut "visualiser" assez facilement une fois qu’on a compris ce qui se passe au niveau moléculaire (alors que sans explication on trouverait ça "magique").

Je voudrais donc savoir s’il existe des phénomènes physiques très bien théorisés mais impossibles à "visualiser", c’est-à-dire à comprendre intuitivement par l’imagination, pour lesquels on en est réduit à se fier à la justesse des équations pour en déduire que lesdits phénomènes sont bel et bien réels ?

Je pense notamment à la théorie de la relativité, qui pour le non-physicien que je suis me paraît décrire des phénomènes contre-intuitifs. Est-ce qu’un physicien aguerri visualise ces mêmes phénomènes et les trouve tout compte fait "intuitifs" (c’est-à-dire qu’il peut les imaginer) ? Si oui, en existe-t-il d’autres, plus complexes encore, qui échappent à l’imagerie mentale humaine et ne peuvent se constater que par des équations ?

Merci d’avance.
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[XK150]

Salut ,

Je ne vois pas comment visualiser la physique des particules ou la physique nucléaire et encore moins à l'intuition ...

[mikomasr]

Merci pour vos réponses. Du coup, le facteur de Lorentz a dû faire l’effet d’une surprise totale à son découvreur, qui a sans doute dû croire à une erreur quelque part, tant le résultat semble contredire toutes nos expériences quotidiennes ? Ou bien c’était là un phénomène intuitivement "appréhensible" ?

[mikomasr]

Et puis j’en profiterais pour vous demander si cette question que je pose a été développée par le passé ? À savoir cette limite au-delà de laquelle certaines observations physiques paraissent non-visualisables, voire contraires à notre expérience quotidienne ? Et peut-être aussi la question de savoir si ladite limite varie d’une personne à l’autre selon ses capacités cognitives (car je me pose aussi une autre question : est-ce que les travaux de physique les plus complexes réalisés jusqu’à nos jours restent abordables par toute personne bénéficiant des connaissances et des explications nécessaires, ou bien y a t’il un seuil au-delà duquel, clairement, si on n’a pas le QI qu’il faut, on ne compendra jamais)... Merci d’avance.

[A voir en vidéo sur Futura]

[B4lbu]

Si oui, en existe-t-il d’autres, plus complexes encore, qui échappent à l’imagerie mentale humaine et ne peuvent se constater que par des équations ?

Ca me fait penser à une blague assez connue :

Un mathématicien et un physicien assistent à une conférence concernant les théories de Kulza-Klein sur les processus physiques intervenant dans les espaces de dimension 9.
Le physicien suit l'exposé. Teigneux et opiniâtre, il s'accroche, transpire, prend des notes. Il est concentré comme jamais. Rouge il alimente au maximum son cerveau en oxygène pour comprendre la théorie de kulza-klein dans ces fameux espaces de dimension 9.
Le mathématicien est assis et semble apprécier la conférence. Il a le sourire aux lèvres de celui qui comprend ce qui se passe.
A la fin de la conférence, le physicien se tourne vers le mathématicien. Comment tu as fait pour comprendre tout ça ? J'ai eu beaucoup de mal à visualiser le processus tout ça dans cette foutue dimension neuf. C'est quoi ton truc ?
Le mathématicien : " C'est simple. D'abord vous visualisez le processus en dimension n quelconque, et ensuite il suffit de prendre n=9."

[Sethy]

Et puis j’en profiterais pour vous demander si cette question que je pose a été développée par le passé ? À savoir cette limite au-delà de laquelle certaines observations physiques paraissent non-visualisables, voire contraires à notre expérience quotidienne ? Et peut-être aussi la question de savoir si ladite limite varie d’une personne à l’autre selon ses capacités cognitives (car je me pose aussi une autre question : est-ce que les travaux de physique les plus complexes réalisés jusqu’à nos jours restent abordables par toute personne bénéficiant des connaissances et des explications nécessaires, ou bien y a t’il un seuil au-delà duquel, clairement, si on n’a pas le QI qu’il faut, on ne compendra jamais)... Merci d’avance.

