Futur | Dr. Goulu

L'atome vert : le thorium

Sat, 18 May 2013 00:00:00 +0000

“L’atome vert” est un livre consacré à une technologie peu connue du grand public mais beaucoup plus avancée et prometteuse que je ne le pensais : les réacteurs nucléaires au . Les avantages sont très nombreux:

le est plus abondant que l’uranium , on peut l’utiliser à 100% contre quelques pourcents pour l’uranium, et il n’y a pas besoin de l’enrichir.
le 232Th étant et non , il ne peut pas produire de réaction en chaîne. Une centrale ne peut pas s’emballer, et elle peut s’arrêter d’elle même en cas de défaut de refroidissement
les ne sont dangereux que quelques siècles, contre des centaines de milliers d’années pour ceux de l’uranium .
les centrales au thorium peuvent “incinérer” les déchets des centrales à uranium, y compris le plutonium.
on ne peut pas produire d’armes nucléaires avec une centrale au thorium.

Coté désavantages, en cherchant bien il y en a quelques uns, mais le principal est : on ne peut pas produire d’armes nucléaires avec une centrale au thorium…

Selon Jean-Christophe de Mestral, c’est ce qui a favorisé la filière de l’uranium pendant la guerre froide alors que plusieurs expériences ont démontré la faisabilité et la sécurité des solutions au Thorium. Entre autres :

Le aux USA qui a fonctionné comme au Thorium entre 1977 et 1982
Plusieurs réacteurs à très haute température (HTGR) ont fonctionné avec des barres de combustible mixant Uranium 235 et Thorium 232 aux USA, mais aussi en Allemagne entre 1966 et 1989
Les réacteurs expérimentaux et 7 de 220 MW chacun utilisant un mix Uranium/Thorium qui fonctionnent actuellement en Inde. L’Inde est le seul pays mentionnant clairement le thorium dans son , pour une raison simple : l’Inde a très peu d’Uranium, et ne peut pas en importer facilement car elle n’a pas signé le . Par contre elle dispose de gros gisements de Thorium.
Et aussi le (MSRE) qui fonctionna entre 1965 et 1969 avec divers combustibles, dont de l’Uranium 233 produit à partir de Thorium dans un autre réacteur.

Les (MSR) sont prometteurs à moyen terme. Ils sont d’ailleurs prévus par le dans les technologies disponibles d’ici 2030, mais hélas seulement dans leur version à l’Uranium. Les Réacteurs au Fluorure de Thorium Liquide ( ) n’ont pas été projetés dans cet horizon de temps, tout comme le “ ” qui nécessite un accélérateur de particules d’ailleurs. Ce qui n’empêche pas l’AIEA d’en penser du bien , ni , qui sera probablement une première mondiale…

Schéma de principe d’un MSR à neutrons thermiques.

Du point de vue nucléaire, les réacteurs à sels fondus n’ont que des avantages :

le combustible est dissous dans un sel, solide à basse température, liquide en fonctionnement et servant en même temps de fluide de refroidissement primaire.
la réaction ne se produit que dans le coeur car il faut à la fois une source de neutrons et un volume suffisant pour que la probabilité que le neutron soit absorbé soit assez élevée.
l’installation fonctionne à pression ambiante : le très haut point d’ébullition du sel empêche que le système devienne une cocote-minute
si l’installation surchauffe, un bouchon (“Freeze Plug” sur le dessin) fond et le sel s’écoule par gravité dans des réservoirs (en bleu) dont la géométrie stoppe les réactions nucléaires. C’est d’ailleurs comme ça que le MSRE était arrêté pour maintenance.

Les difficultés et inconnues sont surtout liés à la chimie de ces sels. Il faut installer une usine chimique pour les purifier à côté de la centrale, notamment pour en enlever le . On ne sait pas trop bien comment un LFTR vieillira, notamment en raison de la corrosion par les sels.

ARE Thorium : plus besoin de réservoirs, on va pouvoir mettre des passagers aussi dans les ailes…

Au passage, j’ai découvert l’existence du projet Aircraft Reactor Experiment (ARE) qui visait la . C’était un MSR dont les sels à 850 ° chauffaient l’air dans les réacteurs, qui fonctionna 1000 heures en 1954, quand on avait peur de rien sauf peut être des rouges. Donc je ne le savais pas mais oui, il existe dans les cartons une alternative au turboréacteur.

Le livre “L’atome vert” est très intéressant et convaincant pour l’initié, mais il m’a semblé parfois trop technique pour le grand public. Je le trouve aussi inutilement provocateur pour les écolos irréductibles, notamment le passage comparant les risques des diverses sources d’énergie par TWh produit et celui comparant les taux de cancers dans les zones à forte radioactivité naturelle, même si c’est très intéressant .

Enfin, même la conclusion me semble trop touffue pour les politiciennes lambda qui sont pourtant les personnes à convaincre, alors je résume pour elles eux : “Thorium pouvoir produire Térawatts propres et pas chers pour remplacer pétrole et charbon. Vous y’en a donner feu vert, nous s’occuper du reste”. Je ne sais pas ce que ça donne en hindi ou en mandarin, mais là bas ils ont compris.

(merci à Alberto de m’avoir prêté le livre à l’insu de son plein gré)

Références

Jean-Christophe de Mestral (2011). L'atome vert: Le thorium, un nucléaire pour le développement durable. Favre.
Maurice Mashaal, “ ”, 2011, Actualités Pour La Science,
2011, site Je Comprends Enfin
Sylvain David, Elisabeth Huffer, Hervé Nifenecker “ ” (2007), Europhysics News vol. 38 (2) p. 24-27
" " IAEA-TECDOC-1450, May 2005
Ghiassi-nejad, M; Mortazavi, S M J; Cameron, J R; Niroomand-rad, A; Karam, P A “ ” (2002) Health physics vol. 82 (1) p. 87-93, PMID:

Combien de processeurs pour un cerveau ?

Mon, 11 Mar 2013 00:00:00 +0000

(article publié dans le cadre de la )

Lancé par dirigée par , le “ ” (HBP) vise à simuler un cerveau humain dans un superordinateur d’ici dix ans. Cet objectif extrêmement ambitieux a paru suffisamment réaliste à l’Union Européenne pour consacrer 1 milliard d’Euro à ce projet mêlant neurosciences et informatique.

Les neurosciences étant traitées par des blogueurs bien plus compétents que moi en la matière, cet article se limite à la partie facile et que je connais un peu : l’informatique. D’ailleurs, Markram et son équipe poursuivent une approche “bottom-up” compatible avec un grand principe de l’informatique :

Tout doit être construit de haut en bas (top-down), sauf la première fois. ( )

Dès la fin des années 1950 les chercheurs ont analysé le fonctionnement de neurones vivants et développé des modèles très simplifiés de neurones ayant débouché sur les très à la mode dans les année 1990 et qui ont permis de grand progrès dans des applications comme la notamment.

Les modèles actuels de neurones isolés sont beaucoup plus complexes et incorporent des modèles moléculaires comme le ou les . La simulation en temps réel d’un seul neurone exige une mémoire d’environ 1 Megabyte pour stocker toutes les variables qui définissent l’ “état” du neurone à chaque instant, et une puissance de calcul de 1 Giga , ce qui correspond:

au super ordinateur de 1985
à un PC de 1999
( ) un bon smartphone actuel

Depuis 2006, le de Markram a simulé non seulement le fonctionnement, mais aussi la croissance d’une (NCC), une structure d’environ 1mm³ comprenant environ 10'000 neurones fortement interconnectés, répartis sur 6 couches. Un superordinateur doté de 8192 processeurs pour un total d’environ 20 TeraFLOPS a été utilisé, ce qui fonde l’hypothèse de l’équipe selon laquelle la puissance et la mémoire nécessaires à la simulation augmentent linéairement avec le nombre de neurones, et heureusement pas avec le nombre de par exemple.

En extrapolant cette tendance linéaire, Markram estime qu’un ordinateur d'1 ExaFLOPS (un milliard de milliards d’opérations par seconde) doté de 100 PetaBytes de mémoire devrait être capable de simuler un cerveau humain contenant 100 milliards de neurones environ. Et en extrapolant aussi la , un tel superordinateur sera disponible en 2018.

D’autres comme , ou même qui simule 32'000 neurones sur votre PC confirment grosso-modo ces ordres de grandeur.

Performance du plus puissant ordinateur (en rouge) au cours du temps selon top500.org

Le lecteur attentif aura remarqué qu’on a “perdu” deux ordres de grandeur en route : 100 milliards de neurones x 1 GigaFLOPS par neurone devraient donner 100 ExaFLOPS, pas 1. L’idée est que les étapes intermédiaires, mesocircuit, puis cerveau de rat, permettront de simplifier la simulation des neurones individuels, voire de la remplacer par un modèle des NCC. Markram considère en effet qu’une NCC est “est au cerveau ce qu’un microprocesseur est à un ordinateur” . Si c’est le cas, alors un cerveau serait l’équivalent d’environ 10 millions de processeurs de 100 GigaFLOPS chacun “seulement” soit un bon PC actuelCependant, les marges d’erreur sont considérables comme on le voit dans la première figure:

il faudra peut-être une puissance 10x supérieure pour tenir compte de la
un autre facteur 10 pour tenir compte des
mais surtout un facteur pouvant atteindre 1000 pour simuler la croissance des neurones, leur par

De plus, l’approche du “Human Brain Project” consiste à initialiser le simulateur avec un cerveau à l’état embryonnaire, puis à le “laisser pousser” en évoluant dans un monde virtuel sur lequel il peut agir par l’intermédiaire d’un corps virtuel , . Il faudra donc des années pour que la simulation converge vers un cerveau adulte si on ne parvient qu’à une simulation “temps réel”. Pour pouvoir effectuer plusieurs simulations de croissance en un délai raisonnable (en “tuant” le cerveau à la fin…), il faudrait là encore gagner plusieurs ordres de grandeur.

Cette approche pourrait nécessiter des millions d’ExaFLOPS (je viens d’apprendre que ça s’appelle des yotaFLOPS), qui ne seraient disponibles que vers 2040. Ceci justifie le scepticisme de certains et motive des projets concurrents qui pourraient se révéler complémentaires. Ainsi Obama vient de décider d’injecter 3 milliards de dollars sur 10 ans dans le qui consiste essentiellement à cartographier le cerveau en activité au niveau cellulaire.

Si des appareils d’imagerie médicale devenaient capables de capturer les quelques 100 PetaBytes d’information correspondant à l’état instantané d’un cerveau vivant, on pourrait imaginer un vers un “Personal Cerveau” de bureau d'1 ExaFLOPS dès 2032 .

dessin: Arnaud Rafaelian, membre de Strip-Science (cliquer)

En attendant, il y a toujours moyen de fabriquer un cerveau humain parfaitement fonctionnel, indépendant et consommant peu d’énergie électrique en quelques minutes de conception, 9 mois de montage et quelques années de programmation …

Références:

Henry Markram “ ", Pour la Science N°425, mars 2013
Lettvin, J.Y., Maturana, H.R., McCulloch, W.S., & Pitts, W.H. “ ” , 1959 ; Proceedings of the IRE, Vol. 47, No. 11, pp. 1940-51.
Marco A. Herrera Valdez, , Sandra D. Berger, Stefanie Ryglewski, Carsten Duch, Sharon Crook “ ” Journal of Computational Neuroscience August 2012,
Henry Markram “Keynote lecture at Neuroinformatics 2008 in Stockholm, Sweden” ( )
Christian Clemençon “ ”, EPFL, 2009
Nicolas Rougier “ “, interstices, 2013 (audio 13:22).
" ”, Kurzweil AI, 2012
Ed Yong, “ ”, Nature, 2012
Ed Yong “ " BBC Future, 8 février 2013
Ray Kurzweil (2012). How to Create a Mind: The Secret of Human Thought Revealed. Viking Adult. ( )

Le Grand Filtre

Fri, 28 Dec 2012 00:00:00 +0000

Je suis sur un texte étonnant datant de 1998 : “ ” de professeur d’économie passionné de science-fiction ( ). En cette fin d’année de fin du monde, j’ai traduit en français (avec la permission de l’auteur) ce texte d’un optimisme apocalyptique qui intègre plusieurs sujets de réflexion déjà abordés sur drgoulu.com. Truffé de notions surprenantes et d’idées originales, mais parfois discutables, je vous le livre tel quel (j’ai juste ajouté quelques illustrations pour égayer le tout). Mes commentaires seront dans les commentaires, avec les vôtres je l’espère.

Le Grand Filtre - l’avons nous bientôt passé?

L’humanité semble avoir un bel avenir, à savoir une possibilité non nulle de remplir durablement l’univers de vie.

Mais le fait que l’espace autour de nous semble mort nous dit maintenant que n’importe quelle parcelle de matière inerte est confrontée à une chance astronomiquement faible d’atteindre un tel futur. Il existe donc un Grand Filtre entre la mort et l’expansion durable de la vie, et l’humanité fait face à une inquiétante question: où nous trouvons-nous par rapport à ce filtre?

En combinant ce que nous disent les biologistes, les astronomes, les physiciens et les chercheurs en sciences sociales, on s’attend à un filtre bien plus petit que ce que l’on observe. Donc, l’une de ces disciplines doit avoir tort. Pour savoir qui a tort et pour informer nos choix, nous devrions étudier et reconsidérer tous ces domaines. Entre autres, nous devrions chercher des preuves de l’existence des extraterrestres, par exemple via des signaux, des fossiles, ou l’astronomie. Contrairement aux attentes habituelles, la preuve de vie extraterrestre sera probablement négative, mais ce sera une information de valeur. Car plus il aura été facile à la vie d’évoluer jusqu’à notre stade, plus nos chances futures sont probablement sombres.

Introduction

Fermi, Dyson, Hart, Tipler et d’autres

\[Finney & Jones, Dyson 66, Hart 75, Tipler 80\]

ont relativisé la pertinence de SETI (recherche d’intelligence extraterrestre) par le “Grand Silence”

\[Brin 83\]

, aussi connu sous le nom de : le fait est que les extraterrestres n’ont pas colonisé la Terre pour le moment. Cependant, ce qui n’a pas encore été suffisamment mis en évidence ou analysé est la pertinence de ce fait dans les choix très importants que nous effectuons aujourd’hui.

Le Grand Silence doit nous forcer à réviser une ou plusieurs idées communes en biologie, astronomie, physique ou sciences sociales. Et certaines de ces révisions suggèrent fortement que l’humanité sera beaucoup plus consciente d’éventuelles catastrophes. Afin de clarifier ces points, le présent document examinera d’abord comment nos idées actuelles dans ces domaines nous conduit à ne pas attendre le Grand Silence, et examinera ensuite une variété de révisions possibles que nous pourrions envisager.

La vie colonisera

Jusqu’à présent, la vie sur Terre semble avoir adapté sa technologie pour remplir chaque niche écologique qu’elle pouvait. Des populations et espèces auparavant stables ont constamment augmenté dans les frontières nouvellement ouvertes. Toutes les formes de vie semblent avoir connu une “phase de dispersion” pour encourager la colonisation, avec des mutations non-triviales et des mélanges sexuels permettant l’exploration de nouvelles technologies

\[Tipler 80\]

De même, l’humanité a continué à progresser technologiquement, et à remplir de nouvelles niches géographiques et économiques lorsque c’est devenu technologiquement faisable. Par exemple, alors que la Chine impériale s’était fermée à l’exploration pour un temps, d’autres peuples concurrents comme les Européens en ont profité pour remplir l’espace.

Ce phénomène est facile à comprendre dans une perspective évolutive. En général, il n’y a besoin que de quelques individus d’une même espèce pour tenter de combler une niche écologique, même si toutes les autres formes de vie n’y sont pas intéressées. Les mutations qui encouragent de tels essais peuvent être richement récompensées. De même, nous nous attendons à ce que la compétition interne entre notre propre descendance continue à progresser technologiquement et à occuper de nouvelles niches à mesure qu’elles deviennent technologiquement et économiquement accessibles.

La colonisation a été une expérience cohérente avec la vie sur Terre sur le long terme, et notre compréhension actuelle des systèmes sociaux humains suggère cela va continuer. Bien que les humains évoluent dans une combinaison complexe et co-évolutive de systèmes organisationnels, culturels, et génétiques, tous ces systèmes montrent des tendances à long terme à utiliser des ressources en faveur de la reproduction.

Ainsi, il faut s’attendre à ce que, lorsque le voyage spatial sera possible, certains de nos descendants essayeront de coloniser les planètes pour commencer, puis les étoiles, et enfin d’autres galaxies. Et nous devrions nous attendre à une telle expansion, même si la plupart de nos descendants se contenteront de regarder leur nombril, de craindre la concurrence des colons

\[Benford 81\]

, d’avoir peur du contact avec des extraterrestres et de vouloir préserver l’univers dans son état naturel. Au moins, nous devrions nous attendre à ceci aussi longtemps qu’une société a suffisamment de compétition interne pour permettre à assez de ses membres d’avoir et de promouvoir d’autres points de vue. Après tout, les nombrilistes accros à la réalité virtuelle pourraient en vouloir plus, plus de masse et d’énergie (de pure) pour construire et faire fonctionner des ordinateurs plus puissants, et devraient vouloir s’étendre pour atténuer les catastrophes locales

\[Zuckerman 85\]

Un million d’années est une période courte à l’échelle cosmique, mais elle est plus que suffisante pour qu’un taux de croissance de la population anecdotique (> .001% / an.) submerge les limites physiques fondamentales sur la puissance de calcul disponible dans tout l’univers observable

\[Zaslavskii 96\]

. Ceci demeure vrai même en utilisant les trous noirs pour la néguentropie et des ordinateurs quantiques pour les calculs, dont chacun élève au carré les ressources disponibles par rapport aux approches standard. Ainsi, nous avons de bonnes raisons de partir de l’idée que toutes les ressources inutilisées seront colonisées sur des échelles de temps cosmologiques, même si nous trouvions d’autres civilisations avec qui communiquer ou vers lesquelles nous “téléporter”

\[Scheffer 94\]

"Filter Dregs", une BD en ligne sur le thème du Grand Filtre (cliquer pour y accéder)

La théorie évolutionniste suggère même

\[Hansson et Stuart 90\]

que la pression de la concurrence entre les colons devrait encourager à maximiser le taux de croissance économique pour que ceux qui voyagent trop lentement, s’attardent trop longtemps ou choisissent de ne pas se reproduire

\[Stephenson 79\]

soient dépassés par les autres. Des sondes de plus en plus rapides et prenant de plus en plus de risques doivent être lancées de plus en plus loin pour avoir une chance d’être le premier à coloniser un vaste territoire vierge.

Techniquement, une telle colonisation de l’espace semble possible, même si c’est bien au-delà de nos capacités actuelles étant donné que nous pouvons d’ores et déjà envisager les technologies requises. Des vaisseaux interstellaires autonomes lents seraient seraient à peu près faisables maintenant si nous étions assez riches pour les construire. Et des sondes rapides de moins d’un kilogramme

\[Forward 85,87\]

auto-reproductrices

\[Tipler80\]

basées sur les

\[Drexler 92b\]

dotées d’intelligence (artificielle ou

\[Hanson 94\]

) semblent possibles d’ici quelques siècles.

Il n’y a pas de limite évidente à la vitesse d’un vaisseau spatial (autre que celle de la lumière) si l’on dispose des ressources suffisantes. Et avec un contrôle total (nanotechnologique) de la structure atomique de la matière

\[Drexler 92a\]

, les colons seront principalement intéressés par les atomes et la néguentropie qu’ils pourront extraire d’un site de colonisation

\[Dyson 66,79\]

, ainsi que par la commodité de son emplacement.

Le Point de Donnée

Par conséquent, pendant le prochain million d’années (au plus), nos descendants pourraient avoir une chance envisageable (supérieure à un pour mille) d’atteindre un “point explosif” d’où ils s’étendront vers l’extérieur à une vitesse proche de celle de la lumière, pour coloniser notre galaxie, puis l’univers, en écrasant toute forme de vie moins développée sur son chemin. Le voyage à impliquerait une expansion encore plus rapide.

Nous nous attendons à ce qu’une telle explosion comble toutes les niches disponibles contenant des ressources massiques ou néguentropiques utilisables. Et même si la plupart des précieuses ressources sont situées entre les étoiles ou aux centres galactiques, nous devons nous attendre à ce que certains de nos descendants fassent usage de la plupart de la matière et des ressources énergétiques qu’ils pourront économiquement atteindre, y compris celles situées dans des systèmes solaires “marginaux” comme le nôtre et ceux proches du nôtre.

Une fois qu’une telle explosion dépasse l’échelle où une catastrophe unique comme une supernova pourrait la détruire, elle peut devenir une explosion “durable” de vie avancée qui ne peut être stoppée que par une autre explosion de vie avancée similaire. Après cela, si une catastrophe détruit une colonie établie de longue date, d’autres colons devraient bientôt revenir réessayer.

Sans voyages supraluminiques imposant une conformité, nous ne devrions pas être surpris par une grande diversité entre les différentes parties d’une explosion, et plus encore entre explosions différentes

\[Hoerner 78\]

. On s’attendra par exemple à différentes cultures, différentes langues, et de légères modifications du corps. Nous nous attendons cependant à une beaucoup moins grande diversité, en ce qui concerne les choix qui conduiraient une civilisation ou une entité à un fort désavantage concurrentiel en matière de reproduction.

Par exemple, si l’on peut imaginer des sondes prédatrices envoyés pour rechercher et détruire d’autres formes de vie

\[Brin 83\]

, il est plus difficile de comprendre pourquoi de telles sondes ne coloniseraient pas de manière agressive les systèmes qu’elles ont visités, si une telle colonisation était peu coûteuse. Une colonisation agressive donnerait aux sondes la possibilité de se multiplier, et d’interdire l’accès aux ressources par des compétiteurs. Si cet effort de colonisation pouvait cacher ses origines à ceux qui pourraient exercer des représailles, qu’y aurait-il à perdre?

De même, si certains groupes pourraient vraisemblablement laisser certains endroits “en jachère” comme “réserves naturelles” génératrices d’information

\[Fogg 87\]

, il est beaucoup plus difficile d’imaginer que la majorité des lieux serait ainsi préservée. Il devrait y avoir des des rendements décroissants à ces informations, et les groupes qui utilisent plus de leurs ressources devrait avoir un avantage concurrentiel. Et étant donné l’immensité de l’espace, des ressources substantielles devraient être utilisées pour empêcher des “braconniers” de se glisser dans une telle réserve pour la coloniser.

Enfin, nous nous attendons à ce que la vie avancée perturbe sensiblement les lieux qu’elle colonise. Chaque fois que les systèmes naturels ne sont pas idéalement structurés pour les besoins des colons, nous nous attendons à ce que des changements soient apportés. Et à moins que les structures idéales imitent toujours étroitement les apparences naturelles ou soient effectivement invisibles, nous nous attendons à ce que la vie avancée produise des changements visibles.

Par exemple, il suffit d’une petite quantité de déchets nucléaires déversés sur une planète pour changer visiblement son spectre

\[Whitmire & Wright 80.\]

Et une civilisation pourrait convertir assez d’astéroïdes d’une étoile en collecteurs d’énergie solaire orbitaux pour recueillir une fraction substantielle de cette production stellaire, et ainsi modifier sensiblement l’apparence spectrale, temporelle et spatiale de l’étoile. Les colons les plus avancés pourraient même démonter des étoiles

\[Criswell 85\]

ou les enfermer dans des en moins d’un million d’années après leur arrivée. Des galaxies pourraient même être complètement restructurées

\[Dyson 66\]

Si une telle vie avancée avait déjà substantiellement colonisé notre planète, nous le saurions. Nous saurions également savoir si elle avait restructuré une grande partie de la ceinture d’astéroïdes de notre système solaire (bien que de plus petites colonies pourrait être difficile à détecter

\[Papagiannis 78\]

). Et elle n’a certainement pas démonté Jupiter ou notre Soleil. Nous devrions même être au courant si elle avait agressivement colonisé des étoiles proches mais nous avaient conservés comme “réserve naturelle”.

Notre planète et notre système solaire, cependant, ne semblent pas substantiellement colonisés par une forme compétitive de vie avancée venue des étoiles, ni rien d’autre que ce que nous voyons. Au contraire, nous avons expliqué avec beaucoup de succès le comportement de notre planète et du système solaire, des étoiles à proximité, de notre galaxie et même d’autres galaxies par de simples processus physiques “morts” plutôt que par les processus complexes et finalistes de la vie avancée. Compte tenu de la similitude de notre galaxie avec les galaxies proches, il est même difficile de voir comment notre galaxie toute entière pourrait être une “réserve naturelle” parmi des galaxies sensiblement restructurées.

Ces considérations suggèrent fortement qu’aucune civilisation de l’univers passé n’a atteint un tel “point explosif”, à devenir la source d’une expansion à vitesse de la lumière par une colonisation en profondeur. (C’est-à-dire, aucune civilisation dans le d’un million d’années pour nous, voir l’ ci-dessous. Beaucoup de conséquences découlent de ce “point de donnée” unique

\[Hart 75, Tipler 80\]

Le Grand Filtre

Pensez à notre meilleure idée du chemin évolutionniste vers l’explosion qui conduit à une colonisation visible de la plupart de l’univers visible :

Le bon système stellaire, contenant des molécules organiques
Quelque chose d’auto-reproductif (par exemple, l’ \[acide ribonucléique|ARN\]])
Un simple organisme unicellulaire ( )
Des unicellulaires complexes ( et )
La reproduction sexuée
Organismes multicellulaires
Animaux utilisant des outils grâce à leur gros cerveau
Où nous en sommes maintenant
Explosion colonisatrice

(Cette liste d’étapes n’est pas censée être complète.) Le Grand Silence implique que l’un ou plusieurs de ces étapes sont très improbables; il y a un “Grand Filtre” le long du chemin entre les choses inertes et la vie explosive. La grande majorité vaste des choses qui commencent le long de ce chemin n’arrivent pas au bout.En fait, jusqu’à présent, rien parmi les milliards de milliards d’étoiles dans notre univers passé n’a parcouru l’entier du chemin. (Il se peut bien sûr qu’une telle explosion ait lieu en dehors de notre cône de lumière

\[Wesson 90\]

Le fait que notre univers semble fondamentalement mort suggère qu’il est très très difficile à une vie durable et avancée de s’établir. Et si il existait d’autres voies radicalement différentes à l’expansion de vie durable

\[Shapiro & Feinberg 82\]

, ça ne ferait qu’aggraver le problème, ce qui implique que le filtre le long de notre chemin doit être encore plus large.

Une histoire est fausse.

Les biologistes d’autres scientifiques ont travaillé dur pendant longtemps pour fournir des explications plausibles à chacune des étapes de l’évolution énumérés ci-dessus, explications qui ne rendent aucune étape particulièrement improbable. Des modèles plausibles ont été proposés sur la façon dont l’ARN a évolué pour se reproduire, comment de simples cellules (procaryote) se sont développées autour de lui, (eucaryotes), comment les cellules se sont réunies en organismes, comment le cerveau et les mains évolué à partir de simples mécanismes de contrôle, et comment notre cerveau et nos mains ont conduit à l’utilisation des outils et à la génération de scénarios qui nous ont menés là où nous en sommes aujourd’hui.

Ensemble, ces explications plausibles ont convaincu d’innombrables équipes de construire des estimations relativement élevés de la probabilité qu’une quelconque planète finisse par produire une vie intelligente comme la nôtre par des estimations relativement faibles de chaque facteur de filtre dans la célèbre “ ”.

De même, les “optimistes technologiques” ont utilisé des tendances économiques standard et notre compréhension des processus évolutifs pour soutenir la plausibilité de l’histoire mentionnée ci-dessus, selon laquelle nos descendants ont une bonne chance de coloniser notre système solaire, puis, au moyen de technologies de voyages spatiaux plus en plus rapides et fiables, coloniser d’autres étoiles et galaxies. Si c’est le cas, nos descendants ont une chance raisonnable d’atteindre le “point explosif” dans un laps de temps cosmologiquement court (disons un million d’années).

Bien sûr, beaucoup de gens ne considèrent pas ce scénario comme particulièrement “optimiste”; ils préféreraient que nos descendants choisissent une voie plus stable, moins susceptibles de “troubler l’univers”. Mais je vais continuer à utiliser le mot “optimiste” pour décrire ce scénario, parce que même les fanatiques de la stabilité devraient être préoccupés par les implications d’une humanité ne vivant pas assez longtemps ou n’étant pas assez libre pour avoir même une chance sur un million par exemple, qu’un seul de nos descendants puisse s’échapper et coloniser l’espace. Il semble que tout scénario raisonnablement non pessimiste comporterait une chance non négligeable qu’au moins certains de nos descendants puisse choisir la voie explosive au cours du prochain million d’années.

Bien que toutes ces histoires aient un minimum de plausibilité, notre principal “point de donnée” implique qu’au moins une de ces histoires plausibles est fausse : une ou plusieurs de ces étapes sont beaucoup plus improbables qu’elles n’en ont l’air. Si c’était l’une de nos étapes passées, comme le développement d’un unicellulaire, alors il ne faut pas s’attendre à voir une autre forme de vie ayant évolué indépendamment à moins de quelques milliards d’années-lumière de nous. Mais s’il s’agit d’une étape entre maintenant et le choix d’exploser qui est très improbable, nous devrions craindre pour notre avenir. À tout le moins, notre potentiel serait beaucoup moins élevé qu’il n’y paraît. L’optimisme (tel que défini ici) en ce qui concerne notre avenir est directement opposé à l’optimisme quant à la facilité des précédentes étapes de l’évolution. Dans la mesure où ces succès étaient faciles, notre incapacité future à exploser est presque certaine.

Notez que cette source d’inquiétude repose sur une base différente de celle des simples arguments statistiques de Gott

\[Gott 93\]

et Leslie

\[Leslie 96\]

selon lesquels, toutes choses étant égales par ailleurs, il ne faut pas s’attendre à ce qu’il y ait beaucoup plus d’humains à l’avenir que ce qu’il y en a eu dans le passé. Bien que ces arguments ne doivent pas être ignorés, leur force dépend beaucoup des hypothèses auxiliaires que l’on fait sur d’autres informations pertinentes. En revanche, la conclusion selon laquelle le Grand Filtre est très grand est relativement insensible à d’autres hypothèses.

Il importe de savoir qui a tort

Un optimisme rationnel quant à notre avenir n’est donc possible que dans la mesure où nous pouvons trouver de précédentes étapes évolutives qui soient vraisemblablement plus improbables qu’elles n’y paraissent. Inversement, sans telles découvertes, nous devons envisager la possibilité que nous avons encore à traverser une partie substantielle du Grand Filtre. Si c’est le cas, alors nos perspectives sont sombres, mais connaître ce fait peut au moins nous aider à améliorer nos chances.

Par exemple, si nos perspectives s’avéraient sombres nous devrions prendre particulièrement au sérieux les scénarios plausibles, comme une guerre nucléaire ou une catastrophe écologique, qui pourraient conduire à notre incapacité future d’exploser à travers l’univers. Une longue liste de tels sujets de préoccupation peut être trouvée dans

\[Leslie 96\]

. Notre point de donnée principal, le Grand Silence, nous dit qu’au moins un de ces scénarios est beaucoup plus probable qu’il n’y paraît.

Avec un tel avertissement en main nous pourrions par exemple prendre des précautions supplémentaires pour protéger nos écosystèmes, peut-être même à un coût considérable pour notre croissance économique. Nous pourrions même être particulièrement prudents en ce qui concerne la possibilité de détruire le monde par des expériences de physique. Et nous pourrions accorder une priorité bien plus élevée à des projets comme Biosphère 2, qui pourraient permettre à une partie de l’humanité de survivre à un grand désastre.

Pour savoir si un tel sacrifice est nécessaire, l’humanité ferait bien d’étudier tout ce domaine avec beaucoup plus de soin, compte tenu de toutes les explications plausibles du Grand Filtre. Pour encourager ces études, le reste de cet article tentera d’examiner l’état actuel de nos connaissances, en considérant tour à tour les différentes possibilités sur qui a peut-être tort, et les divers types d’indices qui pourraient clarifier la question.

Reconsidérer la biologie

Tout d’abord, examinons et reconsidérons nos connaissances en biologie, en gardant un œil sur les précédentes étapes de l’évolution qui pourraient être plus improbables qu’elles ne semblent.

Beaucoup d’hypothèses théoriques ont été proposées pour rendre diverses étapes de l’évolution relativement probables, du moins sur le long terme. Étant donné la complexité du sujet, cependant, ces hypothèses sont , de manière compréhensible, sommaires. Ainsi, la façon simpliste selon laquelle ces théories pourraient être fausses serait d’avoir ignoré certains facteurs et éléments importants. En règle générale, les modèles simples plausibles ne parviennent bien souvent pas à capturer l’essence de phénomènes complexes.

Il convient également de noter que de nombreux biologistes s’attendent à un grand filtre, et non un petit, entre la matière inerte et la vie intelligente utilisant des outils comme la nôtre. Ils se sont plaints que les astronomes qui estiment les facteurs de l’équation de Drake ne connaissent pas suffisamment la biologie, et ils notent en particulier que l’utilisation généralisée d’outils comme on en voit chez les humains n’est apparue qu’une seule fois, et pourrait être un accident très peu probable de l’évolution

\[Simpson 64, Mayr 85,95\]

Dans tous les cas, il s’avère que l’idée même qu’une partie significative du Grand Filtre réside dans notre évolution passée a des implications importantes qui peuvent nous aider à évaluer cette hypothèse

\[Carter 83, Hanson 96\]

Tout d’abord, distinguons deux types différents d’étapes évolutives. Appelons “discrète” une étape évolutive qui doit réussir dans un laps de temps donné, un échec impliquant un échec définitif , pour toujours. Par exemple, si un certain type de système solaire est requis, alors le succès ne peut se produire ici que si un tel système solaire se forme. D’autre part, appelons, “essais et erreurs” une étape qui ressemble à une recherche d’un optimum dans un terrain presque plat, où l’échec d’aujourd’hui n’affecte pas beaucoup les chances d’un succès demain. Les implications principales du Grand Filtre concernent les étapes du type “essais et erreurs”.

Considérons une situation où un certain nombre d’étapes “essais et erreurs” doivent être effectuées dans un certain ordre et dans une certaine fenêtre temporelle. Autrement dit, à chaque étape il y a une certaine probabilité uniforme par unité de temps d’achever cette étape, étant donné que l’étape précédente a été passée. Si la probabilité de terminer toutes les étapes pendant la fenêtre temporelle est faible, il s’avère que dans les cas où toutes les étapes ont été franchies, le temps moyen pour terminer chaque étape difficile n’est pas corrélé à la difficulté de l’étape!

Par exemple, disons que vous avez une heure pour ouvrir par “essais et erreurs” cinq cadenas à numéros à respectivement 1,2,3,4,5 rangées de 10 chiffres. Le temps moyen d’ouverture des cadenas serait respectivement de 0.01, .01, .1, 1, 10, et 100 heures. Alors, en considérant seulement les rares cas où vous avez ouvert les 5 cadenas en 1 heure, le temps moyen d’ouverture des 2 premiers serait .0096 et .075 respectivement, proches des temps attendus de 0.01 et 0.1 heure. Le temps moyen pour ouvrir le troisième cadenas serait cependant de 0,20 heures, et le temps moyen pour l’ouverture des deux derniers serait de 0.24 heure. Ce qui signifie que, étant donné un succès final, toutes les étapes difficiles, aussi difficiles qu’elles soient, prennent à peu près le même temps, alors que les étapes faciles prennent à peu près le temps attendu (voir ) Et toutes ces durées d’étapes (ainsi que le reste du temps) suivent approximativement une distribution exponentielle, avec un écart type d’au moins 76% de la moyenne. (Les modèles où la durée de la fenêtre temporelle est également aléatoire donnent des résultats similaires.)

Nous pouvons appliquer ce modèle à l’évolution de la vie sur Terre, en examinant les fossiles pour découvrir que les innovations majeures sont à peu près équidistantes. Une telle analyse peut compléter d’autres recherches pour trouver les étapes intrinsèquement difficiles, nécessaires et utiles dans l’histoire de l’évolution, comme l’ont tenté

\[Barrow et Tipler 86\]

Les archives fossiles montrent environ cinq périodes à peu près équidistantes entre les grands changements évolutifs depuis la Terre s’est formée

\[Schopf 92, Skelton 93\]

. Plus précisément, les premiers fossiles clairs d’unicellulaires datent de 0,9 milliards années après que la Terre se soit refroidie (il y a 4,5 milliards d’années), bien que d’autres indices suggèrent que la vie soit apparue après 0,5 milliards années déjà

\[Balter 96\]

). Les plus anciens unicellulaires complexes fossiles (apparemment eucaryotes) apparaissent environ 2,0 milliards d’années après cette première étape. 0,8 milliards années plus tard, le rythme de l’évolution accélère de façon spectaculaire, peut-être avec l’invention du sexe

\[Schopf 95\]

, puis 0,5 milliards années plus tard, nous voyons les premiers fossiles importants de la vie multicellulaire

\[Knoll 95\]

. Enfin,0,6 milliards années de plus nous emmènent là où nous en sommes aujourd’hui.

Bien que ces périodes ne soient pas exactement égales, elles sont à peu près compatibles avec la distribution (environ exponentielle) des durées entre les étapes difficiles prévues par le modèle d’ “essais et erreurs” ci-dessus. Certaines complications et mises en garde doivent cependant être considérées.

Tout d’abord, en supposant que la première étape se soit passée sur Terre, tout ce que nous savons vraiment est qu’il a dû se passer quelque temps entre le moment où la planète s’est refroidie suffisamment pour accueillir la vie et l’âge des plus anciens fossiles, qui se trouvent également être les plus anciennes roches connues où il était possible de voir de tels fossiles. Ainsi, tout ce que nous pouvons dire, c’est que cette première étape a pris entre 0,0 et environ 0,5 milliards d’années. Et puisque l’environnement de la Terre primitive était inhabituel, il peut y avoir eu une fenêtre spéciale d’opportunité pendant laquelle plusieurs étapes “discrètes” ont eu lieu.

Deuxièmement, l’apparition des premiers fossiles d’unicellulaires complexes correspond de près à la transition de la Terre vers une atmosphère dominée par l’oxygène, une transition qui semble avoir attendu la lente oxydation du fer des océans. Comme les eucaryotes ont besoin d’oxygène pour respirer, ils n’auraient probablement pas pu se répandre avant ce point. Donc, une difficile étape “essais et erreurs” n’a probablement pas eu lieu à cette époque. Une ou plusieurs étapes difficiles ont pu avoir lieu avant, mais dans des populations trop petites pour apparaître dans les archives fossiles. Le “potentiel” créé par ces étapes difficiles a pu avoir besoin d’un changement de l’environnement afin de “fleurir”.

Troisièmement, la fameuse explosion cambrienne d’il y a environ 0,6 milliards d’années a également coïncidé avec des modifications indépendantes de l’environnement, tels que la rupture d’un super-continent et la fin de la pire glaciation de la Terre. Si nous pensons aux évènements environnementaux comme étant aléatoires, nous pouvons modéliser ceci comme une double étape biologique / environnementale difficile : une étape biologique difficile a d’abord créé un potentiel, potentiel qui n’a pu être réalisé qu’après une étape difficile environnementale compatible ultérieure.

Enfin, la taille du cerveau par rapport à la taille du corps a augmenté régulièrement chez les mammifères et les oiseaux depuis l’extinction massive d’il y a 65 millions d’années (très probablement causée par un évènement extérieur comme un astéroïde) qui a éliminé la concurrence des dinosaures

\[Russell 83, Jerison 91\]

. Ainsi, si de grands cerveaux étaient l’étape difficile la plus récente, cette étape devrait être placée il y a environ 0,3 milliards années là où l’on retrouve l’ancêtre commun le plus récent des mammifères et des oiseaux, peu après l’invention de l’œuf (ce qui a permis aux animaux de coloniser la terre)

\[Ostrom 92\]

. Sinon, peut-être que la plus récente étape difficile a été le développement d’un langage potentiel chez les mammifères et non chez les oiseaux, un potentiel qui n’a pas été exploité jusqu’à ce que les cerveaux deviennent suffisamment grands. (Mayr semble penser que les oiseaux n’étaient pas à la hauteur de la tâche

\[Mayr 85\]

En rassemblant tout ceci, une meilleure estimation des étapes difficiles serait la suivante. Premièrement, une ou plusieurs étapes difficiles eurent lieu dans les premières 0,5 milliards d’années après que la Terre ait refroidi. Puis zéro ou plus étapes difficiles eurent lieu en attendant que le fer de l’océan s’oxyde. Ensuite, une ou plusieurs difficiles ont eu lieu au cours des prochaines 0,8 milliards d’années, la dernière (peut-être l’invention du sexe ou celle des cellules archées) ayant finalement libéré le potentiel d’affecter le registre fossile il y a environ 1,2 milliards d’années.

Une double étale biologique / environnementale a alors eu lieu au cours des 0,5 milliard d’années suivantes pour répandre la vie multicellulaire puis, 0,3 milliard d’années plus tard, l’étape difficile de l’invention de l’œuf amniotique eut lieu. Enfin, au cours des dernières 0,3 milliard d’années, il n’y a eu soit aucune étape difficile et la génération continue de nouvelles possibilités, soit y a eu une étape difficile simple ou double, quelque chose comme l’invention d’un potentiel de langage des mammifères, qui a nécessité un évènement aléatoire (mais peut-être pas rare) de l’environnement il y a 65 millions d’années pour commencer à être libéré.

Un durée typique d’environ 0,3 milliards années entre étapes difficiles semble correspondre simplement à ces données. Et avec cette correspondance, il est alors naturel d’estimer à qu’une étape difficile a eu lieu au début de la vie, puis entre zéro et huit étapes jusqu’à la complexité, deux à trois étapes jusqu’au sexe, une double étape à la société, une étape berceau unique, et peut-être une étape finale jusqu’au langage. Dans l’ensemble, nous pouvons estimer grossièrement le total des étapes difficiles entre sept et neuf.

Ce modèle suggère un certain nombre de prédictions qui peuvent aider à le confirmer ou l’infirmer. Par exemple, ce modèle prédit que le temps restant jusqu’à ce que la fenêtre d’opportunité pour la vie sur Terre se ferme est d’environ 0,3 milliards années

\[Carter 83\]

. Ce modèle pourrait donc être confirmé par l’analyse astronomique pour ce qui concerne durées moyennes jusqu’à ce que la Terre subisse un effet de serre galopant, une glaciation irréversible, une trop forte teneur en oxygène pour la vie terrestre puisse persister, une grave instabilité du Soleil, une supernova proche, un énorme impact d’astéroïde ou une autre catastrophe liée au voyage du soleil à travers la galaxie

\[Barrow et Tipler 86, Leslie 96\]

Ce modèle implique également que, comme certaines étapes de l’évolution ont duré suffisamment longtemps, le temps réellement mis n’indique pas la difficulté des étapes. Ainsi, nous devrons utiliser d’autres indices pour trouver les étapes les plus difficiles parmi les difficiles. Enfin, ce modèle suggère fortement que nos ancêtres ont traversé au plus une étape “essais et erreurs” pendant les cent derniers millions d’années. Cette dernière étape peut cependant avoir nécessité une conjonction spéciale d’éléments, tels que de grands cerveaux et de bonnes mains apparaissant chez le même animal en même temps. (Ces prédictions supplémentaires de ce modèle n’ont pas été publiés ailleurs à ma connaissance.)

A ces environ neuf étapes biologiques difficiles nous pourrions ajouter deux autres étapes discrètes (aléatoires, mais pas du type “essais et erreurs”): une étape initiale pour que la bonne sorte de planète orbite autour du bon type de soleil, et une étape finale où l’humanité réussit, ou se détruit prochainement. Ensemble, ces onze étapes pourrait expliquer le Grand Filtre si la moyenne (logarithmique) de chaque filtre variait au moins d’un facteur cent. Autrement dit, il pourrait y avoir en moyenne, soit une chance d’un pour cent de passer une étape discrète, ou un temps attendu de 30 milliards d’années pour terminer une étape “essais et erreurs”.Evidemment, le Grand Filtre n’a pas besoin d’être réparti uniformément entre ces étapes; seule la question insidieuse de la proportion du filtre qui reste dans la dernière étape motive notre analyse.

L’indice récent de vie unicellulaire sur Mars

\[McKay. al. 96\]

est pertinente pour reconsidérer les étapes préalables à la vie unicellulaire. S’il y a vraiment eu de la vie unicellulaire au début de l’histoire de Mars, et si nous trouvons qu’elle était assez différente pour impliquer qu’elle ait probablement évolué indépendamment de la vie sur Terre, et à moins que la Terre et Mars aient partagé le même environnement inhabituel, l’étape totale depuis “matière inerte autour du bon soleil” jusqu’à “unicellulaires” doit être assez facile. Un optimisme futur pourrait alors être fondé sur d’autres étapes antérieures.

Si la vie a évolué sur une de ces planètes, et a été propagée à l’autre via une panspermie locale, alors nous n’en savons pas beaucoup plus qu’auparavant. Mais si la vie unicellulaire a commencé avant notre système solaire, et s’est répandue ici via un panspermie plus large

\[Crick 73, Weber & Greenberg\]

, alors ça pourrait aider. Il pourrait alors y avoir eu beaucoup plus d’étapes difficiles par “essais et erreurs"prenant peut-être dix milliards d’années. Cela semble particulièrement plausible étant donné la complexité étonnante de la vie primitive que nous voyons, et que cette vie ait survécu pratiquement inchangée jusqu’à ce jour.

Ce scénario de panspermie large permet aussi aux étapes antérieures à la vie unicellulaire d’être plus improbables dans une région donnée de l’espace, mais au prix de rendre l’étape suivante d’autant plus probable en offrant davantage d’endroits d’où commencer. Une panspermie large d’unicellulaires complexes pourrait également être possible mais semble moins probable étant donné que de telles formes de vie semblent moins robustes face aux environnements extrêmes, et davantage ajustées à l’environnement terrestre

\[Crick 81\]

Prometheus : un film décevant sur de bonnes idées…

Des signaux radio émis par des intelligences extraterrestres serait bien sûr des informations riches sur sur la taille complète du filtre jusqu’au point où ces signaux sont possibles. Non seulement cette information aiderait à cerner nos hypothèses biologiques, mais ce serait apparemment aussi de mauvaises nouvelles pour notre avenir explosif. Et plus l’origine de ces signaux serait proche, pire ce serait (voir cependant la discussion sur l’ “ ” ci-dessous). Inversement, des résultats négatifs serait de bonnes nouvelles, et cette perspective devrait encourager de telles recherches. Notez que ceci est le contraire de la justification habituellement offerte par , qui soulignent habituellement la valeur des informations que les extraterrestres pourraient nous envoyer.

La recherche sur SETI et l’évolution de la vie fait bien plus que satisfaire la curiosité intellectuelle : elle nous offre de l’information unique à long terme quant à l’avenir de l’humanité.

Reconsidérer l’astrophysique

Il y a aussi plusieurs façons dont nous pourrions reconsidérer notre compréhension de la physique et de l’astronomie pour aider à expliquer le Grand Filtre.

Une possibilité est que le voyage spatial et la colonisation rapide des étoiles et des galaxies est beaucoup plus difficile qu’il n’y paraît, et en pratique impossible, même pour des machines nanotechnologiques intelligentes. Le milieu interstellaire, par exemple, pourrait être beaucoup plus sévère que nous l’imaginons. Cela donne à penser que nous avons de bonnes chances de survivre, mais peu de quitter notre système solaire à une vitesse importante. Plus la vitesse maximale est faible, moins le Grand Filtre doit être expliqué.

Une autre possibilité est que l’univers est beaucoup plus petit que l’on croit, peut-être en raison d’une topologie non triviale, de sorte que notre cône de lumière passé contient beaucoup moins qu’il n’y paraît. Cela permettrait également de réduire la partie du Grand Filtre devant être expliquée.

Peut-être l’alternative physique la plus optimiste est qu’il serait relativement facile de créer de “bébé-univers” locaux de masse et de néguentropie illimitées, et que le processus de faire ceci très régulièrement empêche les colons spatiaux ordinaires de s’échapper de la zone, peut-être par l’intermédiaire d’une explosion de supernova locale. La portion du Grand Filtre que ceci pourrait expliquer ne dépendrait que de la régularité avec laquelle ces évasions de colons sont empêchées.

Il y a aussi trois alternatives astrophysiques “sauvant les apparences stellaires” qui pourrait expliquer pourquoi un univers apparemment mort serait réellement vivant, notre système étant un “zoo” isolé

\[Ball 73\]

Tout d’abord, l’ingénierie d’envergure comme les capteurs solaires en orbite faits à partir d’astéroïdes, les sphères de Dyson, et le démontage stellaire pourraient être impossibles en pratique, ce qui expliquerait pourquoi les étoiles proches ont l’air si naturelles. Deuxièmement, les structures qui utilisent le mieux ces ressources pourraient parvenir presque toujours à préserver les spectres naturels et d’autres apparences. Troisièmement, notre compréhension de l’astrophysique pourrait juste être fausse, de façon que les étoiles et les galaxies apparemment mortes qui nous entourent sont en réalité bien vivantes.

Encore une autre possibilité est que la vie avancée colonise principalement la “ ", laissant en friche les étoiles et la matière ordinaire que nous voyons. Ce scénario exigerait une version plus étendue de l’hypothèse du “zoo social” que j’appelle “zoo commun”, discutée ci-dessous.

Notre compréhension de la matière noire en tant que simple matière inerte progresse rapidement, et pourrait aider à confirmer ou infirmer cette possibilité. De récentes observations de

\[Bennett, et al. al. 96\]

indiquent que près de la moitié (et peut-être la totalité) de la matière noire dans notre halo galactique est constituée d’objets entre une masse solaire et un dixième de masse solaire, et relativement peu de dans la gamme en dessous jusqu’à la taille de la Terre. Le plus petit objet indépendant déjà , dans cette gamme est une naine brune de la masse de 20 à 50 masses de Jupiter qui a un spectre similaire à celui de Jupiter

\[Savage, Sahli, & Villard 95\]

, ce qui est compréhensible.

Repenser les théories sociales

Personnellement, je pense que la plus grande partie du Grand Filtre est susceptible d’être expliquée par les étapes dont je pense que nous comprenons le moins : les étapes de l’évolution biologique de la vie et de l’intelligence. Cependant, de nombreux spécialistes des sciences physiques se concentrent sur l’explication du filtre par les domaines dont ils semblent penser que nous comprenons le moins: les sciences sociales.

Les astronomes Sagan et Newman, par exemple, affirment que ce nous allons soit nous auto-détruire avec des armes nucléaires, soit apprendre à “vivre avec les autres groupes dans le respect mutuel” en perdant “nos prédispositions propres à la territorialité et l’agression. … Cette adaptation doit s’appliquer … avec une très grande précision, à … chaque individu de la civilisation” afin que nous devenions “moins susceptibles de nous engager dans un impérialisme galactique agressif.”

\[Sagan & Newman\]

De même, Papagiannis affirme que “ceux qui parviennent à surmonter leurs tendances innées vers la croissance matérielle continue de matière et la remplacent par des objectifs non-matériels seront les seuls à survivre à cette crise”, ce qui implique une galaxie “peuplé de civilisations stables sur le plan éthique et spirituel.”

\[Papagiannis 84\]

. Et Stephenson affirme que “Pour une intelligence véritablement avancée, la recherche de la qualité plutôt que de la quantité redondante serait primordiale.”

\[Stephenson 82\]

Maintenant, bien sûr que si une fraction substantielle des civilisations suivait de tels scénarios, ces théories pourraient expliquer une petite partie du Grand Filtre. Mais pour expliquer une partie substantielle du Grand Filtre, de tels scénarios devraient découler de situations telles que la nôtre avec une très grande fiabilité. Bien que cela soit logiquement possible, ces auteurs ne proposent aucune raison de s’attendre à une telle situation. Ces théories ressemblent donc plus à des vœux pieux qu’à des tentatives sérieuses d’expliquer le phénomène à l’aide de notre meilleure compréhension des sciences sociales.

Au contraire, alors que l’on s’attend à ce que des groupes temporairement puissants aient une plus forte tendance à la colonisation et à l’agressivité au combat, la vérification de ceci montre qu’il n’y a pas de corrélation connue entre ces facteurs, ni aucune raison théorique connue de s’attendre à une telle corrélation. Et même si un évènement ponctuel avait sélectionné une faible tendance colonisatrice, nous nous attendons à ce que de plus fortes tendances soient finalement re-sélectionnées si la variation était encore permise.

Les sociologues ont de bonnes raisons de s’attendre à ce que des populations en concurrence remplissent à la fois de nouvelles niches, et se détournent de guerres ayant de graves conséquences, et des sociologues qui ont étudié le sujet ont prévu de substantielle migrations interstellaires

\[Finney & Jones 85\]

Compte tenu de la confusion que ce sujet semble produire, il semble utile de mentionner qu’il ne faut pas mettre de grands espoirs sur l’idée que, puisque que nous avons le contrôle sur les processus génétiques, l’intelligence peut se libérer d’ “impératifs biologiques” et choisir de nouveaux buts. La mauvaise herbe ne colonise pas parce qu’elle a le but d’atteindre un impératif biologique. Les organismes biologiques ont toujours été libres de poursuivre leur but quel qu’il soit, et d’en inventer de nouveaux. Le fait est qu’en général les créatures dont les objectifs mènent à une reproduction maximale finissent par dominer l’avenir.

De même, le contrôle de l’homme sur la génétique va changer la façon dont la variation est codée, et accélérer considérablement le processus de variation, mais il ne va pas laisser l’homme échapper au processus évolutionnaire de base : la variation et la sélection. Éviter de ce processus exigerait un contrôle global de la reproduction, ce qui implique au moins qu’un gouvernement mondial fort régule les naissances, la croissance économique locale, et même la propagation des idées, avec un processus politique suffisamment anti-démocratique pour éviter que la variation et la sélection ne s’applique au processus politique lui-même.

Les hypothèses sociales suivantes, bien qu’apparemment peu probables, sont cependant au moins un peu plausibles et ancrées dans notre compréhension des sciences sociales.

Les scénarios sociaux les plus pessimistes sont ceux comme une guerre nucléaire massive ou une catastrophe écologique. Une telle guerre dévastatrice serait plus susceptible d’arriver avant la dispersion dans le système solaire, à moins qu’elle ne puisse détruire notre soleil. Et une catastrophe écologique devrait survenir avant notre capacité à transcender notre héritage biologique, par exemple l’intelligence des machines (artificielle ou téléchargée). Il semble possible, bien que peu probable, que seulement un monde sur un million de mondes à notre stade évite un tel destin. Comme ceci laisserait encore la plus grande partie du Grand Filtre à expliquer d’une autre manière, la perspective d’une telle possibilité est une forte motivation pour l’étude du Grand Filtre.

Un scénario similaire pourrait être une sorte de ruine sociale quelconque, du genre qui conduisit à la chute un certain nombre de civilisations anciennes relativement isolées (telles que l’Ile de Pâques), mais en beaucoup plus grave, de sorte qu’il ne reste rien qui puisse renaître de ses cendres et recommencer. Lorsque nous comprendrons mieux ces évènements historiques, peut-être serons nous en meilleure position pour écarter cette possibilité.

Un scénario de dévastation est implicitement compris dans la formulation habituelle de l’ équation de Drake. Pour les précédentes étapes de l’évolution, l’équation demande la probabilité pour que le système atteigne l’étape suivante, mais à notre niveau d’évolution, l’équation demande le temps prévu jusqu’à ce que la civilisation disparaisse, et une fois disparue elle est supposée ne jamais se rétablir.

Une approche différente conduisant à d’autres théories sociales est de réaliser que si nos descendants n’ont plus suffisamment de concurrence interne, le modèle évolutionniste n’a plus besoin de s’appliquer. Par exemple, si l’on est disposé à admettre un univers clos et que le voyage supraluminique à partir d’un point d’explosion est possible, on peut supposer que la première civilisation parvenue à un point d’explosion où que ce soit a du avoir un fort gouvernement central stable (comme la Chine impériale), qui a placé une très forte valeur de la préservation de l’aspect naturel de l’univers

\[Freiheit 93, Crawford 95\]

. En étant les premiers et en s’étendant très vite, ces défenseurs de l’environnement pourraient imposer leurs préférences à tous les retardataires.

Le voyage supraluminique pourrait être atteint par un “warp drive” comme dans

\[Alcubierre 94\]

. Des artificiels ne seraient pas suffisants pour s’étendre plus vite que la vitesse de la lumière parce que les extrémités des trous doivent se déplacer normalement. De “longs” trous de vers pré-existants pourraient cependant suffire.

Sans voyages supraluminiques, un scénario écologiste nécessiterait qu’une forte majorité des civilisations adhèrent d’une certaine manière à des valeurs écologistes, et qu’une politique écologiste n’impose pas à une civilisation du “laisser-aller” écologique un désavantage militaire qui l’empêcherait de tenir en respect ses concurrents. La taille moyenne et la densité des pouvoirs non-écologistes devraient également ne pas être en contradiction avec notre observation qui ne révèle pas de telles régions cosmologiques différentes.

Aucune théorie sociale particulière n’est nécessaire pour l’hypothèse du “zoo”

\[Ball 73\]

qui est livrée avec l’une des alternatives astrophysiques énumérées ci-dessus, qui impliquerait que les systèmes colonisés agressivement ressemblent à des systèmes naturels. Il est assez naturel de supposer que de petites fractions de l’espace seraient préservées comme réserves naturelles. Par contre on semble avoir besoin d’une théorie sociale particulière pour expliquer l’hypothèse d’un “zoo commun” selon laquelle toute la matière visible par nous a été mise de côté comme réserve naturelle.

La similitude des structures de la matière visible dans l’Univers observable devrait être expliquée par une préférence remarquablement commune pour la densité et la nature de ces réserves, et un manque généralisé de préférence pour tout “jardin” visible partiellement restructuré. Il faudrait de plus un effort remarquablement coordonné à large échelle pour punir les pouvoirs déviants qui pourraient essayer d’envoyer des signaux radio ou des sondes auto-reproductrices vers ces étoiles préservant la faune. Il faut par exemple considérer que l’énergie d’une seule étoile pourrait alimenter un signal intermittent à bande étroite détectable par la vie pré-explosive comme la notre dans l’univers entier

\[Gott 82\]

Je mentionne cette hypothèse du “zoo commun” non pas parce que je trouve qu’elle est particulièrement plausible, mais parce qu’elle figure parmi les scénarios les plus plausible je peux construire sans invoquer également des alternatives astrophysiques invoquant comme le voyage supraluminique. Il illustre également les extrêmes nécessaires à la construction d’explications purement sociales cohérentes du Grand Filtre.

Conclusion

Aucune civilisations extraterrestres n’a sensiblement colonisé notre système solaire ou des systèmes à proximité. Ainsi, parmi les milliards de milliards d’étoiles dans notre univers passé, aucune n’a atteint le niveau de la technologie et de croissance que nous pourrions bientôt atteindre. Ce seul point de donnée implique qu’un Grand Filtre se trouve entre la matière inerte ordinaire et la vie avancée explosive durable. Et la grande question est: où en sommes-nous dans ce filtre?

Pour soutenir l’optimisme quant à notre avenir, nous devons trouver des étapes particulièrement improbables parmi les étapes de l’évolution passée. Et en fait, nous pouvons trouver un certain nombre des candidats plausibles de groupes d’étapes biologiques difficiles par “essais et erreurs” : la vie, la complexité, le sexe, la société, le berceau et le langage. En présumant qu’il y a environ neuf étapes difficiles au total, le Grand Filtre pourrait s’expliquer si le temps prévu pour chacune de ces étapes était en moyenne (logarithmique) d’une trentaine de milliards d’années, si seulement un pour cent des étoiles pouvait accueillir ces étapes, et si nous avions seulement environ un pour cent de chances de ne pas nous auto-détruire rapidement (ou d’interdire de façon permanente la colonisation).

Alors que l’on pourrait aussi expliquer certaines parties du Grand Filtre par des approches inhabituelles de l’astrophysique ou des sciences sociales, ces hypothèses me semblent moins plausibles qu’une espérance de 30 milliards d’années pour franchir les étapes biologiques identifiées. Il y a cependant beaucoup de place pour des désaccords.

Plus la portion de filtre à laquelle nous faisons face est grande, plus l’humanité doit être prudente pour essayer d’éviter les scénarios négatifs. Afin d’effectuer des choix informés, nous ferions bien d’analyser toutes ces questions avec beaucoup d’attention et de recueillir des données plus pertinentes.

Heureusement, des progrès rapides ont été accomplis dans plusieurs domaines empiriques. L’astronomie de la matière noire pourrait bientôt confirmer ou infirmer l’hypothèse du “zoo commun”. De preuves de vie sur Mars pourraient bientôt indiquer la facilité des premières étapes de l’évolution de la vie.

D’autres progrès se poursuivent, à un rythme plus lent, mais encourageant. Une grande variété de recherches se poursuivent pour éclairer l’histoire des débuts de la vie sur Terre. La physique théorique étudie si le voyage supraluminique est possible. Et l’ingénierie spéculative contribue à estimer la faisabilité du voyage interstellaire et de grandes constructions dans le système solaire. Les astronomes et les modélisateurs globaux travaillent à évaluer combien de temps la Terre restera accueillante pour la vie (si on ne la détruit pas). Et les sociologues continuent à améliorer notre compréhension de ce qui pourrait susciter les tendances à la colonisation ou à l’auto-destruction

Il se pourrait que bientôt un vaisseau spatial puisse tester les théories de panspermie large, peut-être par la recherche d’unicellulaires dans les comètes. Et les chercheurs de SETI continuent à tester l’hypothèse selon laquelle la vie à notre stade est dense, de sorte que nous sommes toujours confrontés à un filtre énorme. (Ils pourraient aussi envisager la recherche de diffuseurs renégats de partout dans l’univers vers le “zoo commun”.)

Enfin, nous ferions bien de garder à l’esprit quelques aspects inhabituels de ce casse-tête du Grand Filtre. Tout d’abord, gardons à l’esprit sa nature interdisciplinaire. Bien qu’il puisse être réconfortant pour chaque discipline de prétendre que le Filtre doit sûrement se trouver dans une autre discipline de moindre réputation (à leurs yeux), ces litiges doivent certainement être appuyés par une analyse détaillée utilisant notre meilleure compréhension de ces disciplines. Il n’est plus acceptable que des astronomes prétendent simplement, sans autre analyse, que les gens vont perdre leur tendance à coloniser, pas plus qu’il n’est acceptable pour les biologistes de simplement déclarer que les astronomes ne peuvent pas savoir si l’univers est aussi grand qu’ils le prétendent.

Deuxièmement, il faut se méfier du phénomène du “ ” par lequel on qualifie de miracle tout ce que nous ne comprenons pas. Contrairement au célèbre ivrogne à la recherche de ses clés sous le réverbère, ici nous sommes tentés de conclure que les clés doivent se trouver dans quelque coin sombre que nous n’avons pas examiné, plutôt que de faire face à la conclusion désagréable que les clés peuvent être perdues à jamais.

Enfin, il faut nous rappeler que le Grand Filtre est si grand qu’il n’est pas suffisant de simplement trouver quelques étapes improbables; elles doivent être suffisamment improbables. Même si la vie ne se développe qu’une seule fois par galaxie, il reste à expliquer le reste du Filtre: pourquoi n’avons nous n’ai pas vu une explosion arriver ici depuis une galaxie quelconque de notre univers passé ? Et si nous n’arrivons pas à trouver le Grand Filtre dans notre passé, nous devrons le craindre pour notre avenir.

Remerciements

Je (Robin Hanson) remercie les personnes suivantes pour leurs commentaires: Curt Adams, Niklas Bostrom, Brandon Carter , John K. Clark, Mark Crosby, Bradley Felton, Eric Watt Forste , Sean , Hastings , Eugene Leitl, John Leslie , Sean Morgan , Pat Powers, Hara Ra, And Sandberg , Damien R. Sullivan , et Michael Wiik.

Annexe technique

Cette annexe contient une description plus précise de notre point de donnée unique, et un calcul de nouveaux résultats concernant les étapes difficiles de type “essais et erreurs” .

En ce qui concerne le point de donnée, examinons la probabilité cumulée F(t, dv) qu’un volume de l’espace dv donné (en expansiont cosmologique) aura contenu la première origine d’une voie évolutive qui résulte en une explosion (arrivant) au temps t depuis le big bang, et s’étendant pour coloniser et visiblement modifier la plupart de l’univers visible. (Plus précisément, laissons cette probabilité être contingente à l’univers survivant aussi longtemps dans son état physique familier, plutôt que, par exemple, subir une transition destructrice à un état de vide de plus bas niveau.)

Si ces probabilités sont indépendantes pour les petits volumes, le nombre attendu d’autres explosions arrivant ici jusqu’à T = l’âge de l’univers moins un million d’années est au minimum l’intégrale de F(t, dv) sur la surface du cône de lumière passé dont le sommet est un million d’années dans notre passé. En utilisant une approximation espace homogène (sans doute valide aux échelles cosmologiques), de telle sorte que F(t, dv) = F(t) * dv, on obtient:

$\int_{t=0}^{T}4\pi F(T-t)t^2dt$

Notre point de donnée unique donne une forte preuve probabiliste que cette intégrale ne vaut pas beaucoup plus de un. Cela implique que F(t) est très petit! Par exemple, si F est indépendante du temps, de sorte que F(t) = 1-e-f.t ou approximativement f.t pour f.t petit, alors f.T.(volume-moyen-par-étoile) n’est pas beaucoup plus grand que 1 / (nombre d’étoiles dans l’univers visible),soit environ 10 -22.

Maintenant, considérons N étapes difficiles de type “essais et erreurs” qui doivent être effectuées dans une fenêtre temporelle de durée W. Si la probabilité que l’étape i prenne moins que le temps ti est 1-exp (-fi.ti) ou environ fi.ti pour fi.ti petit, alors en supposant que tous les fi * W sont petits, la densité de probabilité jointe sur les différentes durées des étapes difficiles ti est environ le produit de tous les f i, indépendant de tout ti. Sous la condition que Σ ti< W et que tout ti>0, cette distribution traite donc tous les i à égalité, quel que soit fi. Ainsi sous condition de succès, toutes les étapes difficiles ont à peu près la même répartition des durées, quelle que soit leur difficulté. (Pour un traitement mathématique plus rigoureux , voir

\[Hanson 96\]

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Anneau-Monde et surpopulation

Sun, 28 Oct 2012 00:00:00 +0000

“ ” (“Ringworld”) de Larry Niven , est un bouquin de S.F. des années 1970 auquel je repense souvent. En première lecture, c’est un classique. En explorant la Galaxie, les Terriens ont rencontré deux autres espèces intelligentes, les et les . Après quelques siècles de conflits, ils vivent en paix et s’allient pour une mission d’exploration vers un système solaire qui révèle la présence d’une quatrième civilisation, inconnue.

Cette civilisation très avancée a “étalé” la matière de toutes les planètes du système pour construire un anneau entourant son étoile sur l’orbite habitable. La gravité est générée sur la face interne par la rotation de l’anneau. De très hautes chaines de montagnes continues bordent l’anneau pour empêcher l’atmosphère l’Anneau-Monde de s’échapper dans l’espace. Sur une orbite plus proche de l’étoile, d’immenses panneaux reliés par des câbles produisent l’alternance jour/nuit à la surface ce l’anneau. On voit tout ceci sur cette très jolie vidéo, avec les continents terrestres pour donner l’échelle de la chose:

Larry Niven se rapproche de la lorsqu’il calcule les de l’anneau, mais s’en éloigne lorsqu’il constate que la résistance des matériaux nécessaires dépasse de très loin celle du diamant ou du nanotube de carbone. Il doit inventer deux types d’ : le scrith constituant la structure de l’anneau et le nanofilament reliant les panneaux.

En passant, il y a un dicton Kzinti auquel je repense chaque fois que je vois un vaisseau spatial surarmé : “l’efficacité d’un moteur à réaction comme arme est directement proportionnelle à son efficacité comme moteur.” C’est vrai ça : pourquoi monter des petits lasers sur un énorme canon à particules ?

Mais je m’éloigne du véritable thème de l’Anneau-Monde et de la raison qui le rend vraiment intéressant : la .

Chacune des civilisations du livre de Larry Niven a trouvé une solution différente à la tendance naturelle de la vie à se multiplier de façon exponentielle:

les Kzinti ont développé un tempérament très agressif qui les fait s’entre-tuer en combats singuliers ou lors de guerres suicidaires
les Marionnettistes, grégaires au point de ne pouvoir envisager vivre sur plusieurs planètes, ont éloigné de leur Soleil leur planète surchauffée par la surpopulation et formé une avec les planètes dont ils extraient les ressources. Arrivés à 1000 milliards d’individus sur une planète, ils se sont résolus à introduire un contrôle des naissances draconien : seuls les individus particulièrement méritants sont autorisés à se reproduire.
les Terriens ont fini par devenir étonnamment sages : les femmes n’ont droit de donner naissance qu’à deux enfants. Si je me souviens bien, elles sont stérilisées après, à moins qu’elles ne gagnent à une loterie le droit de faire un troisième enfant pour maintenir la fécondité au . Ceci a une conséquence marrante quoique scientifiquement incorrect *: les femmes chanceuses se reproduisant plus que les autres, la chance devient un et donne naissance à des lignées de femmes chanceuses…
les mystérieux ingénieurs de l’anneau-monde ont énormément multiplié la surface habitable. En effet, la sphère étant la surface d’aire minimale enfermant un volume donné, vivre à la surface d’une planète sphérique utilise très mal la matière. L’Anneau-Monde, d’une masse comparable à celle de Jupiter offre une surface 26000 fois plus élevée que notre géante gazeuse, soit environ 3 millions de fois la surface terrestre. Avec des conséquences inattendues que je vous laisse découvrir en lisant le livre.

Dans un prochain article, nous verrons que la démographie humaine du 21ème siècle est assez différente de celle que Larry Niven pouvait imaginer en pleine “explosion démographique” , au moment où le commençait à envisager des limites à la croissance . Néanmoins, il me semble que le choix de “société durable” qui se profile pour nous se situe quelque part entre celui des Marionnettistes végétariens entassés sur une planète surchauffée et celui des Kzintis carnivores en guerre perpétuelle.

Mais si nous consacrons toutes les ressources de la planète à notre survie, nous serons irrémédiablement limités à une bloquée au fond de son . Ne sommes-nous pas devant un choix plus fondamental encore ? Ne devrions-nous pas réduire drastiquement (mais pacifiquement, par une politique mondiale de l’enfant unique étalée sur un siècle par exemple) notre population pour disposer des énormes réserves d’énergie et de ressources nécessaires pour partir, construire des et essaimer dans l’espace à la conquête de plus de ressources, d’énergie et de surface ?

The Return to Abalakin d’Alexander Preuss : un "vaisseau-monde" qui fait presque envie, non ?

Note*: la chance n’étant pas un caractère héréditaire, elle ne peut pas être un avantage sélectif.

Références:

Larry Niven (1970). Ringworld. Ballantine Books.
Larry Niven (2003). L'anneau-monde. J'ai lu.
Albert Jacquard (1993). L' explosion démographique: un exposé pour comprendre : un essai pour réfléchir. Flammarion.
Donella H. Meadows, Dennis Meadows, Jorgen Randers, Dennis L. Meadows, Behrens, William W., III, Dennis L. Meadows, Jørgen Randers (1972). The limits to growth: a report for the Club of Rome's project on the predicament on mankind. Universe Books.

Tiède fusion

Sat, 11 Jun 2011 00:00:00 +0000

Après avoir mis au point la soviétique, le futur Prix Nobel de la Paix inventa le dans les années 1950 dans l’espoir de dompter la . Ca fait bientôt 60 ans qu’on essaie de faire marcher ce truc. Dans le meilleur des cas, produira 500 MW de temps en temps dès 2020, après avoir coûté très cher. A moins que ce ne soit ou un descendant de la , d’autres projets colossaux. Ensuite il faudra encore quelques décennies pour industrialiser tout ça…

C’est beau une Z-machine, la nuit.

Mais dans tous les cas, comme , la réaction de fusion exploitée dans ces réacteurs est bien différente de . D’abord, elle produit des qui transformeront peu à peu la machine en déchets radioactifs. Ensuite, on n’obtient pas le tritium “simplement” en l’extrayant de l’eau. C’est …

La fusion D+T n’étant pas pour demain ni idéale, on pense déjà aux réactions de d’après-demain. Certaines réactions éjectent des protons qui pourraient théoriquement sans passer par la case thermique. D’autres, celles qui me font le plus rêver nécessitent de l’ , inexistant sur Terre ou l’ , mais présent sur la Lune ( ) et 10'000 fois plus abondant dans l’atmosphère d’Uranus, composée à 15% d’Helium. L’He3 est même , alors…

Ballons d’extraction de l’He3 dans l’atmosphère d’Uranus. Credit: Adrian Mann.

En revenant sur Terre, la réaction aneutronique la plus “simple” à réaliser et donc la plus étudiée consiste à bombarder du Bore-11 avec des protons, ce qui produit 3 Helium-4. La réaction se produit à une “température” encore 10x plus élevée que pour la réaction D+T, mais elle a été obtenue en 2005 avec un laser picoseconde. “pico” c’est 10 -12, et ça donne la durée de l’impulsion laser, longue de moins d’un millimètre… Le temps que le plasma chauffe, la réaction est donc plus courte que ça, et ensuite il faut probablement quelques heures avant de recommencer.

Donc la fusion aneutronique industrielle n’est probablement pas pour ce siècle. A moins que…

A moins que le marche vraiment.

Ces deux italiens de l’Université de Bologne ont effectué plusieurs d’un bidule nettement moins photogénique qu’une Z-machine, mais qui produit apparemment 10 kW de chaleur pour une consommation électrique de 600 W, en fusionnant de l’Hydrogène avec du Nickel, produisant ainsi du Cuivre !

Oui, mesdames et messieurs, la est de retour, ou plutôt la fusion tiède car le système est tout de même sous pression et plus chaud que la fumeuse expérience de Fleischmann et Pons de 1989. En théorie, ça ne peut pas marcher. Mais en pratique il y a eu des observations de transmutations sur des électrodes de nickel avant le papier de Rossi et Focardi , Rossi a déposé un brevet en 2008 pour commercialiser son système dès la fin de cette année 2011, et une partie de la communauté scientifique qui ne craint pas de se re-brûler les ailes analyse les explications possibles du phénomène, et en trouve .

Si le catalyseur d’énergie de Rossi et Focardi marche vraiment, ce serait un tsunami dans le domaine de la physique nucléaire, dans ses frontières avec la chimie, dans la production d’énergie et dans le paysage de Cadarache. Et Rossi et Focardi pourraient embaucher le roi d’Arabie Saoudite pour cirer leur pompes. A quelque part, ça serait trop beau. Ca ne se peut pas. Impossible.

Ma! Impossibile non è italiano, no ? Allora, vediamo …

Références

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Rossi Andrea, “ ” brevet WO/2009/125444
Christos Stremmenos, “ ”, 2011 Nuclear experiments blog

Les voyages temporels au cinéma

Sat, 23 Oct 2010 00:00:00 +0000

Il y a apparaissait la plus belle machine à voyager dans le temps du cinéma, la :

"Faut voir grand dans la vie, quitte à voyager à travers le temps au volant d’une voiture, autant en choisir une qui ait de la gueule!"

C’est l’occasion de faire une petite revue de films montrant des machines à voyager dans le temps, dans le contexte des articles précédents sur la et les .

Dans les “ ” et ses suites, le “convecteur temporel” consomme une puissance de 1.21 GigOwatt (sic…), soit une fraction de la pour faire sauter instantanément la DeLorean et ses passagers à une date pré sélectionnée.

A noter que tous les voyages dans le temps au cinéma se font par “sauts”, à une exception notable : la fameuse de 1960 et son , tirés du de 1895. Lorsque la machine se déplace dans la son occupant voit le temps défiler en accéléré où à rebours à l’extérieur de son engin, et la stoppe à la date choisie. Voyez ou revoyez cette magnifique séquence:

Le de [La Planète des Singes, version 1968](https://La Planète des singes (film, 1968).wikipedia.org/wiki/) effectue aussi un voyage continu et sans retour vers l’avenir, ce qui ne pose aucun problème théorique et n’est donc pas un vrai voyage dans le temps.

Par contre, l’excellent “[Contact](https://Contact (film, 1997).wikipedia.org/wiki/)” devrait à mon sens être considéré comme un voyage dans le temps, car la capsule occupée par Jodie Foster traverse un “trou de ver” où s’écoulent quelques heures, puis elle revient exactement à l’emplacement et au moment du départ de sorte que les observateurs ne s’aperçoivent de rien, au point de contester la réalité du voyage. De plus la machine est très belle :

Dans plusieurs films, la machine existe mais n’est hélas pas montrée. Ainsi dans les on voit un terrible robot du futur apparaître dans un festival d’effets pyrotechniques, mais on ignore pourquoi il doit revêtir la peau du gouverneur de Californie pour voyager dans le temps…

L’ ne s’étend pas non plus sur la machine proprement dite, et c’est le seul reproche que je ferai à ce film génial, car l’un des seuls représentant un “univers bloc” avec (sans machine) et (machine ressemblant à un chaudron de fromager vu le budget du film, en attendant le ). Sans dévoiler la chute de ces excellents films, disons simplement que ce sont les seuls dans lesquels le voyageur ne peut absolument pas modifier le cours des choses, contrairement à tous les autres films dans lesquels les interventions des voyageurs dans le passé influent sur l’avenir, le plus souvent en créant des “univers parallèles” ou des “bifurcations de l’espace-temps”.

Par exemple, je vies de voir (merci Stefano), film intéressant qui débute par la découverte du cadavre d’un voyageur temporel avant que le voyage n’ait lieu. On y voit cependant un prototype de machine envoyer une pomme 4 secondes dans le passé. La pomme apparaît donc “à double” à quelques centimètres de son point de départ avant que l’opérateur n’appuie sur le bouton lançant l’expérience, et lorsqu’il le fait elle disparaît de son point de départ. Mais qu’arriverait-il s’il n’appuyait pas sur le bouton une fois la pomme apparue ? Et bien dans ce cas c’est la pomme voyageuse qui disparaît au moment où il aurait du le faire. Appuyer sur le bouton, ou ne pas appuyer, ce choix binaire crée deux futurs possibles. Simple, non ?

D’ailleurs, il n’y a pas forcément besoin d’envoyer physiquement un voyageur dans le temps pour créer un paradoxe, la transmission d’information suffit. Ainsi dans “ ” et “ ”, des machines permettent de voir ce qui va se produire dans l’avenir, et évidemment d’agir pour infléchir ce futur. Dans “ ”, le fonctionnement de la machine est même décrit comme “optique”, consistant à observer “des rayons lumineux ayant dépassé la courbure de l’univers”… Inutile de dire que la physique n’est pas le point fort du film.

D’ailleurs, parmi les , seule une petite moitié fait intervenir une technologie de science-fiction. Beaucoup de films sont plutôt basés sur le magique ou le fantastique, comme

”, où deux personnages vivant à quelques années de différences s’échangent des messages à travers une boîte aux lettres
“ ”, où le héros reçoit le journal du lendemain, sans explication
“ ”, où des mutants voient les crimes qui auront lieu dans un futur proche grâce à un don parapsychologique
la “tempête électromagnétique” de ou la version de par exemple.
la potion magique des “ ” ou la baguette d’ “
le pouvoir psychique mystérieux comme dans “ ”
”, où le héros condamné à revivre sans cesse la même journée par une force surnaturelle
, où l’héroïne vit inexplicablement les jours d’une semaine dans le désordre
etc.

A quand un film basé sur une machine à voyager dans le temps “moderne” comme par exemple ? Lucas, Spielberg, Cronenberg, Zemeckis, can you read me ?

La reconnaissance vocale est morte : pet à son âme.

Sat, 26 Jun 2010 00:00:00 +0000

D’après “2001 l’Odyssée de l’Espace”, nos ordinateurs devraient comprendre notre voix depuis 9 ans. Depuis 1997, on trouve des logiciels de reconnaissance vocale pour PC, et depuis peu nos téléphones disposent de cette fonction. Mais on ne l’utilise pas. Je ne connais personne qui dicte ses e-mails, et vous ?

Comme tous les geeks j’ai essayé de temps en temps, parfois passé une heure à lire des textes d’apprentissage de la voix la plus monocorde possible à la nouvelle version d’un soft, et puis abandonné devant ses piètres performances. Ca ne marche pas, ou pas assez bien.

Robert Portner analyse cet échec dans “ ”, titre subtilement traduit en français dans le présent article.

Le problème, c’est qu’après une phase de progrès rapides à la fin du siècle passé, le plafonne à 10% depuis 2001 , soit environ le triple du taux d’erreur d’un être humain. Et encore, c’est pour l’anglais “standard”. Le taux d’erreur est bien plus élevé pour d’autres langues, et catastrophique pour une conversation entre supporters de foot à la sortie du match.

Source: National Institute of Standards and Technology Benchmark Test History (1)

Pourtant dans les années 1990, des systèmes très fiables avaient été mis au point pour distinguer quelques mots bien choisis dans des cockpits d’avion ou des chiffres au téléphone, et on s’était légitimement attendus à ce que la Loi de Moore permette de traiter rapidement le langage naturel. Et effectivement, aujourd’hui on sait bien reconnaitre des mots isolés. On sait à peu près éliminer les absurdités non conformes à la grammaire dans des phrases simples comme “le chat ment je la sous rit.” Mais pour distinguer entre “le chas mange la souris”, “le chat mange là, sous l’riz” et “le chaman gela, sourit” et , il faut comprendre le sens de la phrase, voire le contexte dans lequel elle est prononcée…

Si l’ordinateur doit connaitre la différence entre un quadrupède carnivore et le trou d’une aiguille pour traiter une phrase triviale, on imagine que ce n’est pas demain qu’on dictera des contrats* ou des rapports à une machine. De gros projets ont été lancés par des poids lourds de l’informatique pour tenter de modéliser la connaissance humaine. Par exemple le projet MindNet de Microsoft a analysé des millions de pages de textes existants pour construire un graphe sémantique gigantesque, duquel il ressort effectivement que dans une phrase comportant “chat” et “souris”, . Un tel graphe peut certainement être utile en car on dispose d’un texte de départ, mais pour la reconnaissance vocale il faudrait étendre le graphe à la structure des phrases utilisées en conversation courante, qui peut être bien distincte du langage écrit. Et pour faire ça automatiquement, il faudrait la reconnaissance vocale…

Comme le note Portner, on pensait au début que la reconnaissance vocale était un premiers pas vers l’intelligence artificielle. Aujourd’hui de nombreux chercheurs estiment que l’intelligence artificielle est indispensable pour atteindre une reconnaissance vocale de qualité acceptable . Les gros projets de recherche ont été abandonnés les uns après les autres, bloqués devant le mur si bien décrit par les sur l’intelligence artificielle comme:

“Une année de travail sur l’intelligence artificielle est suffisante pour vous faire croire en Dieu”

Le nombre de recherches sur “reconnaissance vocale” ou “ ” sur Google baisse régulièrement depuis 2001. Comme aucune idée fondamentalement nouvelle ne vient relancer la recherche, la reconnaissance vocale est morte, en toute discrétion.

Note* : me rappelle l’histoire de la secrétaire d’un célèbre ingénieur de la génération disctaphone qui avait commandé “310 mètres d’isolation entre 2 étages” au lieu de “3 centimètres” . Ca c’est avec les 2% d’erreurs de transcription humaines…

Références:

Microsoft Research :
Janet M. Baker et al. " ", IEEE Signal Processing Magazine \[75\]MAY 2009

Hardware, software, tabula ?

Sat, 10 Apr 2010 00:00:00 +0000

Au début, tout était clair : un ordinateur était un assemblage de circuits électroniques formant le , piloté par du définissant la séquence d’opérations à effectuer. Et puis tout est devenu compliqué.

Charles Babbage, inventeur de la première machine programmable, et Ada Lovelace, auteur du premier logiciel

D’une part, pour réaliser des opérations plus complexes, il est apparu plus simple de les “ ” : les puces des processeurs incorporent du logiciel “figé” qui décompose chaque instruction du en opérations encore plus simples.

D’autre part, les permettent désormais de réaliser des circuits électroniques très complexes par programmation. A l’aide d’un langage spécifique comme , on décrit le fonctionnement du circuit, puis un compilateur génère des données que l’on écrit dans le circuit comme dans une mémoire afin de le configurer comme souhaité. De plus en plus de puces trônant dans vos téléphones portables, appareils photo, voitures ainsi que dans toutes les machines industrielles imaginables sont de ce type. On peut ainsi y implanter des fonctions spécifiques à l’application s’exécutant de façon extrêmement rapide, et au besoin adjoindre sur la même puce, par programmation toujours, un “ ” permettant d’exécuter un logiciel traditionnel. Bref, maintenant on peut programmer un circuit vierge pour qu’il se comporte comme un microprocesseur microprogrammé programmable, vous me suivez ?

Les circuits “PLD” peuvent être programmés une fois pour toutes, éventuellement reprogrammés de temps en temps à l’instar d’une mémoire flash. Les , plus récentes, se programment comme des mémoires RAM, et sont donc reprogrammables souvent et rapidement.

L’étape suivante pourrait être de les reprogrammer en fonctionnement. C’est ce que propose l’entreprise avec sa technologie “3D Spacetime” incarnée dans ses circuits . Ces circuits peuvent être reprogrammés des milliers de fois par seconde et peuvent donc réaliser sur une seule puce des fonctions qui auraient nécessité plusieurs circuits très différents.

En quelque sort, Tabula réalise l’équivalent de puces “multicouches” en empilant des surfaces de silicium selon la dimension du temps. On peut objecter que ceci réduit d’autant la vitesse des circuits, mais d’autre part, on peut optimiser la surface de silicium réellement utilisée à chaque étape, par exemple pour traiter plus de données en parallèle. Point non négligeable, cette technologie réduit aussi beaucoup le coût de l’interconnexion des puces : on remplace des connecteurs en or et du circuit imprimés multicouches par des bits de données. Bientôt un PC au format d’une boite d’allumette, voire au même prix ?

Plus ça avance, plus la me semble avoir encore de beaux jours devant elle. