Feynman | Dr. Goulu

Bon anniversaire, Richard Feynman!

Fri, 11 May 2018 00:00:00 +0000

aurait eu 100 ans aujourd’hui. Il aurait pu devenir un spécialiste des fourmis, un percussionniste renommé ou un peintre fameux dans les bordels californiens , mais il a préféré la physique.

Du projet Manhattan à la commission d’enquête sur l’accident de la navette spatiale Challenger en passant par le prix Nobel de physique en 1965, la vie de Feynman à été remplie de contributions de très haut niveau.

Mais Feynman était aussi un vulgarisateur scientifique passionné et passionnant. J’ai traduit en français , sa conférence sur la science et sa pédagogie, et , sa vision prémonitoire de la miniaturisation.

Pour ses 100 ans je voulais lui+vous offrir la traduction d’un interview où il est très emprunté pour répondre à une question apparemment toute simple pour un physicien de son niveau : pourquoi deux aimants se repoussent.

Mais je n’ai pas eu le temps de la terminer… Ça viendra dans les prochains jours…

Il y explique que les questions commençant par “pourquoi” sont difficiles car la réponse dépend énormément de ce que la personne posant la question connait déjà. Et que si on n’a pas étudié la physique, on ne peut que comprendre des réponses fausses comme “c’est comme s’il y avait un bloc de caoutchouc entre les deux”. Dans ces conditions il préfère ne pas répondre à la question.

J’ai été très troublé en voyant cette interview : quoi ? Le grand Feynman refuse de répondre à une simple question sur les aimants ? Et puis j’ ai trouvé qu’il était courageux de préférer passer pour un incapable que de donner une réponse fausse car trop vulgarisée.

Une bonne leçon de plus. Merci Richard !

Références :

Richard Feynman (2000) : Vous voulez rire, monsieur Feynman !, Odile Jacob, 2000, ISBN: 978-2738107879.

Bilan 2016

Tue, 27 Dec 2016 00:00:00 +0000

C’est l’heure du traditionnel petit bilan sur l’année écoulée sur ce blog.

Avec 329'000 pages vues par 230'000 visiteurs en 2016, la fréquentation de ce blog est légèrement en baisse, mais rien de grave. Après un passage à vide en 2015, je reste motivé à partager avec vous les résultats de ma curiosité dévorante.

Surprise! Cette année, ce n’est plus “ ” qui a été l’article le plus lu de ce blog. Il est second avec 18'654 lecteurs, assez loin derrière “ ” lu par 23'666 personnes. Je ne sais pas vraiment pourquoi cet article de 2008 a rencontré ce succès cette année. Ses lecteurs ne proviennent pas de pages référentes, mais plutôt de recherches Google du genre “ ” où mon article est désormais bien référencé. Suivent “ ”, “ ” et “ ” dans le Top 5

Parmi les , c’est “ ” qui a rencontré le plus de succès avec 1829 lecteurs, au 30 ème rang seulement. Drgoulu.com n’est donc décidément pas un blog d’actualités mais plutôt un site de références qui restent valables pendant des années. D’ailleurs, les deux tiers des visiteurs soit 200'000 sont arrivés suite à une recherche sur Google, dont 20'000 par la recherche d’image. 4000 de plus sont arrivés par Bing! le bien nommé, 5442 depuis une page Facebook, 1787 depuis le tout beau tout neuf, 1696 depuis twitter, et 660 depuis , le chouette blog de maths de Florian qui a eu la gentillesse de me citer dans ses favoris. Merci !

Ensuite, 589 lecteurs sont arrivés depuis , le répertoire de publications académiques. C’est étonnant, mais ce qui me surprend plus est de n’avoir eu aucune arrivée depuis alors que j’ai pas mal investi dans ce système qui fait automatiquement des liens vers les articles parlant de publications scientifiques ( ) Par contre, environ 200 visiteurs sont arrivés , et ce n’est même pas moi qui ai ajouté ces liens (du moins pas tous …)

Perles de recherche

Parmi les statistiques que j’obtiens, les plus marrantes sont celles donnant les mots recherchés par les internautes pour arriver sur ce site. Best of 2016:

seduire des filles lorsqu’on a de bonnes notes en maths
pourquoi il y a un numero sur le mini paquet de yellow mustard
pourquoi les choses sont-elles comme ça et pas autrement
processus pour trouver un nombre impair
pourquoi elisabeth vergee pose pour elle meme (DrG: mais qui est cette dame?)
theorie de la relativité de la connerie (DrG: oui ça mène bien à une de mes pages…)

Certaines de ces recherches pourraient bien m’inspirer un article en 2017, mais voici déjà ceux auxquels vous avez échappé en 2016

Poubelle 2016

Voici quelques brouillons commencés cette année que je ne finirai pas, sauf demande expresse dans les commentaires:

Fondamentaux pour le Big Data : le MOOC. Après avoir suivi un (très bien) et un autre sur les (trop facile), j’en ai terminé un troisième intitulé “ ” (trop théorique, pas assez de programmation et d’application à mon goût. J’ai mis dans ce brouillon, je ne sais plus pourquoi…
Licorne avançant par émission de micro-ondes … (illustration ArsTechnica)

l’ . Apparemment ce bidule viole la , ou du moins créé une poussée par un phénomène inexpliqué . Mon article se serait résumé à “intéressant. attendons des vérifications indépendantes” en faisant un effort pour rester dans plutôt que dans , qui me tente pourtant plus.
Le “Gravidyne”, mentionné par lors de sa conférence à la matinale des idées sur le voyage interstellaire ( ). Il s’agit d’un moyen de propulsion spatial aussi surprenant que l’EmDrive, mais sans violer les lois de la physique. Mais comme il n’a hélas jamais été réalisé je n’ai pas plus à en dire que ce qu’on trouve dans les références , ,
Sinon j’avais commencé deux articles sur les risques nucléaires, l’un à l’occasion de la publication du rapport de l’AIEA sur l’accident de Fukushima (lecture recommandée, au moins du résumé) et l’autre suite à un passionnant article publié dans “Le Temps” peu avant le vote suisse sur l’abandon rapide du nucléaire (refusé). C’est une version “grand public” d’une recherche de Spencer Wheatley et Didier Sornette, professeurs à l’ETH-Zürich sur l’analyse statistique des risques et coûts du nucléaire. Ils y développement notamment leur “ ” selon laquelle les événements comme Tchernobyl et Fukushima ne sont pas des imprévisibles.
Dans la même veine j’avais aussi les “observations personnelles (de Richard Feynman) sur la fiabilité de la navette spatiale” , sur l’évaluation des risques techniques.
Dernier brouillon à finir à la poubelle cete année, celui sur , tiré du roman de Dan Brown. Un thriller modèle standard, rien à en dire. , et la seule question véritablement intéressante est éludée : que se passerait-il vraiment si un tiers des femmes du monde se retrouvaient stériles ? Avec 25h par jour, j’en aurais occupé quelques unes à , le génial soft d’Yves.

Bon, après ce petit nettoyage hivernal il ne me reste plus que 58 brouillons à des degrés d’avancement variés. Bonne résolution 2017 : en avoir moins de 20 dans un an.

Ca va commencer très fort, celui du 1er janvier est prêt, et il nécessite un autre article d’intro qui devra être publié encore cette année. Alors à très bientôt, merci de me lire, et profitez bien de vos vacances de fin d’année !

Références

White, H., March, P., Lawrence, J., Vera, J., Sylvester, A., Brady, D., & Bailey, P. “ ”, 2016 Journal of Propulsion and Power. American Institute of Aeronautics and Astronautics
Thierry Alhalel “ ”, 2002, Bulletin de l’Union Des Physiciens, 96(Mai), p.935–953.
Roland Lehoucq “Le gravidyne”, 1999, Pour la Science No 260, p. 100
Eduardo Guéron “ ”, 2009, Pour la Science No 384 p. 24
" " Rapport du Directeur général AIEA
Spencer Wheatley et Didier Sornette*, professeurs ETH Zurich “ ”, Le Temps, 14 novembre 2016
Wheatley, S., Sovacool, B., & Sornette, D. “ ”, 2016 Risk Analysis. DOI:10.1111/risa.12587
Rémi Sussan, “ ”, 2013, sur internetactu

La science est la croyance en l'ignorance des experts

Wed, 18 Dec 2013 00:00:00 +0000

Intrigué par la citation de “Science is the belief in the ignorance of experts”, j’ai découvert qu’il l’a prononcée en 1966 dans un discours intitulé “ ” au congrès de la \[1\], que je n’ai pas trouvé en français.

Je vous offre donc ma traduction de ce texte comme Conte de Noël scientifique. A part le machisme courant à l’époque, il pourrait toujours susciter ou réveiller les vocations de profs de science. Mais surtout, il partage une vision de la science qui n’a pas pris une ride. Les titres de paragraphes sont de moi et les phrases en gras sont celles que j’ai particulièrement appréciées.

Bonne lecture, Bonnes Fêtes à tous, et à l’année prochaine!

Introduction

Je remercie M. DeRose de m’avoir invité parmi vous, enseignants de sciences. Je suis aussi un enseignant de sciences. Je n’ai d’expérience que dans l’enseignement de la physique à l’université, et le résultat de cette expérience est que je sais que je ne sais pas enseigner.

Je suis sur que vous aussi - véritables enseignants travaillant au plus bas niveau de cette hiérarchie d’enseignants, formateurs d’enseignants, experts en programmes scolaires - vous aussi j’en suis sur ne savez pas comment faire, sinon vous ne vous fatigueriez pas à venir à ce congrès.

Je n’ai pas choisi le sujet “Qu’est-ce que la science”. Le sujet est de M. DeRose. Mais je voudrais dire que je crois que “Qu’est-ce que la science” n’est pas du tout équivalent à “Comment enseigner la science”, et j’attire votre attention là dessus pour deux raisons. La première est que la manière dont je me prépare à donner ce discours pourrait donner l’impression que j’essaie de vous dire comment enseigner la science. Ce n’est absolument pas le cas, parce que je ne sais rien à propos des jeunes enfants. J’en ai un, donc je sais que je ne sais pas. L’autre est que je crois que la plupart d’entre vous (parce qu’il y a tant de présentations, tant d’articles et tant d’experts du domaine) ont une sorte de sentiment de manque de confiance en soi. D’une certaine façon on vous donne toujours des cours sur pourquoi les choses ne vont pas bien et comment vous devriez apprendre à enseigner mieux. Je ne vais pas vous réprimander sur le mauvais travail que vous faites et vous indiquer comment vous pouvez vous améliorer. Ce n’est pas mon intention.

En fait, nous avons de très bons étudiants qui arrivent à Caltech, et nous trouvons qu’ils sont de mieux en mieux année après année. De quoi ça vient, je n’en sais rien. Je me demande si vous le savez. Je ne veux pas interférer avec ce système : il est très bon.

Il y a juste deux jours nous avions une conférence dans laquelle nous avons décidé que nous n’avions plus besoin de donner un cours de mécanique quantique élémentaire au niveau master (“graduate school”). Quand j’étais étudiant, il n’y avait pas de cours de mécanique quantique tout court à ce niveau, c’était un sujet considéré comme trop difficile. Quand j’ai commencé à donner un tel cours, nous en avons eu un. Maintenant nous l’enseignons au niveau bachelor (“undergraduate”) Et nous découvrons actuellement que nous n’avons plus besoin de le donner aux gradués venant d’autres écoles. Pourquoi cette poussée vers le bas ? Parce que nous sommes capables de donner un meilleur enseignement à l’université, et parce que les étudiants qui y arrivent ont une meilleure formation .

Science et Philosophie

Qu’est-ce que la science ? Bien sur vous le savez tous, puisque vous l’enseignez. C’est évident. Que puis-je dire de plus ? Et si vous ne savez pas, chaque édition pour enseignant de n’importe quel manuel de cours vous fournira une discussion complète du sujet. On y trouve des sortes de distillations distordues et édulcorées de mélanges de mots de datant de quelques siècles, supposés être alors la profonde philosophie de la science. Mais , l’un des plus grands scientifiques expérimentateurs de l’époque qui faisait vraiment quelque chose, a dit que ce que Bacon considérait comme la science était la science d’un . Il

\[Bacon\]

parlait de faire des observations, mais omettait le facteur vital du jugement sur ce qu’il faut observer et à quoi faire attention.

Et donc ce qu’est la science n’est pas ce qu’en ont dit les philosophes, et certainement pas ce que les manuels de cours en disent. Ce qu’elle est est un problème que je me suis assigné après avoir accepté de donner cette conférence.

Après quelques temps je me suis rappelé :

Un mille-pattes était heureux, Jusqu’à ce qu’un crapaud lui dit: “Dis, quel pas vient après l’autre?” Ce qui monta ses doutes jusqu’au point Qu’il tomba distrait dans le fossé Ne sachant plus comment marcher.

Toute ma vie j’ai fait de la science et su ce qu’elle était, mais maintenant que je suis venu vous dire quel pas vient après l’autre, j’en suis incapable. Plus grave encore, l’analogie avec le poème m’inquiète tant que lorsque je rentrerai chez moi, je ne serai plus capable de la moindre recherche.

De nombreux journalistes ont tenté d’obtenir un résumé de cette présentation, mais comme je ne l’ai préparée que récemment c’était impossible. Mais je peux maintenant en voir se précipiter à l’extérieur pour écrire de gros titres du genre “Le Professeur a qualifié le Président de la NSTA de crapaud.”

Dans ces circonstances, vu la difficulté du sujet et mon aversion pour les exposés philosophiques, je vais présenter ceci d’une manière très inhabituelle. je vais juste vous dire comment j’ai appris ce qu’est la science.

Comment j’ai appris ce qu’est la science

C’est un peu enfantin. Je l’ai appris quand j’étais un enfant. Je l’avais dans le sang depuis le début. Et je voudrais vous dire comment je l’ai attrapé. On dirait que j’essaie de vous dire comment enseigner la science, mais ce n’est pas mon intention. Je vais vous dire ce qu’est la science en vous disant comment j’ai appris ce qu’est la science.

Mon père me l’a dit. Quand ma mère me portait, à ce qu’on m’a dit car je ne me rappelle pas de la conversation, mon père a dit “si c’est un garçon, il sera un scientifique.” Comment l’a-t-il fait ? Il ne m’a jamais dit que je devrais devenir un scientifique. Il n’était pas un scientifique, il était un businessman, responsable des ventes dans une compagnie d’uniformes, mais il lisait sur la science et aimait ça.

Quand j’étais très jeune, la première histoire dont je me souvienne, quand je mangeais encore dans un siège surélevé, mon père jouait avec moi après le dîner.

Il avait amené un tas de vieux carreaux de sol de salle de bains de je ne sais où à Long Island. On les disposait sur la tranche, l’un à côté de l’autre, et j’avais le droit de faire tomber celui à une extrémité et de regarder tous les dominos tomber. Jusqu’ici ça va.

Puis, le jeu s’est compliqué. Il y avait des carreaux de différentes couleurs. Je devais en mettre un blanc, deux bleus, un blanc, deux bleus, et encore un blanc et puis deux bleus, et si je voulais mettre encore un bleu, je devais en mettre quand même un blanc avant. Vous reconnaissez l’habituelle intelligence insidieuse : d’abord leur faire plaisir en jouant, et puis injecter lentement du matériel éducatif.

Alors ma mère, qui est une femme beaucoup plus sensible, commença à réaliser l’insidiosité de ses efforts et dit “Mel s’il te plaît, laisse ce pauvre enfant poser un carreau bleu s’il en a envie.” Mon père dit “Non, je veux qu’il fasse attention aux motifs (“patterns”). C’est la seule chose que je peux faire en mathématiques à ce stade précoce.” Si je donnais une conférence sur " Qu’est-ce que les mathématiques" je vous aurais déjà répondu : les mathématiques, c’est la recherche de motifs, de modèles.

Les mathématiques

J’aimerais vous apporter une autre preuve que les mathématiques ne sont que des modèles. Quand j’étais à Cornell, j’étais absolument fasciné par le corps estudiantin qui, me semblait il, était une sorte de dilution de quelques personnes sensées dans une grande masse muette d’étudiants en etc qui incluait beaucoup de filles. J’avais l’habitude de m’asseoir à la cafétéria avec ces étudiant(e)s et en mangeant, j’essayais d’intercepter leurs conversations pour voir si un mot intelligent en sortait. Vous pouvez imaginer ma surprise lorsque je découvris cette chose qui me semble énorme.

J’écoutais une conversation entre deux filles, et l’une expliquait que si vous voulez faire une ligne droite, voyez-vous, vous vous déplacez d’un certain nombre de carreaux vers la droite pour chaque ligne de carreaux que vous traversez, ou autrement dit, si vous répétez le même déplacement vers la droite pour chaque ligne vers le haut, vous faites une ligne droite. Un grand principe de géométrie analytique ! J’était stupéfait. Je n’avais pas réalisé que l’esprit féminin était capable de comprendre la géométrie analytique.*

) Application de la géométrie analytique

Elle continua en disant “Suppose que tu as une autre ligne venant d’une autre direction et que tu cherches où elles vont se croiser. Suppose qu’une ligne va 2 à droite pour 1 en haut, et que l’autre va 3 à droite pour 1 en haut et qu’elles commencent à 20 lignes d’écart.” etc. J’étais époustouflé. Elle arriva à dire où l’intersection se produisait. Et puis je compris qu’elle expliquait à l’autre comment tricoter des bas “ ”.

J’en ai tiré une leçon : l’esprit féminin est capable de comprendre la géométrie analytique. Les gens qui ont insisté depuis des années, en dépit de toutes les preuves évidentes du contraire, que les hommes et les femmes sont également capables de pensée rationnelle on peut-être marqué un point. La difficulté est peut-être que nous n’avons jamais encore trouvé un moyen de communiquer avec l’esprit féminin. Mais si c’est fait correctement, on pourrait en tirer quelque chose…

Je vais maintenant continuer avec ma propre expérience comme débutant en mathématiques. Une autre chose que mon père m’a dit, et je ne peux que difficilement l’expliquer parce que c’était plus une émotion que des paroles, était que le rapport entre la circonférence et le diamètre de tous les cercles était toujours le même, quel que soit la taille. Ca ne me semblait pas trop étonnant, mais ce rapport aveit de merveilleuses propriétés. C’était un nombre merveilleux, un nombre profond : Pi. Il y avait un mystère que je ne comprenais pas totalement autour de ce nombre, mais c’était quelque chose de grand, et le résultat fut que j’ai cherché Pi partout.

Quad j’ai appris plus tard à l’école comment écrire une fraction sous forme décimale et que j’ai écrit 3 1/8 = 3.125, j’ai cru reconnaître un ami et écrivis que c’était égal P, le rapport entre la circonférence et le diamètre d’un cercle. L’instituteur le corrigea en 3.1416.

J’illustre ceci pour montrer une influence. L’idée qu’il y a un mystère, une merveille à propos de ce nombre était important pour moi, pas la valeur du nombre. Beaucoup plus tard, alors que je faisais des expériences au laboratoire, je veux dire mon labo à la maison, bricolant un peu … non excusez-moi : je ne faisait pas d’expériences, je n’en ai jamais fait, je n’ai fait que bricoler. Progressivement dans des livres et manuels j’ai commencé à découvrir qu’il existait des formules applicables à l’électricité pour relier la résistance au courant, etc. Un jour, en regardant les formules d’un bouquin quelconque, j’ai découvert la formule de la fréquence de résonance d’un qui est $f=1/(2\pi.\sqrt{LC})$, où L est l’inductance et C la capacité … du cercle ? Vous riez, mais j’étais très sérieux. Pi concernait les cercles, et voilà pi qui sort d’un circuit électrique. Où était le cercle ? Est-ce que vous qui avez ri savez d’où ça vient ?

Je dois aimer ça. Je dois le rechercher. Je dois y penser. Et puis j’ai réalisé que les bobines sont faites de cercles. Et quelques mois plus tard, j’ai trouvé un autre livre qui donnait l’induction de bobines carrées, et pi était dans ces formules. J’y ai réfléchi à nouveau et réalisé que le pi ne venait pas des bobines circulaires. je le comprends mieux aujourd’hui, mais dans mon cœur je ne sais toujours pas où est le cercle, d’où vient ce pi.

Les choses et leur nom

Quant j’étais encore assez jeune, je ne sais plus exactement à quel âge, j’avais une balle dans un chariot et j’ai remarqué quelque chose. J’ai couru vers mon père en disant “Quand je tire le chariot, la balle roule vers l’arrière et quand je cours et que je m’arrête, la balle roule vers l’avant. Pourquoi ?”

Comment répondriez-vous ?

Il a dit “Ça, personne ne le sait.” Il a dit “C’est pourtant très général, ça arrive tout le temps à n’importe quoi : tout ce qui bouge tend à continuer à bouger, et ce qui est immobile tend à le rester. Si tu regardes de près, tu verras que la balle ne roule pas vers l’arrière du wagon quand tu commences à le déplacer. Elle avance aussi un peu, mais pas aussi vite que le wagon. L’arrière du wagon rattrape la balle qui avait de la peine à commencer à bouger. Ca s’appelle , ce principe.” Je me suis évidemment dépêché de vérifier et c’était vrai : la balle ne reculait pas. Il avait mis une différence très claire entre ce que nous savons et comment nous l’appelons.

A propos de cette relation entre les choses et leur nom, je voudrais vous raconter une autre histoire. Nous avions l’habitude l’aller aux pour les vacances. A New-York, on va aux montagnes Catskill pour les vacances. Les pauvres maris devaient travailler la semaine, mais ils se dépêchaient de revenir le weekend pour rester avec leurs familles. Ces weekends, mon père m’emmenait marcher dans les bois. On allait souvent marcher, et tout apprendre sur la nature en même temps. Mais d’autres enfants, des amis à moi voulaient aussi venir et demandaient à mon père de les emmener. Il ne voulait pas, disant que j’étais plus avancé. Je n’essaie pas de vous dire comment enseigner, parce que mon père le faisait avec une classe d’un seul élève; s’il en avait eu plus d’un, il en aurait été incapable.

Donc nous allions tout seuls dans les bois. Mais les mères étaient très puissantes à l’époque, comme aujourd’hui, et elles ont convaincu les autres pères d’emmener leurs propres fils marcher dans les bois. Alors tout les pères emmenèrent tous les garçons dans les bois un dimanche après-midi. Le jour suivant, lundi, nous jouions ensemble et un garçon m’a demandé " Tu vois l’oiseau sur le tronc là bas ? Quel est son nom?" J’ai dit : “J’en ai pas la moindre idée” Il a dit : “C’est une . Ton père ne t’apprends pas grand chose en sciences.”

J’ai souri intérieurement parce que mon père m’avait déjà enseigné que le nom ne dit rien de l’oiseau. Il m’avait dit “Tu as vu cet oiseau : en anglais on l’appelle **, mais en allemand on l’appelle Halsenflügel, et les chinois l’appellent , et même si tu connais tous ces noms, tu ne connais toujours rien de l’oiseau, tu ne sais que quelque chose sur les hommes, comment ils appellent l’oiseau. En fait cette grive chante, apprend à voler à ses jeunes, et pendant l’été elle vole si loin à travers tout le pays, et personne ne sait comment elle trouve son chemin” et ainsi de suite. Il y a une différence entre le nom d’une chose et ce qui se passe.

Le résultat de ceci est que je ne peux pas me rappeler le nom de quiconque, et quand des gens discutent de physique avec moi ils sont souvent exaspérés quand ils me parlent de “l’ ” et que je demande “quel est cet effet?” parce que je ne peux pas me rappeler du nom.

Je voudrais dire un mot ou deux, si je peux interrompre ma petite histoire, sur les mots et définitions, parce qu’il est nécessaire d’apprendre les mots.

Ce n’est pas la science. Mais ça ne veut pas dire que, juste parce que ce n’est pas de la science, nous ne devons pas enseigner les mots. Nous ne parlons pas de ce que nous devons enseigner, nous parlons de ce qu’est la science. Ce n’est pas de la science de savoir comment convertir des degrés Centigrade en Fahrenheit. C’est nécessaire, mais ce n’est pas exactement de la science. Dans le même genre, si vous discutiez de ce qu’est l’art, vous ne diriez pas que l’art c’est de savoir qu’un crayon 3-B est plus doux qu’un crayon 2-H. Il y a une différence. Ça ne veut pas dire qu’un prof d’art ne doit pas l’enseigner, où qu’un artiste sera à l’aise s’il ne connaît pas ça. En fait vous pouvez découvrir ça en une minute en faisant des essais, mais c’est une approche scientifique que les profs d’art ne penseront peut-être pas à expliquer.

Afin de pouvoir nous parler, nous devons avoir des mots et c’est bien ainsi. C’est une bonne idée d’essayer de voir la différence, et c’est une bonne idée de savoir quand nous enseignons des outils de la science comme des mots, et quand nous enseignons la science elle-même.

Qu’est-ce qui le fait bouger ?

Pour rendre ce point encore plus clair, je vais critiquer défavorablement certains livres de science, ce qui n’est pas très juste car avec un peu d’ingéniosité je peux aussi trouver des aspects défavorables aux autres. Il y a un manuel de science qui, à la première leçon du niveau primaire commence de manière malheureuse à enseigner la science parce qu’il part d’une fausse idée de ce qu’est la science. On y trouve le dessin d’un chien, un chien jouet mécanique, et une main près du remontoir, puis le chien bouge. Sous le dernier dessin il est écrit “Qu’est-ce qui le fait bouger ?”. Puis il y a l’image d’un vrai chien avec la légende “Qu’est-ce qui le fait bouger ?”, puis l’image d’une moto avec la question “Qu’est-ce qui le fait bouger ?” et ainsi de suite.

Qu’est-ce qui le fait bouger ?

Au début j’ai pensé qu’ils se préparaient à dire ce que concerne la science : la physique, la biologie, la chimie, mais ce n’était pas ça. La réponse était dans l’édition de l’enseignant et la réponse qu’il fallait apprendre était “L’énergie le fait bouger.”

Seulement, l’énergie est un concept très subtil. Il est très très difficile de le comprendre correctement. Ce que je veux dire, c’est qu’il n’est pas facile de comprendre l’énergie assez bien pour l’utiliser correctement, de manière à pouvoir déduire quelque chose correctement en utilisant l’énergie. C’est après l’école primaire. Ca serait tout aussi bien de dire “Dieu l’a fait bouger” ou “l’esprit le fait bouger” ou “la déplaçabilité (movability) le fait bouger”. En fait on peut tout aussi bien dire “L’énergie l’a arrêté”.

Voyez ça ainsi : ce n’est que la définition de l’énergie, elle doit être inversée. On peut dire que quand quelque chose bouge il possède de l’énergie, mais pas que c’est l’énergie qui le fait bouger. Il y a une subtile différence. C’est la même qu’à propos de l’inertie.

Peut-être que je peux rendre cette différence plus claire ainsi : quand vous demandez à un enfant ce qui fait bouger le jouet, vous devriez penser à ce qu’un humain normal répondrait. La réponse est que vous avez remonté le ressort : il essaie de se dérouler en entraînant des engrenages.

Quelle bonne manière de commencer un cours de science. Démontez le jouet, voyez comment il fonctionne. Voyez la subtilité des engrenages, voyez les cliquets. Apprenez quelque chose du jouet, comment il est assemblé, l’ingéniosité des gens qui ont conçu les cliquets et les autres pièces. C’est bien. La question est bonne. La réponse est un peu maladroite parce que ce qu’ils essayaient de faire était d’enseigner une définition de l’énergie, mais au moins quelque chose est appris.

Supposez qu’un élève dise “Je ne pense pas que l’énergie le fasse bouger”. Où va la discussion depuis là?

Pédagogie

J’ai finalement découvert un test permettant de savoir si vous avez enseigné une idée ou juste enseigné une définition.

Le test fonctionne comme ça. Vous dites “Sans utiliser le mot que vous venez d’apprendre, essayer de reformuler ce que vous venez d’apprendre avec vos propres mots.” Sans utiliser le mot “énergie”, dites moi ce que vous savez du mouvement du chien. Si vous ne pouvez pas, vous n’avez rien appris sur la science. Ca peut être assez. Peut-être que vous ne voulez pas enseigner quelque chose sur la science tout de suite. Vous devez enseigner des définitions. Mais pour la toute première leçon, est-ce que ça ne pourrait pas être destructeur ?

Je trouve que pour la leçon numéro un, apprendre une formule mystique pour répondre aux questions est très mauvais. Le livre en a d’autres : “La gravité le fait tomber.”, “Les semelles de vos chaussures s’usent à cause du frottement”. Les chaussures s’usent parce les petites aspérités du trottoir se plantent dans les semelles et en arrachent de petits morceaux. De dire seulement que c’est à cause du frottement est regrettable, parce que ce n’est pas de la science.

Mon père ne s’est que peu occupé de l’énergie et n’a utilisé le terme qu’après que j’aie une petite idée là dessus. Je sais ce qu’il aurait dit, parce qu’il a fait essentiellement la même chose, quoique pas avec le même exemple du jouet. Il aurait dit “il bouge parce que le soleil brille” s’il avait voulu donner la même leçon.

J’aurais dit “Non. Qu’est-ce que ça à a voir avec le soleil qui brille ? Il bouge parce que j’ai remonté le ressort.” - “Et mon ami, pourquoi est-tu capable de remonter le ressort ?” - “Je mange.” - “Et que manges tu, mon ami ?” - “Je mange des plantes.” - “Et comment poussent-elles ?” - “Elles poussent parce que le soleil brille.”

Et c’est la même chose pour le vrai chien.

Et pour l’essence ? Energie du soleil accumulée, capturée par les plantes et préservée dans le sol. Les autres exemples finissent tous avec le soleil. Et ainsi, la même idée que celle que notre manuel voulait introduire est formulée d’une manière très intéressante.

Toutes les choses que nous voyons bouger bougent parce que le soleil brille. Ca explique la relation d’une source d’énergie à l’autre, et ça ne peut pas être nié par un enfant. S’il dit “je ne crois pas que ça peut être du au soleil qui brille”, vous pouvez commencer une discussion. Donc il y a une différence.

C’est juste un exemple de la différence entre les définitions, qui sont nécessaires, et la science. Ma seule objection dans ce cas particulier est que c’était à la première leçon. Ca doit certainement venir plus tard, de dire ce qu’est l’énergie, mais pas après une question aussi simple que “qu’est-ce qui fait bouger le chien ?”. Il faut donner une réponse d’enfant à un enfant : “ouvrons-le, et examinons ça.”

Éloge de l’observation

Pendant ces ballades dans les bois, j’ai appris plein de choses. Sur les oiseaux par exemple, j’ai déjà mentionné les migrations, mais je vais vous donner un autre exemple à propos des oiseaux de la forêt. Au lieu de les nommer, mon père m’a dit une fois “Regarde, tu vois comme cet oiseau picote dans ses plumes ? Il picote beaucoup ses plumes, Pourquoi penses-tu qu’il fait ça ?”

J’ai pensé que c’était parce que les plumes étaient froissées, et qu’il essayait de les lisser. Mon père “D’accord, quand, ou comment ses plumes se seraient froissées ?” “Quand il vole. Quand il marche c’est bon, mais quand il vole ça froisse ses plumes.” Alors il me dit “Alors dans ce cas, il devrait picoter plus ses plumes juste après un atterrissage qu’après qu’il les ait lissées et marché au sol un moment. Ok, observons.”

Alors on a regardé, observé, et il est apparu que l’oiseau picorait ses plumes tout autant et tout aussi souvent, indépendamment du temps passé au sol, et pas seulement juste après un vol.

Donc mon idée était fausse, et je n’arrivais pas à trouver la bonne raison. Mon père me l’a révélée. C’est que les oiseaux ont des poux. Les plumes produisent de petits flocons, dit mon père, et les poux les mangent. Et aux articulations des pattes de ces poux, il y a un peu de graisse qui est sécrétée, et il y a une larve d’acarien qui se nourrit de cette graisse. Mais cette graisse est si nutritive que la larve ne peut pas la digérer complètement, alors le liquide qu’elle rejette contient trop de sucre, et dans ce sucre peut vivre un microbe qui … etc.

Les faits ne sont pas justes, mais l’idée est correcte. D’abord j’ai appris sur le parasitisme, une (bête) sur une autre, sur une autre, sur une autre. Et puis il continua en disant que partout dans le monde où il y a une source de quelque chose qui peut être mangé pour que la vie continue, des espèces vivantes trouvent une manière d’utiliser cette source, et que chaque petite goutte est mangée par quelque chose.

L’important dans ceci est que le résultat de l’observation, même si j’étais incapable d’arriver à la conclusion ultime, était une fantastique pièce d’or, avec de merveilleux résultats. C’était merveilleux.

Supposez qu’il m’ait dit d’observer, de faire une liste, de regarder et d’écrire, et quand j’aurais écrit la liste, de la ranger avec 130 autres listes dans un carnet de notes. J’aurais appris que l’observation est pénible, et qu’il n’en sort pas grand chose.

Je crois qu’il est très important, en tout cas ça l’a été pour moi, que si vous vous enseignez à faire des observations, vous devez montrer que quelque chose de merveilleux peut en résulter. J’ai appris à ce moment là ce qu’était la science : c’était de la patience. Si vous regardiez, observiez et faisiez attention, vous receviez une belle récompense, mais pas à tous les coups. Quand je suis devenu plus adulte, la conséquence a été que j’ai travaillé sur des problèmes péniblement, heure après heure pendant des années, parfois moins longtemps, avec beaucoup d’échecs, beaucoup de choses jetées dans la corbeille, mais une fois de temps en temps il y avait l’or d’une nouvelle compréhension que j’ai appris à espérer alors que j’étais enfant, le résultat de l’observation. Parce que je n’avais pas appris que l’observation n’avait pas de valeur.

En passant, nous avons appris d’autres choses dans la forêt. Pendant nos excursions nous voyions les choses habituelles et discutions sur beaucoup de choses : sur le combat des arbres pour la lumière, comment ils poussent le plus haut possible, et comment ils résolvent le problème de faire monter l’eau à plus de 10 ou 12 mètres, sur les petites plantes plantes sur le sol qui capturent les petits rayons de lumière qui traversent toute la végétation, et ainsi de suite.

Un jour, après que nous ayons vu tout ceci, mon père m’emmena encore dans les bois et dit “pendant tout ce temps où nous avons observé la forêt, nous n’avons vu que la moitié de ce qui s’y passe, exactement la moitié.” J’ai dit “Que veux-tu dire ?” Il a dit : “Nous avons regardé comment toutes ces choses poussent, croissent, mais pour chaque parcelle de croissance il doit y avoir la même quantité de décroissance, sinon les matières seraient consommées pour toujours : les arbres morts resteraient pour toujours au sol après avoir tout absorbé de l’air et du sol, et ça ne retournerait pas dans le sol ou l’air, donc rien d’autre ne pourrait pousser ici car il n’y aurait plus de matière disponible. Pour chaque parcelle de croissance, il doit y avoir exactement la même quantité de décroissance.

Alors suivirent beaucoup de ballades dans les bois au cours desquelles nous avons cassé de vieilles souches, vu pousser des mousses et des champignons. Il ne pouvait pas me montrer les bactéries, mais nous avons vu l’effet de la pourriture etc. J’ai vu la forêt comme un processus continu de transformation des matières.

Il y eut beaucoup de choses similaires, de descriptions faites d’étrange manières. Il commençait souvent à parler de certains sujets ainsi : “Suppose qu’un Martien atterrisse et regarde le monde”. Par exemple, quand je jouais au train électrique, il me racontait qu’il y avait une grande roue mue par l’eau, branchée par des fils de cuivre qui partent dans toutes les directions, et puis qu’il y a de petites roues, et que toutes ces petites roues tournent quand la grande roue tourne. Le lien entre elles n’est que de cuivre et du fer, rien d’autre, aucune pièce mobile. Tu tournes la grande roue là, et toutes les petites roues tournent aussi, partout, et ton train est l’une d’elles. C’était un monde merveilleux que mon père me décrivait.

Vous pourriez vous demander ce qu’il en a tiré. Je suis allé au MIT. Je suis allé à Princeton. Je suis rentré à la maison et il m’a dit “Maintenant tu as une éducation scientifique. J’ai toujours voulu savoir quelque chose que je n’ai jamais compris et, mon fils, j’aimerais que tu me l’expliques.” J’ai dit oui. Il a dit “Je sais qu’ils disent que la lumière est émise par un atome quand il passe d’un état à l’autre, d’un état excité à un état de plus basse énergie.” J’ai dit “C’est juste.” “Et la lumière est une sorte de particule, un je crois.” “Oui” “Donc si le photon sort d’un atome quand il passe de l’état excité à l’état plus bas, le photon doit avoir été dans l’atome excité.” J’ai dit “En fait, non.” Il a dit “Comment peux tu imaginer une particule, un photon sortant de l’atome sans avoir été dedans à l’état excité ?” J’y ai pensé quelques minutes et j’ai dit “Je suis désolé, je ne sais pas. Je ne peux pas te l’expliquer.”

Il a été très déçu après toutes ces années à essayer de m’enseigner quelque chose, que ça ne donne que de si piètres résultats.

Éloge du doute

Ce qu’est la science, je pense, pourrait être quelque comme ça : il y a eu sur cette planète une évolution de la vie jusqu’à l’étape où existent des animaux évolués, intelligents. Je ne veux pas dire juste les êtres humains, mais les animaux qui jouent et apprennent de leurs expériences, comme les chats. Mais à cette étape, chaque animal n’apprendrait que de ses propres expériences. Ils se développement graduellement, jusqu’à ce que certains animaux puissent apprendre plus vite de l’expérience, et puissent même apprendre des expériences des autres en regardant, ou l’un peut montrer à un autre, ou l’un voit ce que l’autre a fait.Donc il est apparu la possibilité que tous puissent apprendre, mais la transmission était inefficace, et ils pouvaient mourir, et peut-être celui qui apprenait mourrait aussi avant qu’il puisse transmettre à d’autres.

La question est : est-il possible d’apprendre plus vite ce que quelqu’un a appris par accident que la vitesse à laquelle la chose est oubliée, soit à cause d’une mauvaise mémoire, soit en raison de la mort des élèves ou de l’inventeur ?

Alors est venu le temps, peut-être, où pour certaines espèces (humaines ?), la vitesse de l’apprentissage augmenta, atteignant une telle cadence que soudainement quelque chose de complètement nouveau arriva : les choses apprises par un unique animal passèrent à un autre, puis à un autre si vite que ce n’est pas oublié par l’espèce. Ainsi devint possible une accumulation de la connaissance de l’espèce.

Ceci a été appelé “ ”. Je ne sais pas qui l’a appelé comme ça en premier (NdT : ). En fin de compte, nous avons ici, dans cette salle, des représentants de ces animaux assis, essayant de relier leurs expériences, chacun essayant d’apprendre de l’autre.

Ce phénomène d’avoir une mémoire de l’espèce, d’avoir une accumulation de connaissances transmissible d’une génération à l’autre était nouvelle, mais elle incorporait une maladie : il était possible de transmettre des idées qui n’étaient pas profitables à l’espèce. L’espèce a des idées, mais elles ne sont pas nécessairement profitables.

Donc un temps est venu où les idées, bien qu’accumulées très lentement, n’étaient pas que des choses utiles, mais un tas de toutes sortes de préjugés, et de croyances étranges et bizarres.

Alors un moyen d’éviter la maladie a été découvert. C’était de douter que ce qui était transmis du passé était vrai, et d’essayer de redécouvrir ce qu’il en est à partir de l’expérience plutôt que de faire confiance à l’expérience du passé sous la forme sous laquelle elle nous a été transmise. Et c’est ce qu’est la science : le résultat de la découverte selon laquelle il vaut la peine de revérifier par de nouvelles expériences directes, et ne pas nécessairement faire confiance à l’expérience de l’espèce humaine du passé. C’est ma meilleure définition.

Je voudrais vous rappeler toutes les choses que que vous savez très bien afin de vous donner un peu d’enthousiasme. En religion, les leçons de morale sont enseignées, mais elles ne sont pas juste enseignées une fois, vous êtes inspirés encore et encore, et je crois qu’il est nécessaire d’inspirer encore et encore, et de rappeler la valeur de la science aux enfants, aux ados et à tout le monde, de différentes manières, et pas seulement pour qu’ils deviennent de meilleurs citoyens, plus capables de contrôler la nature etc.

Il y a autre chose.

Il y a la valeur de la vision du monde créée par la science. Il y a la beauté et les merveilles du monde que nous découvrons à travers les résultats de ces nouvelles expériences. C’est-à-dire les résultats de ce que je vous ai juste rappelé, que les choses bougent parce que le soleil brille. (Cependant, pas tout ne bouge parce que le soleil brille. La Terre tourne indépendamment du fait que le soleil brille, et la réaction nucléaire produit de l’énergie sur Terre, une nouvelle source. Probablement que les volcans sont alimentés par une source différente que le rayonnement du soleil.)

Le monde a l’air si différent après avoir appris la science. Par exemple les arbres sont faits d’air, principalement. Quand ils brûlent ils retournent à l’air et dans leurs flammes, la chaleur libérée est celle que le soleil a fourni pour convertir l’air en arbre, et dans les cendres il y a les petits restes de ce qui n’est pas venu de l’air mais de la terre. Ce sont de magnifiques choses, et le contenu de la science en est merveilleusement plein. Elles sont très inspiratrices, et peuvent être utilisées pour inspirer d’autres.

Science et experts

Une autre des qualités de la science est qu’elle enseigne la valeur de la pensée rationnelle ainsi que l’importance de la liberté de pensée, les résultats positifs qui viennent du doute que les leçons sont toutes justes. Vous devez distinguer ici, spécialement dans l’enseignement, la science des formes et procédures qui sont parfois utilisées pour développer la science. Il est facile de dire : “Nous écrivons, expérimentons et observons et faisons ceci ou cela.” Vous pouvez recopier ce schéma exactement. Mais les grandes religions sont dissipées par les formes suivantes en oubliant le contenu exact de l’enseignement de leurs fondateurs. De la même manière, il est possible de suivre le schéma et de l’appeler “science”, mais c’est de la pseudo-science. C’est ainsi que nous souffrons tous de cette sorte de tyrannie qui existe aujourd’hui dans beaucoup d’institutions qui sont passées sous l’influence de conseillers pseudo-scientifiques.

Il y a beaucoup d’études en pédagogie par exemple où des gens font des observations, des listes, des statistiques et ainsi de suit C’est tout au plus une sorte d’imitation de science analogue aux terrains d’aviation en bois faits par des indigènes des Mers du Sud, avec tours de contrôle et tout. Les indigènes espèrent qu’un grand avion viendra. Ils ont même construits des avions en bois ressemblant à ceux qu’ils voient sur les aéroports autour d’eux, mais étonnamment, leurs avions ne volent pas ***

Le résultat de cette imitation pseudo-scientifique est de produire des experts, tels que beaucoup d’entre vous. Mais vous les instituteurs, qui enseignez réellement aux enfants à la base, vous pouvez peut-être douter des experts. En fait, je peux aussi définir la science d’une autre manière : la science est la croyance en l’ignorance des experts.

Quand quelqu’un dit : “La science nous enseigne ceci ou cela”, il utilise le mot de manière incorrecte. La science n’enseigne rien du tout, c’est l’expérience qui enseigne. Si on vous dit “La science a montré ceci ou cela,” vous pouvez demander “Comment la science montre ceci ? Comment les scientifiques l’ont-ils découvert ? Comment ? Quoi ? Où ?”

Ca ne doit pas être “la science a montré” mais “cette expérience, ou cet effet a montré.” Et vous avez tout autant le droit que n’importe qui d’autre en entendant parler de ces expériences, mais soyez patient en écoutant toutes les informations, de juger si une conclusion sensée en a été tirée.

Dans un domaine tel que l’éducation, si compliqué que la vraie science n’a pas encore été capable d’aller nulle part, nous devons nous reposer sur une sorte de sagesse démodée, une sort d’évidence dirigée. Je suis en train d’inciter l’enseignant de base à avoir de l’espoir et de la confiance en l’intelligence naturelle et le sens commun. Les experts qui vous dirigent peuvent avoir tort.

J’ai probablement ruiné le système, et le étudiants qui viennent à Caltech ne seront plus assez bons. je crois que nous vivons une époque non scientifique dans laquelle tout le verbiage de la communication, de la télévision, les mots, les livres etc. sont non scientifiques. En conséquence, il y a une quantité considérable de tyrannie intellectuelle au nom de la science.

Finalement, à propos de ce “time-binding”, un homme ne peut pas vivre après la tombe. Chaque génération qui découvre quelque chose par sa propre expérience doit la transmettre plus loin, mais doit la transmettre avec un délicat équilibre de respect et d’irrespect, de manière à ce que l’espèce humaine, maintenant qu’elle est consciente de la maladie qui l’atteint, n’inflige pas ses erreurs à sa jeunesse de manière trop rigide, mais passe la sagesse accumulée plus la sagesse qui n’est peut-être pas de la sagesse.

Il est nécessaire d’enseigner à la fois d’accepter et de rejeter le passé avec une sorte d’équilibre qui demande un talent considérable. La science, en plus de tous ses sujets, contient en elle-même une leçon sur le danger de croire à l’infaillibilité des plus grands maîtres de la génération précédente.

Alors continuez. Merci.

Notes Dr.G.

* : voilà pour mesurer le niveau de machisme ambiant dans les années 1940 …

** mais j’ai des doutes : selon la Wikipédia cet oiseau ne vit pas en Amérique du Nord, et je n’ai trouvé “Halsenflügel” nulle part… D’après les recherches d’une passionnée d’oiseaux (ma maman), ce serait plus probablement la , Dusky Thrush en anglais, Rostflügeldrossel en anglais, 斑鸫 en chinois et Turdus eunomus en latin.

*** Feynman a prononcé en 1974 un discours à Caltech intitulé “Cargo cult science” utilisant , et il est déjà traduit ici : “ ”

Référence:

Feynman, R. P. “What Is Science”, 1969, The Physics Teacher, 7(6), 313.

Trous noirs, helium, langues etc.

Thu, 27 Sep 2012 00:00:00 +0000

Si vous n’êtes pas abonné, le numéro de d’octobre vaut une visite chez votre marchand de journaux.

Deux articles ont particulièrement retenu mon attention parce qu’ils traitent de sujets déjà abordés ici :

dans “ ”, Caleb Scharf confirme que les trous noirs supermassifs sont des “ ” (en 2008, j’avais ajouté un ?) effectuant un “ ”. Il s’avère qu’en éjectant de la matière très loin, ils régulent la formation des étoiles dans leur galaxie. D’après l’auteur, si notre système solaire est si agréable à vivre, c’est entre autres car le ne produit ni trop, ni pas assez d’étoiles.
dans “ ”, Christian Giannese répond à “ ” par “plus beaucoup”. En particulier l’He 3 devient rarissime et très cher.

Sinon, j’ai enfin compris pourquoi les espagnols parlent plus vite que les allemands. Les auteurs de “ ”, comparent le débit syllabique et la transmise par chaque syllabe en plusieurs langues. Ils arrivent à la conclusion peu surprenante que toutes les langues permettent le même débit d’information mais par des compromis différents entre ces deux composantes.

Là je suis plongé pour la deuxième fois dans “ ”, qui présente une version moderne du fameux “ ”. La première lecture n’a pas déclenché de “haha” de compréhension immédiate, mais l’idée de calculer des probabilités avec des graphes est assez excitante pour m’y replonger.

Voilà largement de quoi rentabiliser l’achat de ce numéro, sans compter ceux qu’il me reste à lire comme celui de Jean-Paul Delahaye sur et celui de mes (qui ne bloguent plus beaucoup hélas…) sur les torches à plasma.

En prime vous trouverez dans le numéro des lunettes 3D pour regarder certaines illustrations en “relief” , mais là je n’ai pas été emballé. Franchement : des , en 2012… Et noir/blanc en plus …

Systèmes de Récupération de l'Énergie Cinétique

Sun, 03 Jul 2011 00:00:00 +0000

Chaque fois que vous arrêtez votre voiture à un feu rouge, son et la votre sont dissipées sous forme de chaleur dans vos freins. Quand le feu passe au vert, votre moteur régénère cette énergie cinétique en accélérant votre véhicule. Dès les années 50, Richard Feynman ( ) avait imaginé un (SREC, ou KERS en anglais) pour récupérer l’énergie au freinage, la stocker quelques instants, puis la réinjecter au démarrage. Aujourd’hui, les progrès technologiques permettent de réaliser cette idée.

les freins, ça chauffe… "Some Damage 350/365" par attila acs sur flickr

L’énergie cinétique d’une voiture est étonnamment faible : lorsqu’une voiture de 1300 kg roule à 50 km/h , elle ne vaut que 130 , soit 36 seulement en unités électriques, l’équivalent de la charge d’une batterie de laptop. Le problème est que cette énergie est libérée dans les quelques secondes que dure un freinage, donc la puissance à absorber est relativement élevée.

Dans notre exemple, en supposant un freinage bien doux de 5 secondes, il faudrait une batterie capable d’absorber 26 kW. C’est justement le maximum de la batterie de la , dont la capacité est de 1.5 kWh, soit 42x plus grosse (et lourde) que ce qui serait nécessaire pour le SREC. On peut aussi imaginer utiliser des , capables de se charger très vite, mais il en faudrait beaucoup pour stocker les 36 Wh*. Actuellement, les SREC électriques sont donc limités à une utilisation “conduite tranquille en ville” et ne se justifient que sur des véhicules déjà munis d’une grosse batterie.

Volvo vient d’annoncer , une alternative purement mécanique basée sur un volant d’inertie de 6 kg, mesurant 20 cm de diamètre et tournant jusqu’à 60 000 tours par minute sous vide. Après un petit calcul, on trouve que ce cylindre peut stocker 1.2 megajoules au moins**, ce qui permet d’absorber l’énergie cinétique d’une voiture de 2 tonnes roulant à 90 km/h. Au démarrage, le système peut restituer 80 chevaux de puissance, soit 60 kW pendant 20 secondes, assez pour réduire la consommation d’essence de 20% selon Volvo. De plus, le “flywheel KERS” de Volvo se monte sur l’essieu arrière d’une traction avant et est donc totalement indépendant du bloc moteur :

Encore plus que le volant d’inertie, l’élément clé du système est le “CVT module”, un couplant le volant d’inertie à l’essieu arrière par un rapport de transmission variable, commandé électroniquement en fonction des vitesses des deux éléments et des actions sur les pédales de frein et de gaz. Selon certaines sources, ce serait l’entreprise qui produirait le CVT du système Volvo après avoir collaboré à des projets KERS pour la F1

En effet, la Formule 1 autorise les KERS depuis 2009 , , mais avec des limitations bizarres comme de n’en tirer que 400 kilojoules par tour de circuit alors qu’un seul freinage de 300 km/h à 100 km/h pour un bolide de 700 kg dégage plus de 4 megajoules. De plus la puissance de restitution du KERS est limitée à 60 kW comme dans la Volvo de demain… En 2009, les écuries ont développé, testé et parfois utilisé en course divers systèmes électriques ou à volant d’inertie, mais aussi pneumatiques ou hydrauliques. En 2010, elles y ont toutes renoncé, et en 2011 la situation n’est pas claire… Dommage que la F1 soit si réglementée, peut-être qu’un peu de liberté dans la conception des KERS pourrait véritablement changer l’automobile de demain.

Notes:

* KTM a utilisé des supercaps sur une moto GP de 125cm³ en 2009

** : j’ai fait l’hypothèse d’un cylindre plein, alors que les ingénieurs de Volvo ont certainement réparti la masse le plus possible sur l’extérieur du cylindre, donc je parierais plutôt pour 2 MJ voire plus.

Références

Rémy Devaureix “ ” 30 mai 2011, sur AutoBuzz.com
2 juin 2011 sur actinnovation.com
Paul Evans “ ” 26 mars 2009 sur gizmag.com
24 mars 2011 sur sportauto.fr
4 février 2009 sur crash.net

Et un ordinateur quantique, un !

Thu, 19 May 2011 00:00:00 +0000

Et en plus il a de la gueule. Enfin, autant qu’une boite noire éclairée par des LED bleues…

La vague idée de l’ est née dans les années 1970 à l’image d’une boutade de Richard Feynman:

“Nature is not classic, dammit, and if you want to make a simulation of nature you’d better make it quantum mechanical and by golly it is a wonderful problem.”

Ca paraissait être de la science-fiction pendant quelques décennies et voilà c’est fait : après quelques et un partenariat avec Google, l’entreprise canadienne le premier ordinateur quantique !

Le D-Wave One est doté d’un processeur à 128 “ ” baptisé “Rainier”, spécialisé dans la résolution de problèmes d’ discrète, une classe de problèmes “NP” (Non Polynomial), dont la résolution est très lente voire impossible sur un ordinateur classique.

“Rainier” n’a pas grand chose à voir avec la puce de nos PC : il utilise des supraconductrices pour générer les qubits et exploite le pour accéder à leur état. Les qubits effectuent ensuite l’optimisation par une méthode de “ ”. Toutes ces notions sont bien éloignées du pain quotidien des informaticiens d’aujourd’hui…. D’ailleurs un ordinateur quantique ne se “programme” pas réellement, il doit plutôt être configuré pour résoudre un problème donné, un peu à la manière des bons vieux .

Vue de "Rainier", le processeur du D-Wave One

Avec un prix catalogue de 10 millions de dollars, le D-Wave One s’adresse aux entreprises ayant un problème très particulier à résoudre. Tellement particulier qu’un ordinateur à 10 millions de dollars n’y parvient pas. J’aurais tendance à dire que le marché me semble limité, mais je m’en voudrais de répéter une erreur célèbre:

“Je pense qu’il y a un marché mondial pour quelque chose comme 5 ordinateurs.” (Thomas Watson, président d’IBM, 1943)

(Edit du 28.9.2012 suite au commentaire de Manu : cette phrase n’est )

Références:

M. W. Johnson et al “ ”, 2011, Nature R. 473, pp 194–198
Newns & Tsuei, “ ”, 2002, United States Patent 6495854
" " sur “ ”, le blog de D-Wave
“Catching quantum mechanics in the act…” sur “ ”, le blog de D-Wave
Hartmut Neven, “ ”, 2009, Google Research Blog
page “ ” sur Wikipedia
" " sur The Stony Brook Algorithm Repository

Il y a plein de place en bas

Thu, 11 Jun 2009 00:00:00 +0000

tentative de modélisation de la pensée de Feynman

Traduction de la présentation que a donné le 29 décembre 1959 à la réunion annuelle de l’American Physical Society à (Caltech). Intitulé “ ”, ce discours visionnaire pose les bases de la course à la miniaturisation qui nous fournit chaque année des ordinateurs et autres gadgets plus puissants, plus fiables et moins chers, et qui nous amène vers les .

Traduit par Philippe Guglielmetti ( ) et Maxence Dolle* en 2009

Introduction

J’imagine que beaucoup de physiciens expérimentateurs doivent envier les hommes comme Kamerlingh Onnes, qui a découvert un domaine sans fond comme la basse température, dans lequel on peut creuser indéfiniment. Un tel homme est un chef de file et a un quasi monopole, temporaire, dans une aventure scientifique. Percy Bridgman, en concevant un moyen d’obtenir des pressions supérieures, a aussi ouvert un nouveau domaine pour lui et pour nous. La technique du vide de plus en plus poussé est un développement continu de même nature.

Je voudrais décrire un domaine dans lequel peu a été fait, mais où d’énormes progrès peuvent en principe être fait. Ce domaine n’est pas tout à fait de la même nature que les autres dans la mesure où il nous apporte pas beaucoup sur la physique fondamentale (“Quelles sont les particules étranges?’’), mais il concerne plus l’état solide de la matière, et pourrait nous dire beaucoup de choses très intéressantes sur les phénomènes étranges qui se produisent dans des situations complexes. En outre, le point le plus important, c’est qu’il aurait un très grand nombre d’applications techniques.

Ce dont je veux parler est le problème de la manipulation et le contrôle des choses à très petite échelle.

Dès que je mentionne cela, les gens me parlent de la miniaturisation, et dans quelle mesure elle a déjà progressé aujourd’hui. Ils me parlent de moteurs électriques de la taille de l’ongle de votre petit doigt. Et il y a un appareil sur le marché, me disent-ils, avec lequel vous pouvez écrire la prière du Seigneur sur la tête d’une épingle. Mais ceci n’est rien, ce n’est que le premier arrêt dans la direction dont je veux parler. Le monde qui est en dessous est incroyablement petit. En l’an 2000, date à laquelle ils auront du recul sur notre époque, ils se demanderont pourquoi il a fallu attendre 1960 pour que le monde commence sérieusement à aller dans cette direction.

Pourquoi ne pourrions-nous pas écrire l’ensemble de 24 volumes de l’Encyclopedia Brittanica sur une tête d’épingle?

Voyons ce qui serait en cause. Une tête d’épingle a un diamètre de un seizième de pouce. Si vous agrandissez son diamètre d’un facteur 25'000, la surface de la tête est alors égale à la surface de toutes les pages de l’encyclopédie Brittanica. Par conséquent, tout ce qu’il serait nécessaire de faire serait de réduire la taille tous les textes de l’encyclopédie 25000 fois. Est-ce possible? Le pouvoir de résolution de l’œil est d’environ 1 / 120 de pouce, ce qui est à peu près le diamètre d’un des petits points sur la trame des illustrations en noir/blanc de l’Encyclopédie. Ceci, lorsque vous le réduisez 25'000 fois, a encore un diamètre de 80 angströms, soit 32 atomes d’un métal ordinaire. En d’autres termes, un de ces points couvrirait encore environ 1000 atomes. Ainsi, chaque point peut être réduit à cette taille comme l’exige la photogravure, et il ne fait aucun doute qu’il y a assez de place sur la tête d’une épingle pour contenir toute l’Encyclopédie Brittanica.

En outre, si on peut l’écrire ainsi, elle pourra être lue. Imaginons qu’on écrive les lettre de métal en relief, en embossant le noir et les lettres réduites à 1 / 25'000ème de leur taille ordinaire. Comment pourrions-nous lire?

Si nous avions quelque chose d’écrit ainsi, nous pourrions le lire à l’aide des techniques couramment utilisées aujourd’hui. (Il y aura sans doute de meilleures façons une fois que nous serons capables de l’écrire, mais pour rendre mon argument convaincant, je ne vais utiliser que des techniques connues aujourd’hui.) Nous presserions contre le métal un matériau plastique afin d’en faire un moule, puis pèlerions le plastique très délicatement et évaporerions de la silice dans le plastique pour obtenir un film très mince, puis masquerions par évaporation de l’or contre la silice de sorte que toutes les petites lettres apparaîtraient clairement, et nous pourrions les lire avec un microscope électronique une fois le plastique dissout!

Il ne fait aucun doute que si le texte était réduit 25'000 fois sous forme de lettres gravées sur l’épingle, il serait facile pour nous de le lire aujourd’hui. De plus, il ne fait aucun doute que nous trouverons un moyen facile de faire des copies de l’original; nous suffirait d’appuyer sur la même surface de métal à nouveau du plastique et nous aurions une autre copie.

Comment peut-on écrire petit?

La question suivante est: Comment pouvons-nous écrire? Nous n’avons pas de moyen technique pour le faire maintenant. Mais permettez-moi de soutenir que ce n’est pas aussi difficile que ça semble l’être.Nous pouvons inverser les lentilles du microscope électronique afin de réduire plutôt que grossir. Une source d’ions traversant les objectifs du microscope en marche arrière pourrait être focalisée sur une très petite surface.Nous pourrions écrire à cet endroit comme nous écrivons sur l’écran d’une TV à rayons cathodiques, ligne par ligne, en ajustant la quantité de matière qui va être déposée pendant que nous balayons les lignes.

Cette méthode pourrait être très lente en raison des limites de charge de l’espace. Il y aurait des méthodes plus rapides.Nous pourrions peut-être en premier lieu faire par technique photographique un écran avec des trous ayant la forme des lettres. Ensuite, nous pourrions créer un arc derrière les trous et tirer des ions métalliques à travers les trous, en utilisant à nouveau notre système de lentilles pour focaliser les ions, ce qui créerait le dépôt de métal sur la broche.

Il y aurait peut être même un moyen plus simple que cela (même si je ne suis pas sûr que cela fonctionnerait): Prenons de la lumière et, à travers un microscope optique fonctionnant à l’envers, nous la concentrons sur un très petit écran photoélectrique. Donc des électrons sortent de l’écran où la lumière brille. Ces électrons sont concentrés à la bonne taille par le microscope électronique et éroderaient directement la surface du métal. Est-ce qu’un tel faisceau enlèverait du métal assez vite?Je ne sais pas. Si cela ne marche pas pour une surface métallique, il doit être possible de trouver une surface avec laquelle recouvrir les épingles qui, une fois bombardée par les électrons, est modifiée d’une façon que l’on pourrait reconnaître plus tard.

Il n’y a pas de problème d’intensité avec ces dispositifs, rien de ce que vous connaissez avec le grossissement, où vous devez prendre un peu d’électrons pour les diffuser sur une plus grand écran, c’est tout le contraire. La lumière obtenue d’une page est concentrée sur une très petite zone, où elle est très intense. Les quelques électrons qui proviennent de l’écran photoélectrique sont réduits sur une très petite zone de sorte que, là encore, ils sont très intenses. Je ne sais pas pourquoi cela n’a pas encore été fait!

Voilà pour l’encyclopédie Brittanica sur la tête d’une épingle, mais nous allons maintenant examiner tous les livres du monde. La Bibliothèque du Congrès possède environ 9 millions de volumes, la bibliothèque du British Museum a 5 millions de volumes, il y a aussi 5 millions de volumes de la Bibliothèque nationale de France. Il ne fait aucun doute qu’il y a des doublons, mais disons qu’il y a quelque 24 millions de volumes intéressants dans le monde.

Que se passerait-il si je les imprimais tous à l’échelle dont nous avons discuté?Combien de place cela prendrait-il ?Il faudrait, bien sûr, la superficie d’environ un million de têtes d’épingle parce que, au lieu d’avoir juste les 24 volumes de l’Encyclopédie, il y a 24 millions de volumes. Le million de têtes d’épingle peut être mis dans un carré d’un millier d’épingles de côté, soit environ 3 mètres carrés. Ca signifie que la réplique en silicium avec la feuille de plastique mince utilisé pour effectuer les copies, avec l’ensemble de ces informations totalise une superficie d’environ 35 pages de l’Encyclopédie. C’est environ la moitié du nombre de pages de ce magazine. Toutes les informations que l’humanité tout entière a enregistré dans les livres peuvent être transportés dans une brochure tenant dans votre main, et pas seulement le texte, mais aussi la reproduction des photos, gravures, et tout le reste à une petite échelle sans perte de résolution.

Que dirait notre bibliothécaire à Caltech, si je lui disais que dans dix ans à compter de maintenant toutes les informations dont elle a la charge, soit 120'000 volumes empilés du sol au plafond, les tiroirs plein de cartes, les locaux d’entreposage pleins d’anciens livres pourront être conservées sur une seule carte de bibliothèque! Si l’Université du Brésil, par exemple, constate que sa bibliothèque a brûlé, nous pourrions lui envoyer un exemplaire de chaque livre de notre bibliothèque en gravant une copie de notre plaque en quelques heures et en l’envoyant dans une enveloppe pas plus grosse ni plus lourde qu’une lettre ordinaire de poste aérienne.

Mais le nom de cet exposé est “Il y a beaucoup de place en bas”, pas seulement “il y a de la place à la bas”. Ce que j’ai démontré est qu’il est possible que nous puissions réduire la taille de choses d’une manière pratique. Je vais maintenant montrer qu’il y a beaucoup de place. Je ne vais pas discuter maintenant comment nous allons le faire, mais seulement ce qui est possible en principe, en d’autres termes ce qui est possible selon les lois de la physique. Je ne suis pas en train d’inventer l’anti-gravité, ce qui ne sera possible un jour que si les lois ne sont pas ce que nous pensons. Je vous le dis ce qui pourrait être fait si les lois sont ce que nous pensons, nous ne le faisons pas déjà simplement parce que nous n’avons pas encore trouvé comment le faire.

L’information à petite échelle

Supposons que, au lieu d’essayer de reproduire les photos et toutes les informations directement dans leur forme actuelle, nous écrivons seulement le contenu de l’information dans un code de points et de tirets, ou quelque chose comme ça, qui représentent les diverses lettres. Chaque lettre représente six ou sept “bits” d’information, c’est-à-dire que vous n’avez besoin que d’environ six ou sept points ou des tirets pour chaque lettre. Maintenant, au lieu d’écrire tout sur la surface de la tête d’une épingle comme je l’ai fait auparavant, je vais aussi utiliser l’intérieur du matériau.

Représentons un point par une petite tache de métal, le prochain point par une autre tache de métal, et ainsi de suite. Supposons, pour être large, qu’un bit d’information nécessite un petit cube d’atomes 5 fois 5 fois 5, soit 125 atomes.Nous avons probablement besoin d’une centaine d’atomes pour faire en sorte que l’information ne soit pas perdue par diffusion ou par tout autre effet.

J’ai estimé combien de lettres il y a dans l’Encyclopédie, et j’ai supposé que chacun des 24 millions de livres est gros comme un volume d’encyclopédie volume, et j’ai calculé combien de bits d’information y sont stockés : 10^15.Pour chaque bit je consacre 100 atomes. Il s’avère que toutes les informations que l’homme a soigneusement accumulé dans tous les livres dans le monde peut tenir sous cette forme dans un cube de 0.127 mm de côté, soit le plus fin morceau de poussière visible à l’oeil humain. Donc, il y a beaucoup de place en bas! Et ne me parlez pas des microfilms!

Ce fait, que d’énormes quantités d’information peuvent être transportées dans un très petit espace, est bien sur connu des biologistes et résout le mystère qui existait avant que nous comprenions tout clairement, à savoir la manière dont toutes les informations sur l’organisation d’une créature aussi complexe que nous puisse être stockées dans une minuscule cellule. Toutes ces informations, si nous avons les yeux bruns, ou si nous pouvons penser, ou que dans l’embryon le maxillaire devrait d’abord développer avec un petit trou sur le côté afin que plus tard, un nerf puisse se développer à travers lui, toutes ces informations figurent dans une très infime partie de la cellule sous la forme d’une longue chaîne de molécules d’ADN dans laquelle environ 50 atomes de la cellule sont utilisés pour un bit d’information.

De meilleurs microscopes électroniques

Si j’avais un code écrit avec 5x5x5 atomes par bit, comment pourrais-je le lire aujourd’hui?Le microscope électronique n’est pas tout à fait assez bon : avec beaucoup de soin et d’effort, il n’a qu’une résolution d’environ 10 angströms. Je voudrais essayer de vous convaincre de l’importance d’améliorer le microscope électronique par un facteur cent. Ce n’est pas impossible : ce n’est pas contraire aux lois de la diffraction de l’électron. La longueur d’onde de l’électron dans un tel microscope est de seulement 1/20 d’angström. Donc, il devrait être possible de voir les atomes. Mais à quoi bon voir distinctement des atomes individuellement?

Nous avons des amis dans d’autres domaines, en biologie, par exemple.Nous les physiciens, nous les regardons souvent en disant “vous savez pourquoi vos chercheurs font si peu de progrès?"(En fait je ne connais pas d’autre domaine où les progrès sont plus rapides qu’en biologie aujourd’hui).“Vous devriez utiliser plus les mathématiques, comme nous le faisons.“Ils pourraient nous répondre, mais ils sont polis, donc je vais répondre pour eux: “Ce que vous devriez faire pour que nous puissions faire des progrès plus rapides, c’est un microscope électronique 100 fois meilleur.”

Quels sont les problèmes les plus centraux et fondamentaux de la biologie aujourd’hui?Ce sont des questions telles que: qu’est-ce que la séquence de bases dans l’ADN?Que se passe-t-il lors d’une mutation?Comment l’ordre des bases dans l’ADN est-il lié à l’ordre des acides aminés dans les protéines? Quelle est la structure de l’ARN, est-ce une chaîne unique ou double, et comment est-il lié à l’ordre des bases de l’ADN?Quelle est l’organisation des microsomes? Comment sont synthétisées les protéines ?Où va l’ARN ? Où réside-t-il ?Où résident les protéines? Où interviennent les acides aminés? Dans la photosynthèse, où est la chlorophylle, comment est-elle organisée, les caroténoïdes sont-ils impliqués dans ce processus? Quel est le mécanisme de la conversion de la lumière en énergie chimique?

Il est très facile de répondre à bon nombre de ces questions biologiques fondamentales : il suffit regarder la chose! Vous verrez l’ordre de bases de la chaîne, vous verrez la structure des microsomes. Malheureusement, le microscope actuel voit à une échelle qui est juste un peu trop grossière.Faites un microscope une centaine de fois plus puissant, et de nombreux problèmes de la biologie seraient beaucoup plus faciles. J’exagère, bien sûr, mais les biologistes vous seraient certainement très reconnaissants et vous pardonneraient la critique selon laquelle ils doivent avoir recours à plus de mathématiques.

La théorie des processus chimiques d’aujourd’hui est basée sur la physique théorique. En ce sens, la physique fournit la base de la chimie. Mais la chimie a également l’analyse. Si vous avez une substance étrange et vous voulez savoir ce que c’est, vous passez par le processus long et complexe de l’analyse chimique.Vous pouvez analyser presque tout aujourd’hui, je suis donc un peu en retard avec mon idée. Mais si les physiciens voulaient, ils pourraient également creuser le problème de l’analyse chimique. Il serait très facile de faire une analyse de toute substance chimique complexe, tout ce qu’il y aurait à faire serait de la regarder et de voir où sont les atomes. Le seul problème est que le microscope électronique est une centaine de fois trop mauvais. (Plus tard, je demanderai : qu’est-ce que les physiciens peuvent au sujet du troisième problème de la chimie, à savoir la synthèse?) Y’a-t-il un moyen physique de synthétiser n’importe quelle substance chimique?

La raison pour laquelle le microscope électronique est si mauvais, c’est que la focale (f-value?) des lentilles n’est que de 1/1000. Vous n’avez pas une assez grande ouverture numérique. Et je sais qu’il ya des théorèmes qui prouvent qu’il est impossible, avec des lentilles a symétrie axiale à champ stationnaire, de produire une valeur f plus grande que tant, et donc que le pouvoir de résolution à l’heure actuelle est à son maximum théorique. Mais dans tous les théorème existent des hypothèses.Pourquoi le champ doit être symétrique?Je pose ceci comme un défi: n’existe-t-il aucun moyen de rendre le microscope électronique plus puissant?

Le merveilleux système biologique

L’exemple biologique de l’écriture d’information informations à petite échelle m’a incité à penser à quelque chose qui devrait être possible. La biologie ne consiste pas simplement à écrire des informations, c’est faire quelque chose avec. Un système biologique peut être extrêmement petit.Bon nombre des cellules sont très petites, mais très actives, elles fabriquent des substances diverses, elles se promènent, se tortillent, et font toutes sortes de choses merveilleuses, tout ceci à une très petite échelle. En outre, elles stockent de l’information. Envisagez la possibilité que nous puissions également faire des chose très petites qui feraient ce que nous voulons, imaginez que l’on puisse fabriquer un objet qui manœuvre à cette échelle!

Il y aurait peut-être même un intérêt économique de faire des choses très petites. Permettez-moi de vous rappeler quelques-uns des problèmes des machines à calculer. Dans les ordinateurs, nous devons stocker une énorme quantité d’informations. Le type d’écriture que j’ai mentionné précédemment, dans lequel tout serait gravé dans le métal, est permanente. Mais pour les ordinateurs il est beaucoup plus intéressant de pouvoir écrire, effacer et écrire autre chose. (C’est d’ailleurs parce que nous ne voulons pas gaspiller les éléments sur lesquels nous venons d’écrire.Pourtant, si nous pouvions écrire dans un très petit espace, cela ne ferait aucune différence, il pourrait simplement être jeté après avoir été lu, car le matériel ne couterait presque rien.)

Miniaturiser l’ordinateur

Je ne sais pas comment les rendre petites en pratique, mais je sais que les machines informatiques sont trop grandes, elles remplissent des pièces.Pourquoi ne pouvons-nous pas les rendre très petites, avec de petits fils et de petits composants, et par petits, je veux dire vraiment petits ? Par exemple, les fils devrait avoir 10 ou 100 atomes de diamètre, et les circuits ne devraient avoir que quelques milliers d’angströms. Tous ceux qui ont analysé la théorie logique des ordinateurs parvient à la conclusion que les possibilités des ordinateurs seraient très intéressants, s’ils pouvaient être rendus moins complexes de plusieurs ordres de grandeur. S’ils avaient des millions de fois plus d’éléments, ils pourraient émettre des jugements. Ils auraient le temps de calculer le meilleur moyen de faire le calcul qu’ils sont sur le point de faire. Ils pourraient choisir la méthode d’analyse qui, par leur expérience, serait meilleure que celle que nous leur fournirions. Et ils auraient plusieurs nouvelles caractéristiques qualitatives.

Si je regarde votre visage, je sais immédiatement que je l’ai vu avant. (En fait, mes amis vont dire que j’ai choisi un exemple malheureux pour illustrer ce sujet. Mais au moins, je reconnais que c’est un homme et pas une pomme.)Pourtant, il n’existe pas de machine qui puisse aussi vite prendre une image d’un visage et dire qu’elle représente un homme, et encore moins que c’est le même homme que sur une précédente photo, à moins que ce ne soit exactement la même image. Si le visage est changé, si j’en suis plus proche, ou plus loin, si la lumière n’est pas la même, je le reconnais quand même. Mais ce petit ordinateur que je porte dans ma tête est capable de le faire facilement. Les ordinateurs que nous construisons ne sont pas en mesure de le faire. Le nombre d’éléments dans ma boîte osseuse est énormément plus élevé que le nombre d’éléments dans notre plus “merveilleux” ordinateur. Mais nos ordinateurs mécaniques sont trop gros; alors que les éléments dans cette boite sont microscopiques. Je veux en faire qui soient sub-microscopiques.

Si nous voulions faire un ordinateur ayant tous ces merveilleuses capacités supplémentaires, il devrait avoir, peut-être, la taille du Pentagone. Ceci a plusieurs inconvénients. Tout d’abord, il faut trop de matériel: il n’y a pas assez de germanium dans le monde pour tous les transistors qui doivent être mis dans cette énorme chose. Il y a aussi le problème de la production de chaleur et de la consommation d’énergie; la TVA# serait nécessaire pour faire tourner l’ordinateur. Mais une difficulté plus importante est que l’ordinateur serait limité à une certaine vitesse. En raison de sa grande taille, il faut un certain temps pour transférer l’information d’un endroit à l’autre. L’information ne peut pas aller plus vite que la vitesse de la lumière, donc si, nous voulons obtenir des ordinateurs de plus en plus rapides et de plus en plus élaborés, nous aurons à les rendre de plus en plus petits. Mais il y a beaucoup de place pour les rendre plus petits. Il n’y a rien que je puisse voir dans les lois physiques qui dise que les composants des ordinateurs ne peuvent pas être considérablement plus petits qu’ils ne le sont maintenant. En fait, il y aurait même des avantages.

La miniaturisation par évaporation

Comment pouvons-nous réaliser un tel dispositif? Quel genre de procédés de fabrication utiliserions-nous?Une possibilité que nous pourrions envisager, puisque nous avons parlé d’écrire en positionnant des atomes dans un certain arrangement, serait de faire évaporer le matériau, puis de faire évaporer l’isolant à côté. Ensuite, pour la couche suivante, faire évaporer une autre position du fil, un autre isolant, et ainsi de suite. Ainsi, il vous suffit de faire évaporer jusqu’à ce que vous ayez un bloc de choses qui contienne les éléments - bobines et condensateurs, transistors et ainsi de suite - de dimensions extrêmement fines.

Mais je voudrais examiner, juste pour le divertissement, les autres possibilités.Pourquoi ne pouvons-nous pas fabriquer ces petits ordinateurs un peu comme nous fabriquons les plus gros?Pourquoi ne pouvons-nous pas percer des trous, couper, souder, ou emboutir des choses, modeler différentes formes à un niveau infinitésimal?Quelles sont les limites quant à la façon dont une chose doit être petite avant que vous ne puissiez plus la modeler?Combien de fois lorsque vous travaillez sur quelque chose de frustrant car très petit comme la montre-bracelet de votre femme, avez-vous dit à vous-même, “Si seulement je pouvais dresser une fourmi pour faire ça !”. Ce que je voudrais proposer est la possibilité de former une fourmi pour qu’elle forme un acarien qui fasse cela. Quelles sont les possibilités des machines petites mais mobiles? Elles pourraient être utiles ou non, mais elles seraient certainement plaisantes à réaliser.

Pensez à n’importe quelle machine - par exemple, une automobile - et renseignez vous quant aux problèmes de réalisation d’une telle machine infinitésimale. Supposons, en particulier dans la conception d’une automobile, que nous ayons besoin d’une certaine précision des parties; nous avons besoin d’une précision, disons, de 10 microns. Si les choses sont plus imprécises que cela, tolérances cylindriques etc. , ça ne marchera pas très bien. Si je fais quelque chose de trop petit, je dois m’inquiéter de la taille des atomes; je ne peux pas réaliser un cercle de “balles” pour ainsi dire, si le cercle est trop petit. Donc, si je fais une erreur, correspondant à 10 microns, soit une erreur de 10 atomes, il vient que je peux réduire les dimensions d’une automobile 4.000 fois, approximativement, afin qu’elle fasse 1mm.Évidemment, si vous reconcevez la voiture afin qu’elle marche avec une tolérance plus grande, ce qui n’est pas complètement impossible, alors vous pouvez en réaliser une encore plus petite.

Il est intéressant d’examiner quels sont les problèmes de telles petites machines.Premièrement, avec des contraintes sur les pièces proportionnelles, les forces diminuent d’autant que vous réduisez la surface, de sorte que les choses comme le poids et l’inertie sont relativement sans importance. En d’autres termes, la résistance du matériau est proportionnellement beaucoup plus grande. Les contraintes et la déformation du volant dûs à la force centrifuge, par exemple, seront dans les mêmes proportions seulement si la vitesse de rotation est augmentée dans la même proportion que la diminution de taille. D’un autre côté, les métaux que nous utilisons ont une structure en grain, et cela serait très ennuyeux à petite échelle car le matériau n’est pas homogène. Les plastiques, le verre et les choses de nature amorphe sont beaucoup plus homogènes, et donc nous pourrions avoir à réaliser nos machines avec de tels matériaux. Il y a des problèmes relatifs à la partie électrique du système avec les fils en cuivre et les parties magnétiques. Les propriétés magnétiques à très petite échelle ne sont pas les mêmes qu’à grande échelle; il y a le problème des “domaines” qui serait en cause. Un gros aimant constitué de millions de champs ne peut être fait à petite échelle qu’avec seulement un champ. L’équipement électrique ne sera pas simplement réduit; il doit être repensé. Mais je ne vois aucune raison pour laquelle il ne peut pas être reconçu pour fonctionner à nouveau.

Les problèmes de lubrification

La lubrification soulève quelques points intéressants. La viscosité réelle de l’huile devrait être proportionnellement de plus en plus grande lorsque nous descendons vers le petit. (et si nous augmentons la vitesse autant que possible). Si nous n’augmentons pas autant la vitesse, et que nous passons de l’huile au kérosène, ou à quelque autre fluide, le problème est moindre. Mais en fait, nous pourrions ne pas avoir pas à lubrifier du tout!Nous avons beaucoup de force en réserve. Laissons les roulements tourner à sec; ils ne chaufferont pas parce que la chaleur s’échappe très, très rapidement d’un tel petit système. Cette perte rapide de chaleur devrait empêcher l’essence d’exploser, donc un moteur à combustion interne est impossible. D’autres réactions chimiques, libérant de l’énergie à froid, peuvent être utilisées. Un générateur électrique externe serait probablement plus approprié pour de telles petites machines.

Quelle serait l’utilité de ces machines? Qui sait? Bien sûr, une petite automobile ne serait utile qu’aux mites pour conduire dans leur coin, et je suppose que nos motivations chrétiennes ne vont pas aussi loin. Cependant, nous avons noté la possibilité de fabriquer de petits éléments d’ordinateurs dans les usines complètement automatiques, qui contiennent des tours et autres machines-outils à très petite échelle. Le tour miniature n’aurait pas à être exactement comme nos gros tours. Je vous laisse imaginer l’amélioration de la conception à fin de tirer pleinement avantage des propriétés des choses à petite échelle, et de telle manière que l’aspect entièrement automatisé serait plus facile à gérer.

Un de mes amis (Albert R. Hibbs) suggère une possibilité très intéressante pour les machines relativement petites. Il a dit que, bien qu’il s’agissait d’une idée extrême, il serait intéressant en chirurgie d’avaler le chirurgien. Introduisez le chirurgien mécanique dans un vaisseau sanguin, et il ira dans le cœur pour “regarder” autour. (Bien sûr, l’information doit être récupérée.) Il trouve quelle valvule est défectueuse, prend un petit couteau et la tranche. D’autres petites machines pourrait être incorporées de façon permanente dans le corps pour assister un organe fonctionnant inadéquatement.

Maintenant vient la question intéressante : Comment réalise-on un si petit mécanisme?Je vous laisse l’imaginer. Cependant, permettez moi de suggérer une possibilité singulière. Vous savez que dans les centrales nucléaires ils ont des machines et du matériel qu’ils ne peuvent contrôler directement car ils sont devenus radioactifs.Pour dévisser des écrous et mettre des boulons, et ainsi de suite, ils ont un ensemble de mains maîtres et esclaves, de telle sorte qu’en opérant sur un jeu de leviers, vous contrôlez ces “mains”, et pouvez les utiliser de telle manière que vous puissiez gérer les choses correctement.

La plupart de ces machines sont en fait réalisées plutôt facilement, dans la mesure où il y a un câble particulier, comme une ficelle de marionnette, qui va directement des contrôles aux “mains”. Mais, bien sûr, de telles choses ont également été réalisées en utilisant des servomoteurs, de sorte que la connexion entre un élément et l’autre soit électrique plutôt que mécanique. Lorsque vous manipulez les leviers, ceux-ci activent un servomoteur, et cela change les courants électriques dans les câbles, ce qui repositionne un moteur à l’autre bout.

Maintenant, je veux construire à peu près le même dispositif -un système maître-esclave fonctionnant électriquement. Mais je veux que les esclaves soient réalisés soigneusement par des machinistes modernes à grande échelle, de sorte qu’ils soient à l’échelle un quart des “mains” que l’on manœuvre ordinairement.Vous avez donc un système par lequel vous pouvez faire faire des choses à une échelle un quart : les petits servomoteurs avec leurs petites mains dirigent de petits écrous et de petits boulons, ils percent de petits trous, ils sont un quart de fois plus petit. Aha! J’ai donc construit un tour à la taille un quart. Je construis des outils à l’échelle un quart; et je peux ainsi réaliser un autre jeu de mains é l’échelle relative d’un quart! Celui-ci a un seizième de la taille, depuis mon point de vue. Et après avoir fini de faire cela, je connecte directement mon système à grande échelle, peut-être par le biais de transformateurs, aux servomoteurs à l’échelle un seizième. Ainsi, je peux maintenant manipuler les mains à l’échelle un seizième.

Bien, vous avez là le principe. C’est un programme plutôt difficile, mais c’est une possibilité.Vous pourriez dire que l’on peut aller beaucoup plus loin avec une seule étape que de un à quatre.Bien sûr, tout cela doit être conçu très soigneusement et il n’est pas forcément nécessaire de faire cela simplement comme des mains. Si vous réfléchissiez à cela très sérieusement, vous devriez probablement arriver à un bien meilleur système pour faire de telle choses.

Si vous travaillez avec un pantographe, même aujourd’hui, vous pouvez obtenir beaucoup plus qu’un facteur quatre dans une seule étape. Mais vous ne pouvez travailler directement via un pantographe qui réalise un pantographe plus petit, qui alors en réalise un plus petit, à cause du jeu causé par les trous et les irrégularités de construction. Au final, le pantographe oscillera avec une irrégularité relativement plus grande que l’irrégularité avec laquelle vous déplacez vos mains. En descendant vers le petit, j’aurais le pantographe du pantographe du pantographe remuant tant et tant qu’il ne serait pas possible de faire quoi que ce soit de précis avec.

A chaque étape, il est nécessaire d’améliorer la précision de l’appareil. Si, par exemple, ayant fait un tour miniature avec un pantographe, on voit que sa mèche est irrégulière -plus irrégulière que celle à large échelle- on pourrait faire chevaucher la mèche contre des écrous cassables pour lesquels vous pouvez inverser la procédure habituelle, jusqu’à ce que la mèche soit, a son échelle, aussi précise que notre mèche de départ, à notre échelle.

Nous pouvons faire des replats en frottant trois surfaces non planes ensemble -en trois paires- et le replat deviendrait alors plus plat que ceux dont vous êtes parti. Ainsi, il n’est pas impossible d’améliorer la précision à petite échelle à l’aide d’opérations adéquates. Donc, lorsque nous avons construit cela, il est nécessaire d’améliorer la précision de l’équipement en travaillant quelque temps dessus, en réalisant des mèches précises, des “blocs de Johansen”#, et tous les autres matériaux que l’on utilise dans le travail de machines précises de haut de gamme.Nous devons nous arrêter à chaque niveau et fabriquer tout ce qu’il faut pour passer au niveau d’après; un programme très long et très difficile.Peut-être pouvez vous imaginer une meilleure façon pour aller vers le bas plus rapidement.

Pourtant, après cela, vous avez un bébé tour quatre cent fois plus petit qu’habituellement. Mais nous étions en train de penser à la conception d’un ordinateur énorme, que nous allions construire en perçant des trous avec ce tour pour faire de petites rondelles pour l’ordinateur. Combien de rondelles peut on fabriquer avec ce tour?

Une centaine de petites mains

Au lieu de construire mon premier jeu de “mains” esclaves à l’échelle un quart, j’en fais 10. Je construis dix jeux de “mains”, et je les connecte à mes leviers de départ de afin qu’elles fassent exactement la même chose au même moment, en parallèle. Maintenant, lorsque je construis mes nouveaux systèmes d’un quart d’échelle plus petits, je laisse chacun en fabriquer dix copies, de sorte que j’aurais une centaine de mains à la taille un seizième.

Où vais-je mettre le millions de tours que je j’obtiendrai?Mais pourquoi cette question, il n’y a aucun problème : le volume total est beaucoup plus petit que celui du tour à pleine échelle.Par exemple, si je fais un milliard de petits tours, chacun à la taille 1/4000 d’un tour normal, il y reste beaucoup de matière et d’espace disponible, car dans le milliard de petits tours, il y a moins de 2 pour cent de la matière d’un gros tour.

Cela ne coûte rien en matériaux, voyez-vous. Donc je veux construire un milliard de petites usines, modèles les unes des autres, qui sont en train de produire simultanément, perçant des trous, poinçonnant des parties, et ainsi de suite.

En allant vers le petit, il y a de nombreux problèmes intéressants qui surviennent. Tout n’est pas simplement réduit de façon proportionnelle. Un problème est que les matériaux vont coller ensemble, par l’attraction moléculaire (de Van der Waals). Ainsi, après que vous ayez réalisé une pièce et que vous dévissez le boulon d’un écrou, il ne tombera pas parce que la gravité est négligeable; il sera même difficile de l’écarter de l’écrou. Ce sera comme dans ces vieux films, avec un homme avec les mains pleines de mélasse, essayant se débarrasser d’un verre d’eau. Il y aura plusieurs problèmes de ce genre que nous devons être prêts à résoudre.

Réarranger les atomes

Mais je n’ai pas peur d’attaquer la dernière question, qui est de savoir si en fin de compte, dans un futur lointain, on pourra réarranger les atomes comme on le veut, chaque atome, jusqu’au dernier!Que se passerait-il si l’on pouvait ordonner tous les atomes, un par un, comme nous le désirons (dans les limites du raisonnable, bien sûr; vous ne pouvez pas les mettre de sorte qu’ils soient chimiquement instables, par exemple).

Jusqu’à maintenant, nous nous sommes contentés de creuser dans le sol pour trouver des minéraux.Nous les chauffons et nous faisons des choses à large échelle avec, et nous espérons obtenir une substance pure avec en fait plein d’impuretés, et ainsi de suite. Mais nous devons toujours accepter quelques arrangements atomiques que la nature nous donne.Nous n’avons rien, disons, avec une disposition en “damier”, avec les atomes impurs disposés exactement à 1000 angströms d’intervalle, ou en quelque autre motif particulier.

Que pourrions-nous faire avec des structures en couches ayant juste les bonnes couches?Quelles seraient les propriétés des matériaux si nous pouvions arranger les atomes comme nous le voulons?IlIls seraient très intéressants à étudier théoriquement. Je ne vois pas exactement ce qui se passerait, mais je peux difficilement douter du fait que lorsque nous aurons quelque maitrise sur les arrangements des choses à petite échelle, nous aurons un éventail extrêmement large de propriétés possibles que les substances peuvent avoir, et des différentes choses que nous pouvons faire.

Prenons, par exemple, un morceau de matériau dans lequel nous faisons des petites bobines et des petits condensateurs (ou l’équivalent de leur état solide), de 1000 ou 10000 angströms dans un circuit, l’un à côté de l’autre, sur une large zone, avec des petites antennes dépassant à l’autre bout, toute une série de circuit. Est-il possible, par exemple, d’émettre de la lumière avec une série entière d’antennes, comme nous émettons des ondes radios avec une série d’antennes organisée pour transmettre le programme radio en Europe? L’équivalent serait d’émettre un rayon de lumière dans une direction définie avec une très forte intensité. (Peut-être qu’un tel rayon n’est pas très utile techniquement ou économiquement.)

J’ai pensé à quelques problèmes de construction de circuits électriques à petite échelle, et le problème de la résistance est important. Si vous construisez un circuit équivalent à petite échelle, sa fréquence propre augmente, puisque la longueur d’onde diminue avec l’échelle; mais l’épaisseur de peau ne décroît que comme la racine carrée du rapport d’échelle, et ainsi les problèmes de résistance sont de difficulté croissante.Peut-être pouvons-nous lutter contre la résistance par l’utilisation de la supraconductivité si la fréquence n’est pas trop haute, ou par d’autres astuces.

Les atomes dans un monde miniature

Lorsque nous allons vers le monde miniature des circuits de, disons, sept atomes- nous avons beaucoup de nouvelles choses qui se produisent et qui représentent de nouvelles opportunités pour la conception. Les atomes à petite échelle ne se comportent pas comme à grande échelle, afin de satisfaire les lois de la mécanique quantique. Ainsi, en descendant vers le bas, et en bidouillant les atomes, nous travaillons avec des lois différentes, et nous pouvons nous à attendre à faire des choses différentes.Nous pouvons les fabriquer de différentes manières. Nous pouvons utiliser non seulement des circuits, mais aussi des systèmes impliquant les niveaux d’énergie quantifiés, ou les interactions des spins quantifiés, etc.

Une autre chose que nous remarquerons est que, si nous descendons suffisamment vers le bas, tous nos systèmes peuvent être produits massivement, de sorte qu’ils soient les copies exactes les uns des autres.Nous ne pouvons pas construire deux grandes machines telles que leurs dimensions soient exactement les mêmes. Mais si votre machine n’est haute que de 100 atomes, vous n’avez à l’avoir précise qu’au demi pourcent pour être sûr que l’autre machine est exactement de la même taille, à savoir 100 atomes de haut!

Au niveau atomique, nous avons de nouvelles sortes de forces et de nouvelles sortes de possibilités, de nouvelles sortes d’effets. Le problème de la fabrication et de la reproduction des matériaux sera assez différent. Je me suis, comme je l’ai dit, inspiré par les les phénomènes biologiques dans lesquels les forces chimiques sont utilisées de façon répétitive pour produire toutes sortes d’effets bizarres (dont l’un est l’auteur).

Les principes de la physique, autant que je suis puisse le voir, ne vont pas contre la possibilité de manier les choses atome par atome. Ce n’est pas une tentative de violer quelque loi que ce soit; c’est quelque chose qui peut en principe être fait, mais qui en pratique n’a pas été fait car nous sommes trop grands.

En fin de compte, nous pouvons faire de la synthèse chimique. Un chimiste nous vient, et dit : “Regardez, je veux une molécule qui ait les atomes arrangés ainsi; faites moi cette molécule”. Le chimiste fait une mystérieuse chose quand il veut faire une molécule. Il voit que ça a un anneau, donc il mélange ceci et cela, et il le secoue, et il bidouille. Et, à la fin d’un processus difficile, il réussi souvent à synthétiser ce qu’il veut. Le temps que je j’obtienne mon système en train de fonctionner, de sorte que celui-ci puisse être fait par la physique, il aura trouvé comment synthétiser absolument tout, si bien que cela sera vraiment inutile.

Mais ce qui intéressant, c’est que ce sera, en principe, possible (je pense) pour un physicien de synthétiser toute substance chimique que le chimiste noterait. Donnez les ordres et le physicien le synthétise. Comment? Placez les atomes là où le chimiste le dit, et ainsi vous réalisez la substance. Les problèmes de la chimie et de la biologie peuvent être grandement aidés si notre capacité à voir ce que nous faisons, et de faire des choses au niveau atomique, était enfin développée -un développement que je pense inévitable.

Maintenant, vous devez vous dire, “Qui devrait faire cela, et pourquoi le ferait-on?“Eh bien, j’ai montré quelques applications économiques, mais je sais que la raison pour laquelle vous le feriez serait juste le plaisir. Mais amusez-nous! Organisons une compétition entre des laboratoires. Laissons un laboratoire faire un moteur minuscule, qui l’envoie à un autre laboratoire qui le renvoie avec quelque chose qui tienne à l’intérieur de l’axe du premier moteur.

Compétition de lycées

Juste pour le plaisir, et afin d’intéresser les enfants à ce domaine, je suggérerais que quelqu’un qui a des contacts avec les lycées envisage de faire une sorte de compétition de lycées. Après tout, nous n’avons même pas débuté dans ce domaine, et même les enfants peuvent écrire plus petit que ce qui a pu être écrit auparavant. Les lycées pourraient participer à des défis. Le lycée de Los Angeles pourrait envoyer une épingle au lycée de Venise avec marqué “Que pensez-vous de ça?“Ils recevraient l’épingle en retour, et dans le point du “i”, il serait écrit “Pas si dur.”

Peut-être que ça ne vous excite pas de le faire, et que seuls les aspects économiques vous intéressent. A ce propos, je veux faire quelque chose, mais je ne peux le faire en ce moment, car je n’ai pas préparé le terrain. Mon intention est d’offrir un prix de 1.000$ au premier capable de prendre les informations d’une page d’un livre et de les mettre sur une surface 1/25.000 fois plus petite avec une échelle linéaire de telle sorte que cela puisse être lu par un microscope électronique.

Et je voudrais offrir un autre prix, si j’arrive à trouver comment formuler cela de sorte que je ne m’engage pas dans un tas de débats quant aux définitions, de 1.000$ au premier qui réalisera un moteur électrique opérationnel -un moteur électrique rotatif qui peut être contrôlé depuis l’extérieur et qui, sans compter les fils de connexion, aurait une taille de seulement 0.4 mm au cube.

Je ne m’attends pas à ce que de tels prix aient à attendre longtemps avant d’être réclamés.

(le texte complet a été inséré dans cet article de blog le 28.12.2012, réédité pour l’occasion)

MIROIR | ЯIOЯIM

Sat, 04 Apr 2009 00:00:00 +0000

Un long article divisés en quelques Pourquois, Comments et Combiens. On commence en douceur:

Pourquoi un miroir inverse-t-il la gauche et la droite et pas le haut et le bas ?

cette question “bête” en soulève deux autres moins triviales :

comment marche un miroir ?
comment définir la “gauche” et la “droite” ?

Un miroir réfléchit simplement la lumière en n’inversant rien du tout : en face d’un miroir, la lumière issue de votre main droite rebondit sur le miroir et arrive à vos yeux par la droite. La lumière venant de vos pieds vous parvient de même par le bas : tout est à sa place. Tout, sauf la “profondeur” : c’est en fait la distance des objets au miroir, autrement dit “l’avant” et “l’arrière” qui sont “inversés” par :

Toby Reflects par Kevin Steele sur flickr

Notre image dans un miroir est donc “retournée comme un gant” : un gant droit retourné devient un gant gauche, comme nos mains dans le miroir .

Même si nous nous regardons dans des miroirs artificiels ou naturels depuis pas mal de miliers d’années, nous avons toujours de la peine à comprendre que la symétrie ne correspond pas à une rotation (sauf dans un espace de dimension supérieur, comme le note ). Ce fait bien n’empêche pas certaines de tenter avec obstination d’orienter leurs mèches de cheveux à gauche ou à droite alors que personne ne les verra jamais comme elles se voient dans un miroir…

Ce qui nous amène à la seconde partie de la question : les notions de “gauche” et de “droite” ont-elles une réalité physique ? Autrement dit, existe-t’il des objets ou phénomènes dont l’image dans un miroir serait impossible ?

On pense tout de suite à l’écriture : un texte vu dans un miroir est illisible, ou du moins pas facilement. Mais ce n’est qu’une question de convention : on aurait très bien pu écrire de droite à gauche comme certaines langues, en utilisant des lettres “retournées” comme dans cette jolie affiche:

Du russe ou du ЯIOЯIM ?

Comment expliquer la gauche et la droite aux extraterrestres ?

Page 15 du message de Dutil et Durand. Le message de paix pourrait-être lu à l envers…

La question de la transmission de cette convention est d’ailleurs un problème intéressant : les messages que certains ont envoyé aux extra-terrestres ( ) sont composés de bits que les destinataires sont censés assembler en lignes et en colonnes pour produire des images en noir et blanc. Comment leur dire que les points doivent être disposés de gauche à droite plutôt que de droite à gauche ?

(On admet qu’on ne dispose pas de points de repère communs avec les extra-terrestres, sinon ça serait trop simple… Disons qu’ils vivent sous une couverture nuageuse perpétuelle et ne connaissent rien à l’astronomie …)

Cette question est équivalente à celle posée plus haut : il suffirait de décrire dans le message un objet ou un phénomène physique dont l’image dans un miroir ne peut pas exister dans la réalité .

Il existe bien quelques objets déroutants en version “miroir”, comme les tire-bouchons “tourne à gauche” vendus dans les farces et attrapes, mais ils sont tous aussi possibles à réaliser que leur version “normale”.

Une molécule chimique ? Il en existe beaucoup qui ont une forme différente de leur image dans le miroir. Par exemple le sucre existe sous forme de qui fait tourner le plan de polarisation de la lumière à droite et sous sa forme . La des molécules détermine donc parfois leur propriétés physiques, mais … tout reste cohérent vu dans un miroir.

Les effets de ces molécules peuvent être très différents selon leur forme dans le miroir : la catastrophe de la est due à l’énantiomère d’un bête calmant, et la L-métamphétamine débouche juste le nez, alors que la D- a d’autres effets…

D-méthamphétamine / L-méthamphétamine

La raison de ceci est que ces molécules interagissent différemment avec les molécules de notre organisme, qui ont elles-mêmes une certaine géométrie plutôt que leur image dans le miroir. Ainsi les êtres vivants sur Terre produisent ou consomme beaucoup plus de D-glucose (ou dextrose) que de L-glucose, et l’ADN présent dans tous les être vivants à la forme d’une double hélice tournant dans à droite. Mais il n’y a pas de raison fondamentale à ceci : la vie a probablement “préféré” une forme plutôt qu’une autre à ses débuts, et cette “brisure de symétrie” s’est propagée par contagion, mais une biochimie “dans le miroir” est parfaitement cohérente.

L’électromagnétisme alors ? Si on fait passer un courant électrique dans une bobine, on crée un champ magnétique avec un pôle Nord et un pôle Sud. Si la bobine est bobinée à l’envers, les pôles Nord et Sud sont inversés.

La main droite, pouce écarté, tient le solénoïde. Le courant sort par les doigts et le pouce oriente le vecteur champ mégnétique.

Oui… mais les notions de pôles magnétiques “Nord” et “Sud” sont tout à fait conventionnelles (jusqu’à ce qu’on trouve un ) : le schéma ci-dessus reste parfaitement cohérent vu dans un miroir.

Combien de fêlures dans les miroirs de la physique ?

Jusqu’en 1956, l’Univers observé dans un miroir était parfaitement cohérent. De fait, 3 des ont une parfaite. Mais en 1956, Mme démontra une concernant la 4ème force, l’ . Lors de désintégration β d’un noyau de Cobalt 60, un électron est émis dans une direction aléatoire. Mais il y en a statistiquement de plus qui part dans la direction opposée à celle du spin du noyau que dans la direction du spin (le spin indique le sens de rotation du noyau). En regardant l’expérience dans un miroir le spin change de sens et l’électron irait très légèrement plus souvent dans la direction du spin, ce qui est contraire à l’expérience. L’interaction faible “préfère” très légèrement la rotation à gauche et on pourrait donc expliquer aux extraterrestres notre convention gauche/droite en leur transmettant ce dessin:

Mais si par malheur nos extraterrestres vivent dans une Galaxie (hypothétique) formé d’ , on a un gros problème : l’antimatière peut également être considérée comme “vue dans un miroir”. Chaque particule de la physique possède son antiparticule dont toutes les caractéristiques sont les mêmes sauf la charge électrique, qui est inversée. Le “miroir” de la “ ” (C comme charge) est très semblable à celui de la symétrie P : toute la physique et la chimie est parfaitement identique avec de l’antimatière qu’avec de la matière, sauf pour l’interaction faible, exactement comme ci-dessus.

Autrement dit, si nos extraterrestres font l’expérience avec un noyau de ce que nous appellerions de l’anti-Cobalt 60 et observent la direction d’émission du , tout marchera parfaitement bien mais ils comprendront absolument tout à l’envers : la gauche et la droite, le signe des charges électriques, les pôles Nord/Sud magnétiques etc. Et la rencontre des deux civilisations fera des étincelles …

Le problème est que notre dessin implique en fait 2 miroirs, le C et le P qui inversent tous deux de la même manière l’expérience, et comme chacun sait, si on regarde notre reflet dans un miroir à l’aide d’un autre miroir, tout se remet en place.

"Two Mirrors" de Steven Scott

On appelle “ ” l’image de l’Univers qu’on obtient en inversant à la fois la gauche et la droite et les charges électriques, et cette symétrie était parfaite. Mais dans les années 1960, on a découvert une très légère brisure de la symétrie CP : la transformation d’un kaon en antikaon est 1 milliardième de fois plus rare que la transformation d’un antikaon en kaon.

Cette nanoscopique (10-9) fêlure a une conséquence pratique assez importante: nous existons.

En effet, c’est la violation de la symétrie CP qui fait que le Big Bang a eu la bonne idée de produire un milliardième de plus de matière “normale” que d’antimatière, et c’est ce milliardième qui ne s’est pas annihilé avec l’antimatière qui constitue tout ce qui nous entoure, sans quoi il n’y aurait pas eu grand chose après “que la lumière soit”.

Comment transformer une caméra vidéo en miroir temporel

Réponse : c’est très facile et amusant :

Même un extra terrestre très différent de nous devinerait assez vite qu’il regarde le film à l’envers parce que beaucoup de phénomènes macroscopiques ont une préférence pour le futur. Ce n’est pas le cas à petite échelle : toutes les interactions entre particules peuvent se produire “en sens inverse” : la mécanique quantique possède une “ ” que l’on retrouve dans les dont .

Voici donc un troisième miroir légèrement imparfait, qui peut se combiner avec les autres ! D’ailleurs, pour réaliser le film ci-dessus, je suppose que la demoiselle qui va “à l’endroit” regarde dans un miroir pour marcher à l’envers sans se heurter à la foule. En quelque sorte, la symétrie PT a permis de rendre le film plus réaliste qu’avec la symétrie T seule.

Mais à propos… pour la violation de la symétrie CP on a dit que la transformation d’un kaon en antikaon plus rare que son contraire, mais si on passe le film de l’expérience à l’envers ? On verra plus de kaons se transformer en antikaons, donc l’Univers observé dans les trois miroirs C,P et T sera parfaitement cohérent avec les observations dans l’Univers “normal”.

La “ ” est aujourd’hui considérée comme une loi fondamentale de la physique car c’est une des rares qui soit compatibles à la fois avec la mécanique quantique et la théorie de la relativité via le principe d’ . Mathématiquement, on a même réussi à montrer que la symétrie T était identique à la symétrie CP et donc que toute violation de la symétrie CP devait causer une violation de T équivalente, et vice-versa.

Les conséquences de la symétrie CPT

Avertissement : dans ce paragraphe, je m’avance un peu en terrain dangereux, mais c’est pour mieux vous faire réagir si vous maîtrisez le sujet mieux que moi …

Une conséquence fondamentale de la symétrie CPT est qu’il est impossible de distinguer:

une particule qui se promène entre les points A et B
son antiparticule qui suivrait la même trajectoire entre A et B, filmée dans un miroir, et dont on passe le film à l’envers (où on la verrait donc aller de B en A)

Si on suppose que comme une , on peut aller un peu plus loin en disant que ces deux observations sont parfaitement indiscernables :

une particule qui se promène entre les points A et B
son antiparticule qui remonte le temps entre B et A, vue dans un miroir.

Donc lorsqu’on reçoit par exemple un sous forme d’un antiproton à haute énergie, ne devrait-on pas vérifier s’il ne s’agirait pas d’un proton généré par un événement futur et qui remonte le temps? Est-ce que des installations comme l’ ont un “miroir” permettant d’observer la brisure de symétrie P qui distingue les deux cas ?

Dans le même ordre d’idée, l’ est décrit par des phénomènes quantiques représentés par des diagrammes de Feynman ressemblant à la figure ci-contre, et qui surviennent des milliards de fois chaque seconde dans chaque millimètre cube de vide de tout l’Univers…

La lecture classique est que 2 particules virtuelles, dont l’une est l’antiparticule de l’autre apparaissent spontanément par les fluctuations du , et leur annihilation mutuelle un court instant plus tard restitue “l’énergie du vide” empruntée par les particules.

Mais là aussi, je me demande comment distinguer cette interprétation de celle d’une particule tournant “en rond” dans le temps : pendant sa phase de retour dans le passé, la particule nous apparait exactement comme son antiparticule allant vers le futur … Existe-t-il une expérience permettant de vérifier la symétrie P du phénomène pour exclure cette interprétation ?

Références:

" " sur le Webinet des Curiosités
Michel Thévoz “L ”
Tom Roud “ ”
Tom Roud “ ”
Tom Roud “ ”

There's Plenty of Room at the Bottom

Fri, 13 Jun 2008 00:00:00 +0000

En préparant un prochain article, je suis retombé sur un texte fondateur de la technologie moderne, celui de la présentation que a donné le 29 décembre 1959 à la réunion annuelle de l’American Physical Society à (Caltech).

Intitulé “ ”, ce discours toujours visionnaire après presque 50 ans posait les bases de la course à la miniaturisation qui nous fournit chaque année des ordinateurs et autres gadgets plus puissants, plus fiables et moins chers, et qui nous amène vers les .

Comme on ne trouve pas de traduction en français de cette référence, du moins sur le web, je m’y suis , en partant d’une (fini le 11 juin 2009 : )

Voici le passage qui m’intéressait pour le prochain article:

Miniaturiser l’ordinateur

Je ne sais pas comment les rendre petites en pratique, mais je sais que les machines informatiques sont trop grandes, elles remplissent des pièces. Pourquoi ne pouvons-nous pas les rendre très petites, avec de petits fils et de petits composants, et par “petits”, je veux dire “vraiment petits” ? Par exemple, les fils devraient avoir 10 ou 100 atomes de diamètre, et les circuits ne devraient avoir que quelques milliers d’angströms.

Tous ceux qui ont analysé la théorie logique des ordinateurs parviennent à la conclusion que les possibilités des ordinateurs seraient très intéressants, s’ils pouvaient être rendus moins complexes de plusieurs ordres de grandeur. S’ils avaient des millions de fois plus d’éléments, ils pourraient émettre des jugements. Ils auraient le temps de calculer le meilleur moyen de faire le calcul qu’ils sont sur le point de faire. Ils pourraient choisir la méthode d’analyse qui, par leur expérience, serait meilleure que celle que nous leur fournirions. Et ils auraient plusieurs nouvelles caractéristiques qualitatives.

Si je regarde votre visage, je sais immédiatement que je l’ai vu avant. (En fait, mes amis vont dire que j’ai choisi un exemple malheureux pour illustrer ce sujet, mais au moins, je reconnais que c’est un homme et pas une pomme.) Pourtant, il n’existe pas de machine qui puisse aussi vite prendre une image d’un visage et dire qu’elle représente un homme, et encore moins que c’est le même homme que sur une précédente photo, à moins que ce ne soit exactement la même image. Si le visage est changé, si j’en suis plus proche, ou plus loin, si la lumière n’est pas la même, je le reconnais quand même. Ce petit ordinateur que je porte dans ma tête est capable de le faire facilement. Les ordinateurs que nous construisons ne sont pas en mesure de le faire. Le nombre d’éléments dans ma boîte osseuse est énormément plus élevé que le nombre d’éléments dans notre plus merveilleux ordinateur. Mais nos ordinateurs mécaniques sont trop gros; alors que les éléments dans cette boite sont microscopiques. Je veux en faire qui soient sub-microscopiques.

Si nous voulions faire un ordinateur ayant tous ces merveilleuses capacités supplémentaires, il devrait avoir, peut-être, la taille du Pentagone. Cela a plusieurs inconvénients. Tout d’abord, ça exige trop de matériel; il n’y a pas assez de germanium dans le monde pour tous les transistors qui doivent être mis dans cette énorme chose. Il y a aussi le problème de la production de chaleur et de la consommation d’énergie; la production de la serait nécessaire pour faire tourner l’ordinateur. Mais une difficulté plus importante est que l’ordinateur serait limité à une certaine vitesse. En raison de sa grande taille, il faut un certain temps pour transférer l’information d’un endroit à l’autre. L’information ne peut pas aller plus vite que la vitesse de la lumière, donc si, nous voulons obtenir des ordinateurs de plus en plus rapides et de plus en plus élaborés, nous aurons à les rendre de plus en plus petits.

Mais il ya beaucoup de place pour les rendre plus petits. Il n’ya rien que je puisse voir dans les lois physiques qui dit que les composants des ordinateurs ne peuvent pas être considérablement plus petits qu’ils ne le sont maintenant. En fait, il y aurait même des avantages…

Feynman continue avec une description très précise des technologies actuellement utilisées pour produire des circuits intégrés de plus en plus puissants, mais qui ne sont toujours pas capable de reconnaître rapidement un visage humain. Par contre, le fait que la miniaturisation électronique permet simultanément d’augmenter la vitesse des ordinateurs et de diminuer leur consommation est l’élément clé du prochain article intitulé Loi de Moore… toujours ?

Références:

Feynman, Richard P. “ .” Engineering and Science, Février 1960.
Feynman, Richard P. “ .” Popular Science, Novembre 1960.
Feynman, Richard P. “Vous voulez rire, Monsieur Feynman !”, 2007, Éditions Odile Jacob, : une biographie marrante et passionnante de cet incorrigible curieux lauréat du Prix Nobel de physique

Mini Micro Nano

Sun, 15 Apr 2007 00:00:00 +0000

Après les mini-chaînes stéréo, les mini ordinateurs et les mini jupes, nous avons traversé l’ère du microprocesseur et de la microchirurgie, et voici déjà poindre la nanotechnologie. Pourquoi cette course à la miniaturisation et où s’arrêtera-t-elle ?

Suite à la lecture du roman “Prey” de Crichton , je me devais de faire le point sur ce sujet passionnant.

Aussi étonnant que çà puisse être, un objet miniature est proportionnellement plus solide, plus efficace, plus fiable, moins cher et plus économique que son original plus grand .

Carré/Cube

Ceci peut s’expliquer facilement en mécanique par la loi dite “carré-cube”, loi qui s’applique aussi à de nombreux autres domaines de la physique : si on divise par dix la dimension d’une pièce, son volume et donc son poids se réduit d’un facteur 1000 (le cube de 10) alors que sa surface totale et ses surfaces en contact avec d’autres pièces ne se réduisent que d’un facteur 100 (le carré de 10). Comme des forces 1000x plus faibles sont appliquées sur des surfaces 100x plus petites, l’objet miniature subit des contraintes mécaniques 10x plus faible, ou peut supporter des forces proportionnellement 10x plus grandes.

C’est ce qui explique qu’un éléphant risque la mort s’il tombe d’un mètre alors qu’une fourmi n’a rien a craindre d’une telle chute.

Pour la même raison, un mouvement de montre bracelet agrandi pour équiper une horloge de clocher ne fonctionnerait pas : les frottements sur les énormes rubis seraient trop élevés, et les axes plieraient sous le poids des roues.

Des raisonnements similaires expliquent pourquoi un microprocesseur contenant des millions de transistors sur quelques mm2 peut fonctionner beaucoup plus rapidement et de manière plus fiable qu’un circuit composés de gros transistors, ou pourquoi quelques atomes bien disposés produisent un meilleur rayon laser qu’un dispositif occupant une table.

L’outillage

le seul vrai obstacle à la miniaturisation est l’outillage permettant la production de très petits composants. La fabrication d’une montre requiert nettement plus d’outils qu’elle ne comporte de pièces, à commencer par une bonne loupe et des doigts habiles. En électronique, des technologies issues de la photographie permettent de produire des circuits incroyablement complexes en alternant attaque chimique et déposition. On arrive même aujourd’hui à appliquer ces techniques à la mécanique pour produire des pièces en silicium ou de minuscules moules, donc des outils pour produire en série des pièces encore plus petites.

L’outil ultime de la miniaturisation est le , développé par une équipe d’IBM à Zürich et qui a valu le prix Nobel de physique à ses concepteurs. Non seulement il permet de distinguer chaque atome à la surface d’un objet, mis il permet dans certaines conditions d’arracher un atome à un endroit et de le déposer ailleurs. L’ ainsi écrit les lettres IBM en déposant un à un 35 atomes de xenon (et pas 52) sur une surface de nickel

Dans son article précurseur “ ” que j’ai traduit en français, Richard Feynman expliquait en 1960 déjà qu’il était possible d’imaginer construire une voiture plus petite que ce point -> . Ce qui manquait à l’époque, c’était les outils pour le faire.

Or on peut désormais envisager la construction de “nano machines” constituées du nombre minimal d’atomes nécessaires à leur fonctionnement.Constituées de quelques centaines d’atomes, leur dimension de l’ordre du nanomètre, permettrait d’en aligner un million sur un milimètre! Il existe même des logiciels de CAO permettant de les concevoir, mais hélas aucune méthode rapide de les réaliser pour l’instant.

nano-différentiel conçu avec Nano-Engineer-1 de et simulé avec , un projet

Une voie pourrait être la combinaison de procédés chimiques, biologiques et informatiques : la chimie devient capable de produire des nanomatériaux comme les “ ”, sphères de carbone dont la découverte a stupéfait le monde.

Actuellement, c’est la production de nanotubes de carbone qui fait l’actualité. Ce matériau incroyablement solide pourrait servir d’élément structurel à des nanomachines, mais peut être aussi concurrencer l’acier dans des applications macroscopiques. A l’autre extrême, on a réussi a construire des transistors “ ” à nanotubes, qui permettent d’envisager à long terme la création de nano-circuits tridimensionnels …

La biologie moléculaire est elle aussi capable désormais de faire produire des molécules organiques complexes par des bactéries, en reprogrammant leur ADN.

“Prey”

Dans son thriller “Prey”, Michael Crichton décrit l’apparition d’une forme de vie artificielle sous la forme d’un essaim de nanomachines volantes fabriquée par d’autres nanomachines “assembleuses"à partir de molécules organiques produites par des bactéries. Initialement conçues pour s’assembler sur commande pour former une camera, les machines sont dotées chacune d’un peu de mémoire et de puissance de calcul ce qui fait qu’un stock de plusieurs kilos de nanomachines, donc environ 10^30 cellules devient par la même occasion l’ordinateur le plus puissant du monde. Programmé pour s’auto-améliorer par des fondateurs de start-up trop pressés de devenir millionnaires pour faire le travail eux-mêmes, l’essaim devient rapidement capable de se reproduire et même assez intelligent pour se mettre à convertir la masse organique de ses créateurs en nanomachines…

Références

Richard Feynman, “ ”, 1960
Michael Crichton (2005). La proie. Robert Laffont.

L’éviteur d’axe

Thu, 29 Dec 2005 00:00:00 +0000

L’ “éviteur d’axe” (" " en anglais) décrit par Richard Feynman dans son livre “Vous voulez rire, Mr Feynman” est il réel, ou une blague de plus ?'

Historique

Tiré du livre Richard Phillips Feynman (2000). Vous voulez rire, Monsieur Feynman !. Odile Jacob.

A Francfort, un ingénieur en mécanique essayait toujours de concevoir des choses mais n’y arrivait jamais parfaitement. Une fois il a dessiné une boite pleine d’engrenages dont une était une grosse roue de 20 cm de diamètre munie de 6 rayons. Le gars dit tout excité “Alors, chef, qu’en dites-vous ?”

“Bien !” répond le chef. “Toute ce qu’il vous reste à faire c’est de mettre un éviteur d’axe sur chaque rayon pour que la roue puisse tourner !” Le gars avait mis un axe qui traversait les rayons !

Le chef a continue en disant que l’éviteur d’axe existait(J’ai cru qu’il plaisantait). Ca avait été inventé par les Allemands pendant la guerre pour empêcher les dragueurs de mines anglais de capturer les cables qui maintenaient les mines allemandes à une certaine profondeur sous l’eau. Avec ces “éviteurs d’axes” , les câbles allemands laissaient passer les câbles anglais à travers eux comme à travers un tourniquet. Donc il était possible de mettre des “éviteurs d’axes” sur chaque rayon.

Modèle SolidWorks

Je me suis mis à concevoir ce mécanisme en 3D avec SolidWorks

Suite à une , j’ai reçu l’image ci-dessous, tirée d’un vieux magazine (edit du 19.2.2015 : retrouvé la référence !!! ) qui montre l’application originale:

Analyse

L’utilisation de ce mécanisme pour laisser des câbles se croiser semple plus pratique que son application pour des machines demandant un peu de précision. Il est clair que les tolérances de fabrication et les frottements seront très difficiles à maîtriser en pratique.

De plus, le diamètre de l’axe qui peut traverser est nettement plus faible que celui de la roue. Donc la fin de l’histoire de Feynman prouve que le chef avait un peu d’expérience en ingéniereie mécanique :

mais le chef ne pensait pas que les mécaniciens devaient se donner toute cette peine ; tout ce qu’il restait à faire au gars, c’était de trouver un moyen de faire passer l’axe ailleurs.

Si vous pensez breveter ce mécanisme après l’avoir vu ici, contactez-moi ou préparez-vous à être poursuivi en justice, parce que je l’ai publié le premier !