Pour répondre, je vais prendre l'exemple d'un tableau. Si on regarde un tableau avec une loupe, ce qui va sauter aux yeux, c'est la technique de l'artiste. Si au contraire, on regarde le même tableau de très loin, on ne va y voir qu'un objet coloré. Ce n'est qu'à bonne distance qu'on peut voir qu'il s'agit de La Joconde.

Et je pense qu'ici, c'est pareil. Nos sens nous donnent une idée du comportement du monde dans la limite d'appréhension de nos sens, à chaque niveau, son organisation propre. Nous ne pourrons jamais percevoir "intuitivement" que ce qui nous est proche.

L'usage de la rame de bateau n'est pas innée mais est la conséquence des jeux d'enfants dans lesquels on manie la pelle, le seau et le sable. Un enfant qui vivrait ses 3 premières années sur la Lune aurait probablement une tout autre manière d'appréhender le comportement de notre monde que nous.

Alors, certes, notre compréhension de certains phénomènes comme le déplacement des planètes peuvent apparemment surprendre en raison des ordres de grandeurs d'écarts avec notre expérience quotidienne. Mais la pesanteur, le mouvement du ciel dans l'espace rendent finalement cette idée admissible. A contrario, certains phénomènes comme ceux ici du monde quantique, "des" relativités nous sont tellement étrangères qu'elles ne seront jamais immédiatement perceptible pour personne.

Pour ce qui est du QI, je préfère ne pas répondre.

[Biname]

Pas nécessaire d'aller si chercher si loin : l'effet gyroscopique, la variation de l'humidité relative du même air avec la température, les aimants qui se repoussent, ...

Pour le QI ? Faut juste aller d'étape en étape, de leçon en leçon, d'exercice en exercice avec la patience de l'ange et monter pas à pas sur les épaules des géants qui nous ont précédés. Archimède, Pythagore, Thalès, ... sont passés à la postérité pour des trucs que ~~tous~~ les potaches de quinze ans apprennent sans difficulté.

Biname

[albanxiii]

Bonjour,

Il n'est pas forcément facile de distinguer ce qui est intuitif de ce dont on a l'habitude.

Un exemple bête : on a l'habitude de voir le ciel bleu (en général). Mais est-ce que c'est intuitif ?
Encore pire : les arcs en ciel, phénomène intuitif ?

Pas besoin d'aller chercher très loin.

Autre exemple (qui vient de mon directeur de thèse qui le cite souvent en conférence grand public) : pourquoi certains matériaux conduisent l'électricité et pourquoi certains sont des isolants électriques ?
Sans mécanique quantique, qui est tout sauf intuitive, on ne sait pas l'expliquer, mais "intuitivement" on sait qu'il ne faut pas mettre un objet métallique dans une prise électrique. Et là je fais exprès de dire "intuitivement", qui est incorrect, au lieu de "par habitude" pour montrer qu'on confond souvent les deux.

[velosiraptor]

Pour ma part, je donnerai juste mon ressenti sur un "truc évident" : la chute d'un corps ... Au lycée, ça me faisait rigoler qu'un prof m'explique pourquoi un corps tombait (Newton), phénomène tellement intuitif.
J'avoue que cette loi de Newton a commencé à instiller en moi un doute "tiens, il y a une loi pour ça ?" et au fil de mes études j'en suis venu à être admiratif sur cet esprit du Physicien à poser des équations sur des phénomènes "si intuitifs". Et maintenant lorsque je regarde des photos de planètes gravitant autour du Soleil par exemple je trouve ça merveilleux, et rien ne me semble intuitif (d'autant plus qu'entre temps, j'ai fait un peu de RG).
Il y avait un dessin de Mathieu (qui a illustré pendant longtemps les livres de prépa) qui m'a fait éclater de rire à l'époque quand je l'ai vu, on y voyait un prof de physique (blouse blanche) super excité par son expérience devant des étudiants blasés (et narquois) et ce prof très ému qui disait "Et vous voyez, si je lâche cette pomme, elle tombe" ...

