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La physique quantique et le partisan des altersciences

Le site d’actualités régionales en ligne Paris-Normandie diffusait récemment un court reportage consacré au nonagénaire Michel Colin, ingénieur à la retraite que le journaliste local du magazine a rencontré dans sa demeure de Bois-Guillaume. Pourquoi de tels honneurs ? Pensez donc, à 94 ans, notre retraité vient de publier une fronde contre la physique quantique. Son objectif ? Déboulonner cette statue quantique qu’il ne pourrait souffrir plus longtemps. Une accroche forte pour une anecdote locale insolite autour d’un fringant retraité visiblement toujours aussi vif d’esprit au seuil de son centenaire.

Paris-Normandie_mars15

Hélas, la belle histoire s’arrête ici. Car si Mr. Colin reste un respectable retraité, force est de reconnaître que ses déclarations dans Paris-Normandie ne relèvent pas de la critique scientifique, mais plutôt du discours partisan alterscientifique et mal documenté. Mais revenons sur les faits. Se présentant comme un « fervent défenseur de la thèse classique« , cet ancien ingénieur déclare avoir toujours été « confronté aux évidences matérielles« . Son caractère bien trempé l’a ainsi amené à « ignorer les concepts relativistes et quantiques » pourtant en vigueur dans la physique moderne appliquée par le ingénieurs. Et d’insister que selon lui, seules les lois « simples, concrètes et logiques » de la physique classique retiennent son attention. En d’autres termes, notre retraité fait partie de cette cohorte de partisans rejetant la physique moderne. Mais pourquoi tant de haine ? Il serait tentant de citer ici Richard Feynman lorsque ce grand physicien affirmait non sans humour que « personne ne comprend vraiment la physique quantique  » , mais gardons-nous de juger ainsi notre sympathique retraité normand. Pour mieux comprendre le personnage et sa démarche, commençons par nous pencher sur ses déclarations.

D’entrée de jeu, Mr. Colin qualifie la physique quantique « d’arnaque intellectuelle » et la présente comme une « science créée en 1930 et développée par des universitaires  » . Premier problème, à cette date la physique quantique avait déjà une trentaine d’années. Elle débute en effet son histoire dans les années 1890, à partir d’observations sur le rayonnement électromagnétique, et connaît ses premiers balbutiements lorsque Max Planck propose de considérer l’énergie à l’échelle sub-atomique non pas comme un phénomène continu mais en terme de « paquets » quantifiables, les « quanta ». En 1905, un autre obscur universitaire, Albert Einstein, reprend le concept de quanta pour expliquer l’effet photoélectrique, désormais couramment utilisé par exemple en domotique. Au début des années 30, la physique quantique a même effectué sa première révolution : la dualité onde-particule de la lumière est désormais compris par Louis de Broglie et Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg a introduit le principe d’incertitude, et Wolfgang Pauli a défini le principe d’exclusion. En tant que biochimiste, ce dernier principe m’est encore plus cher, puisqu’il ouvrit la voie au modèle ondulatoire de la structure électronique des atomes, théorie se vérifiant chaque jour sur les paillasses des laboratoires de chimie.

Plus embarrassant, notre nonagénaire rajoute que la physique quantique s’est construite, selon lui, « uniquement à partir d’hypothèses jamais confirmées  » . Lorsque j’ai débuté mes études scientifiques, ma toute première séance de travaux pratiques portait sur l’étude centenaire du spectre d’émission de l’hydrogène : le spectre des raies électromagnétiques obtenu est discontinu, démontrant que l’énergie d’un atome est quantifiée. Si la physique quantique était erronée, alors le spectre serait continu. Cela signifie donc que l’argument de notre retraité vole en éclats dès la première semaine de cours de physique dispensée dans tout établissement supérieur. Plutôt gênant comme erreur. Encore plus embarrassant, puisque seuls les physiciens « classiques » retiennent son attention, en est-il réduit à réinterpréter l’expérience des fentes d’Young, pourtant mise en place par ce savant britannique en 1801 ? Que faire aussi de l’expérience historique de Stern et Gerlach, mettant en évidence en février 1922 l’existence du spin et par la même occasion les deux états quantiques possibles d’un atome d’argent ? Que fait-il de l’expérience d’Aspect qui, au début des années 80, valida le phénomène d’intrication quantique ? Enfin, oublie-t-il qu’en octobre 2012, le français Serge Haroche reçut le Prix Nobel de Physique pour ses expériences sur la décohérence quantique ? Bien entendu, si la seule expérience valable se résume pour notre retraité à l’imaginaire cas du chat de Schrödinger, alors sa plaidoirie se justifierait. Mais en attendant, nier la prolifique bibliographie expérimentale en physique quantique dénote surtout d’un grossier oubli intellectuel.