Tout ça pour dire que la distinction phénomène intuitif - phénomène compliqué ben ça fait longtemps que je l'ai laissé tomber.

Je confirme aussi l'exemple de Biname : l'effet gyroscopique ... Même avec les équations, je reste toujours aussi estomaqué par un gyroscope ....

[Pio2001]

Bonjour, intéressantes questions

Je voudrais donc savoir s’il existe des phénomènes physiques très bien théorisés mais impossibles à "visualiser", c’est-à-dire à comprendre intuitivement par l’imagination, pour lesquels on en est réduit à se fier à la justesse des équations pour en déduire que lesdits phénomènes sont bel et bien réels ?

La mécanique quantique est réputée pour cela. Avec son lot de proverbes, tels que "si vous pensez l'avoir comprise, c'est que vous ne l'avez pas comprise", ou "tais-toi et calcule !".

La simple disparition d'un photon dans un polariseur (mesure de la polarisation d'un photon) résume ces mécanismes pour lesquels on n'a pas de représentation intuitive.
On a la formule qui nous donne la probabilité que ça se produise, et on a une série d'interprétations possibles, parmi lesquelles
-rien n'a causé cet évènement, car le hasard quantique est un hasard fondamental qui exclut tout mécanisme sous-jacent
-dans un univers parallèle au nôtre, le photon n'a pas été absorbé, et dans notre univers il a été absorbé
-un mécanisme venu du futur a produit l'absorption du photon dans son propre passé

Mais en fait, tout ce qu'on a c'est la formule qui dit "il y a 33% de chances que le photon soit absorbé". Aucune de ces trois proposition ne contredit la formule, et si on considère l'ensemble de la théorie et des observations, on ne voit pas d'alternative raisonnable à ces trois proposition (il y en a d'autres, mais tout aussi déraisonnables, voire plus).

Merci pour vos réponses. Du coup, le facteur de Lorentz a dû faire l’effet d’une surprise totale à son découvreur, qui a sans doute dû croire à une erreur quelque part, tant le résultat semble contredire toutes nos expériences quotidiennes ? Ou bien c’était là un phénomène intuitivement "appréhensible" ?

Je n'ai pas étudié l'histoire de la relativité restreinte, mais j'ai lu que ses précurseurs (Poincaré, Lorentz...) considéraient cela comme une sorte d'effet d'optique, et qu'Einstein a été le premier à réaliser que ce phénomène contredisait l'intuition.

y a t’il un seuil au-delà duquel, clairement, si on n’a pas le QI qu’il faut, on ne compendra jamais).

Cette notion de seuil est une idée reçue. La science est comme toutes les autres disciplines. N'importe qui peut y exceller, à condition de travailler suffisamment. Il y a juste une question de préférence, qui fait que certaines personnes ne souhaitent pas ou ne supportent pas de se consacrer à telle ou telle activité, et une question de temps.

On peut comparer cela à la pratique d'un instrument de musique : n'importe qui peut apprendre à jouer du violon (à condition de le vouloir et de ne pas y être forcé, sans quoi les résultats resteront très médiocres), mais si on veut atteindre le niveau d'un virtuose international, il faut commencer avant l'âge de 10 ans. Au-delà, on peut devenir virtuose national, mais on ne fait pas le poids au niveau mondial.
Si on commence à 20 ans, on peut devenir très bon musicien, mais on n'aura jamais le top niveau.
Si on commence à 40 ans, on a très peu de chances de devenir soliste dans un orchestre national.

C'est pareil pour la science, pour le sport, etc. Il n'y a pas d'un côté ceux qui sont intelligents, et de l'autre ceux qui sont bêtes. Il y a juste ceux qui ont fait ça toute leur vie, et ceux qui ont consacré leur vie à autre chose.

[Avatar10]

Cette notion de seuil est une idée reçue. La science est comme toutes les autres disciplines. N'importe qui peut y exceller, à condition de travailler suffisamment. Il y a juste une question de préférence, qui fait que certaines personnes ne souhaitent pas ou ne supportent pas de se consacrer à telle ou telle activité, et une question de temps.

On peut comparer cela à la pratique d'un instrument de musique : n'importe qui peut apprendre à jouer du violon (à condition de le vouloir et de ne pas y être forcé, sans quoi les résultats resteront très médiocres), mais si on veut atteindre le niveau d'un virtuose international, il faut commencer avant l'âge de 10 ans. Au-delà, on peut devenir virtuose national, mais on ne fait pas le poids au niveau mondial.
Si on commence à 20 ans, on peut devenir très bon musicien, mais on n'aura jamais le top niveau.
Si on commence à 40 ans, on a très peu de chances de devenir soliste dans un orchestre national.

C'est pareil pour la science, pour le sport, etc. Il n'y a pas d'un côté ceux qui sont intelligents, et de l'autre ceux qui sont bêtes. Il y a juste ceux qui ont fait ça toute leur vie, et ceux qui ont consacré leur vie à autre chose.

La notion de seuil est une idée reçue, et après il y a des exemples de seuil (via la musique avec l'âge comme seuil de niveau)??
Heureusement il y a des contre-exemples .
Et en sciences c'est pareil, on peut être amateur, et avoir un bon (très bon) niveau, effectivement il faut travailler suffisamment, ce qui inclut au moins autant une méthode adaptée à ses capacités (attention, motivation, ect), car on peut passer des heures improductives (des années même).
Quand à l'intelligence (les facilités d'apprentissage), ça se comble par le travail (en partie?).
Donc pour visualiser, pas besoin d'être physicien aguerri, un amateur éclairé peut y parvenir (et on voit sur ce forum les 2 catégories, des amateurs sachant bien travailler et qui peuvent visualiser correctement, et des amateurs qui, si j'en juge des commentaires lus, n'ont pas assimilé les bases, pourtant ils passent des heures/mois/années sur le sujet (au moins sur le forum)...quand à leur travail personnel je ne sais pas ce qu'ils fournissent, mais soit c'est peu, soit c'est fait complètement de travers).
Comme il est souvent dit, par ceux qui sont au "top": 5% de talent(intuition ect) et 95% de travail. Pour mikosmar, sauf si il souhaite faire de la physique théorique parmi le top 10 mondial, pour visualiser, il ne lui reste que le travail (et dans le domaine qu'il dit, ce n'est que quelques petits mois ou années suivant le sujet).

[Avatar10]

Donc pour visualiser, pas besoin d'être physicien aguerri, un amateur éclairé peut y parvenir

Joli non sens.... A partir du moment où l'on étudie et on devient en capacité a, on est aguerri, je prenais "aguerri" en lieu et place de professionnel.

[ThM55]

Je confirme aussi l'exemple de Biname : l'effet gyroscopique ... Même avec les équations, je reste toujours aussi estomaqué par un gyroscope ....

Ah oui, ça c'est très contre-intuitif quand on l'apprend pour la première fois. J'avais lu quelque chose sur une farce d'un physicien (malheureusement j'ai oublié de qui il s'agissait) qui avait caché un gyroscope de navigation en marche dans une valise. Surprise du porteur quand la valise se soulève. Il y a une vidéo sur youtube: https://www.youtube.com/watch?v=SUIVLdEsLeA . Pourtant il est possible de trouver une explication intuitive (en anglais https://www.youtube.com/watch?v=n5bKzBZ7XuM . Faudrait trouver l'équivalent en français. Peut-être ceci, mais c'est un peu long : https://www.youtube.com/watch?v=L8pH6fww0Yc .