« Les physiciens quantiques devront choisir entre persévérer ou laisser la place à la physique classique » martèle Michel Colin. Je crains que le choix ne se pose pas en ces termes. La physique classique est un modèle répondant à des besoins d’interprétations macroscopiques, comme l’étude d’un pendule d’horloge normande ou la construction d’un bâtiment. La physique quantique répond à des problèmes concentrés sur l’infiniment petit, à une échelle sub-atomique où le comportement des objets n’est définitivement plus newtonien. La physique quantique « ne parle plus du tout de la réalité matérielle » tempête notre retraité. Et pourtant, elle permet une multitude d’applications naturelles comme industrielles, telles que la photosynthèse, l’imagerie médicale (IRM), les transistors des micro-processeurs, la synthèse chimique … Paradoxalement, Michel Colin publie son ouvrage chez un éditeur en ligne, Edilivre, en version numérique et papier. Afin de rédiger, télécharger et diffuser son essai, il a donc eu recours à un ordinateur et à un réseau informatique, eux-même fonctionnant grâce à la puissance des micro-processeurs, composants électroniques dont l’évolution spectaculaire au cours des décennies est liée à l’application technologique de la physique quantique dans le domaine des transistors. Rien que par sa « résolution d’écrire ce livre  » , notre retraité a prouvé l’efficacité de cette physique quantique, je cite, « aux hypothèses jamais confirmées  » . Amusant, n’est-ce pas ?

Il semblerait que le véritable adversaire de notre nonagénaire ne soit pas la physique quantique, mais le boson de Higgs : « les physiciens quantiques ont remplacé la gravitation de Newton par le boson de Higgs qui, découvert en 2012, s’est révélé instable. Ils ne savent donc toujours pas comment les particules qui ont une masse stable se la procurent. Incroyable mais vrai » ironise notre retraité, conforté par sa « récente lecture d’articles dans Science et Vie  » . Michel Colin a lui aussi été choqué par les titres putassiers de cette revue généraliste. Il y a de quoi, aussi lui pardonnera-t-on son indignation. Car il suffit en effet de posséder un minimum de culture scientifique pour sursauter à la lecture des articles de S&V, magazine ayant hélas énormément perdu de sa crédibilité scientifique au fil des ans. Hélas, Mr. Colin semble cependant avoir oublié de prendre du recul face à la presse grand public. Puisqu’il dispose d’un ordinateur et d’une connexion internet, pourquoi ne pas s’être penché sur des publications plus sérieuses, comme les articles de Science ou Nature, ou bien encore les preprints de arXiv ? Puisque notre retraité est ingénieur, ses connaissances scientifiques lui ouvrent les portes d’un large choix de lectures spécialisées. Ainsi aurait-il découvert que le boson de Higgs n’a nullement abattu la gravitation, loin de là, et que son instabilité n’a rien d’exceptionnel pour une particule subatomique obtenue par collisions à très hautes énergies.

Cependant, ne vous méprenez pas sur la démarche de cet article. Mr Colin, retraité nonagénère, bénéficie de capacités cérébrales plus qu’enviables pour son âge respectable, et je souhaite sincèrement vieillir aussi bien qu’il le semble. Hélas, Mr Colin fait fausse route dans son réquisitoire. Ses déclarations laissent à penser que sa bibliographie scientifique est aussi incomplète que partisane, rendant ses conclusions sur la physique quantique tout aussi fragiles. Michel Colin a cependant raison de douter des effets d’annonces autour du boson de Higgs, son esprit sceptique ne s’y est pas trompé. Beaucoup trop de précipitation et de raccourcis journalistiques ont accompagné les découvertes du LHC. Cependant, son argumentaire est bancal et cible à tort une physique quantique aussi respectable qu’expérimentalement valide. Il est dommage de lire, de la part d’un ingénieur retraité respectable, des propos aussi erronés que « la physique quantique est un édifice qui ne repose sur aucun principe fondamental et ne parle plus du tout de la réalité matérielle  » . D’autant plus ironique que ces propos sont relayés par une réalité on ne peut plus matérielle : un ordinateur né des progrès de la physique quantique et de la technologie des transistors. J’avoue n’avoir pas pris la peine de lire son essai, cet article m’a convaincu de l’inutilité d’approfondir le sujet. Le prix aussi : à 61 euros les 118 pages, il faut croire que l’alterscience relève avant tout du marketing de luxe.


Le GPS ruine la théorie de la Terre plate et applique la relativité d’Einstein !

Qui croit en la théorie de la Terre plate ? A cette question saugrenue, quelques rares mains se lèvent encore sur le web. Paradoxe de la diffusion massive de l’information grâce à ce média électronique, les pseudo-sciences les plus grossières parviennent à séduire un certain nombre d’internautes suffisamment crédules. De même, les partisans de la réfutation de la relativité d’Einstein n’ont jamais aussi actifs – peut-être plus encore qu’à l’époque de la publication des articles du célèbre physicien ! Répondre à ces contestataires est souvent bien difficile, car leur discours ne se limite pas à une critique constructive de la science mais relaye une croyance aveugle en des théories pseudo-scientifiques et conspirationnistes. Aussi est-il parfois judicieux de répondre par des exemples concrets, tirés de notre quotidien. Et parmi ces illustrations pertinentes, le récepteur GPS si utilisé de nos jours est un bon allié. Pensez donc, rien qu’avec ce petit appareil ou son application smartphone, il est possible de prouver à la fois que la Terre est ronde et que la relativité fonctionne. Comment donc ? Tout simplement en l’allumant pour trouver son chemin jusqu’à sa destination !

ConstellationGPSRevenons tout d’abord sur le réseau GPS actuellement en service au-dessus de nos têtes. Pas moins de 30 satellites, situés sur six plans orbitaux à 20000 km d’altitude, effectuent deux orbites journalières complètes. Leur positionnement à chaque instant dans l’espace permet de capter près d’une dizaine de satellites depuis n’importe quel point de la Terre (comme le démontre la simulation animée). Afin de trianguler une position, c’est-à-dire localiser un récepteur GPS, il faut au minimum capter le signal de 3 satellites. La localisation est alors suffisante pour des récepteurs situés sur des surfaces planes, comme un navire en mer, mais sur terre ferme la localisation reste plus compliquée selon l’altitude. Les appareils bon marché peuvent s’y limiter, tandis que les boîtiers haut de gamme ou professionnels atteignant une résolution de 3-10 mètres se doivent de capter quatre satellites. Supposons pour les besoins de la démonstration que la Terre soit plate ; dans ce cas l’intérêt d’un réseau GPS d’une trentaine de satellites ne se poserait pas. Il suffirait de placer au moins quatre satellites en orbite géostationnaire (36000 km d’altitude) pour obtenir une triangulation précise de sa position sur toute la surface du disque planétaire. Autant dire que la facture lors de la mise en place du réseau aurait été beaucoup moins salée ! Pourtant, un tel dispositif satellite limité mis en place dans notre réalité serait un cuisant échec. Tout simplement parce si seulement quatre satellites en orbite géostationnaire devaient assurer la triangulation d’un récepteur GPS, alors la sphéricité de la planète limiterait leur périmètre d’action à une zone très réduite ! En d’autres termes, un réseau GPS constitué de peu de satellites géostationnaires est régional, mais en aucun cas mondial. Or, bien qu’initié par le département américain de la défense, le GPS est un réseau de géolocalisation mondial. Seul moyen de contourner l’obstacle d’une planète sphérique, mettre en place une constellation de satellites assurant par leurs orbites successives une couverture optimale à la surface. En conclusion, non la Terre n’est pas plate, c’est votre récepteur GPS qui vous le dit !

Einstein2Depuis plus de cent ans, la relativité d’Einstein est mise à mal par ses détracteurs. D’abord engagés dans une critique scientifique fondamentale, leurs rangs se sont clairsemés avec l’annonce des premières preuves expérimentales. Les militants actuels proviennent désormais des altersciences et pseudo-sciences, renvoyant le débat bien loin de la critique scientifique. Et pourtant, il suffit encore une fois d’un petit récepteur GPS pour souligner la véracité des relativités restreinte et générale ! Une fois en orbite, la vitesse d’un satellite NAVSTAR du réseau GPS est de 14000 km/h (soit 4 km/s). Cela reste très inférieur à la vitesse de la lumière (c = 3.105 km/s) à laquelle se déplacent les signaux transmis, mais suffisant pour créer un décalage entre l’horloge de votre récepteur GPS et l’horloge embarquée dans chaque satellite en orbite. D’après la relation de dilatation du temps en relativité restreinte t = t’ / √(1-v²/c²) et sur une période de 24h, ce retard accumulé est de Δt = 7,3 µs. Si les algorithmes régissant le système GPS ne tenaient pas compte de ce décalage temporel, l’erreur de distance estimée au terme d’une journée serait alors de Δd = c.Δt = 3. 105.7,3.10‒6 = 2,2 km.

 Mais ce n’est pas le seul facteur relativiste s’appliquant ici ! Le champ de pesanteur terrestre est également responsable d’une avance de 45 µs entre les deux horloges (terrestres et embarquées) au bout d’une journée. Le décalage temporel vaut donc au total ΔT = 45 – 7,3 = 37,7 µs. L’erreur totale d’évaluation de la position au bout de 24 heures serait donc de Δd’ = c.ΔT = 3.105.37,7.10‒6 = 11,3 km. Cette différence est énorme : imaginez que vous vouliez vous rendre au centre-ville de Nantes ; votre récepteur GPS vous guiderait au-delà du périphérique extérieur ! Pour corriger ce décalage temporel, les satellites embarquent des horloges atomiques précises au millionième de seconde, fournissant un temps propre du satellite suffisamment distinct du temps propre terrestre. Le logiciel interne au dispositif effectue ensuite sa propre correction pour renseigner correctement notre récepteur terrestre. Afin de concevoir un réseau GPS efficace, il faut donc prendre en compte la relativité d’Einstein, sous peine d’accumuler près de 11 km de décalage en une seule journée. Vous imaginez aisément quel fiasco aurait été le GPS sans cette correction !

Aussi étonnant que cela puisse paraître de premier abord, ce petit concentré de technologie qu’est votre récepteur GPS est également une preuve éclatante que la Terre est ronde et qu’Albert Einstein avait raison ! Les conspirationnistes trouveront certainement à rétorquer que tout ceci est un vaste complot pour masquer la vérité … Dans ce cas, remercions chaleureusement les conspirateurs qui nous permettent de retrouver notre chemin si facilement !

 

Pour en savoir plus :

 

  • Lachièze-Rey, M. « Voyager dans le temps ». Editions du Seuil (2013), 267 p.
  • Allen, G.D. « The GPS » (consulté le 24/2/15) [En ligne]
  • Durand, S. « Le GPS et la relativité » (consulté le 24/2/2015) [En ligne]

Voyager dans le temps – Marc Lachièze-Rey

voyager temps lachieze-reyLa notion de temps est une question centrale depuis la physique newtonienne. Elle a connu de nombreuses évolutions au cours des siècles passés, notamment grâce aux apports de la relativité restreinte et générale, de la gravité quantique ou encore de la théorie des cordes. Au final, le temps semble encore échapper aux physiciens, alors comment ne pas rêver aux fabuleux voyages dans le temps des romans de science-fiction ? Mais avant de visiter l’époque de notre choix, encore faut-il percer les mystères du temps. Et la chose n’est pas encore gagnée, comme le souligne Marc Lachièze-Rey dans son récent ouvrage. Directeur de recherche au CNRS, chercheur au laboratoire APC (Astroparticule et cosmologie), ce spécialiste de physique théorique fondamentale publie aux éditions Seuil un dossier complet sur le temps dans la physique théorie. Prenons donc le temps de se pencher sur la question !

Au risque de vous décevoir, Marc Lachièze-Rey ne révèle pas les plans de la machine à remonter le temps, loin de là. Se présentant comme un recueil de notes de cours, ce voyage dans la « quatrième dimension » de Wells se penche avant tout sur la physique moderne, sans pour autant se priver de quelques références à la littérature et à la philosophie. Le style est parfois difficile d’approche, la plume livre les pensées de l’auteur et le profane aura hélas du mal à suivre les cheminements intellectuels du chercheur. Quant au niveau scientifique, le lecteur devra prendre garde : un baccalauréat scientifique est préférable afin d’apprécier à leur juste mesure les chapitres de l’ouvrage. Mais nous étions prévenus par l’éditeur, Marc Lachièze-Rey écrit des livres exigeants pour un lectorat cultivé.

En guise de conclusion, l’ouvrage de Marc Lachièze-Rey reste un essai assez difficile d’approche pour le néophyte, mais il se distingue par la richesse de son contenu, qui à défaut de révolutionner la question du temps en physique permet d’en condenser les indispensables notions que le lecteur intéressé se fera un devoir de connaître. Si l’alléchant titre de « voyager dans le temps » laisse tout de même sur sa faim, il faut souligner la quantité d’informations contenues en seulement 251 pages, qui constituent sans nul doûte un complément de cours que tous les étudiants en physique devraient parcourir afin de consolider leur propre culture scientifique.


Redémarrage du LHC : la traque de la matière noire !

La nouvelle année marque également un regain d’activité pour le célèbre Large Hadron Collider (LHC) du CERN. Dès le printemps prochain, après deux années de travaux d’entretien et d’amélioration des installations, les physiciens relanceront au cœur du Jura les expérimentations, prêts à générer des collisions deux fois plus énergétiques. Nouvel objectif visé : la traque de la matière noire.

LHC

Gigantesque anneau de 27 kilomètres de circonférence enfoui à 100 mètres de profondeur, le LHC sort de sa période de réfection et voit sa puissance considérablement augmentée : désormais, les physiciens pourront y réaliser des collisions de 13 TeV au lieu des 7-8 TeV précédemment mis en oeuvre. Les résultats obtenus dans le cadre de la traque du boson de Higgs ayant été déjà considérables lors de sa précédente période d’activité, voici 3 ans, on ne peut que rêver aux nouvelles découvertes fondamentales que les physiciens du CERN réaliseront en 2015. Et à nouvelle mission du LHC, mise en place de conditions opérationnelles drastiques : durant deux mois, les aimants supraconducteurs du LHC seront refroidis progressivement jusqu’à atteindre la température de -271,3°C (soit 1,9 K). Cette température extrême sera même inférieure à cette du rayonnement fossile de l’Univers, de l’ordre de 2,7 K. Afin que les particules circulent sans obstacle dans le LHC, il faudra ensuite réaliser un « hypervide » dix fois inférieur à la pression infime régnant sur la Lune, ce qui permet de vulgariser sans trop d’erreurs ce vide en parlant de « vide absolu » …

Ces conditions extrêmes offriront dès le printemps prochain de nouvelles opportunités aux physiciens du CERN. Objectif visé : la traque de la matière noire, une matière hypothétique permettant de théoriser les masses des superamas, de galaxies et les propriétés de fluctuations du fond cosmologique. Cette matière noire serait composée de particules « WIMP » – pour l’abréviation anglaise de Weakly interacting massive particles (particules massives à interaction faible). Ces particules exotiques, encore de nature hypothétique, feront donc l’objet de toutes les attentions des physiciens du CERN. Grâce à la puissance augmentée du LHC, de nouvelles particules pourraient être produites au cours des collisions mises en oeuvre à très haute énergie. L’activité 2015 du LHC devrait donc tenir en haleine la communauté scientifique : selon les données collectées par le satellite Planck, 26,8 % de l’Univers serait composé de matière noire.


Une version de Quake sur oscilloscope

Le programmeur Pekka Väänänen vous propose un cadeau de Noël particulièrement original : jouer à Quake sur un oscilloscope. Fan de « demakes » de jeux vidéos, un mouvement artistique consistuant à proposer la version rétro d’un jeu vidéo édité pour des consoles ou ordinateurs postérieurs, Pekka Väänänen est allé particulièrement loin dans l’exercice : il s’est en effet amusé à rendre hommage à l’une des plus anciennes origines du jeu vidéo, à savoir la simulation de tennis sur oscilloscope et calculateur analogique créée par le physicien William Higinbotham en 1958.

Mais Väänänen ne s’est pas contenté d’un jeu 2D : en tant que fan du célèbre Quake, jeu de tir subjectif développé par ID Software et commercialisé en 1996, Pekka Väänänen s’est lancé dans le pari un peu fou d’en proposer une version 3D jouable sur oscilloscope. Soit l’alliance ultime du nerd absolu et du joueur du grenier. Et ça marche ! Pour jouer à cette nouvelle version de Quake, il vous faudra cependant vous équiper d’un oscilloscope Hitachi V-422 – l’appareil utilisé lors de la démonstration de ce « demake » de Quake – disponible sur eBay à partir de 150 €. Au cours de sa présentation, Pekka Väänänen a discuté ouvertement de plusieurs problèmes à résoudre, vous pouvez donc également l’aider à développer les prochaines versions de Quake sur oscilloscope si l’envie vous en dit. Si votre professeur de sciences physiques ne vous accorde pas la note maximale avec un tel travail personnel encadré, contactez moi, j’aurai une petite conversation avec lui et Pekka !

 

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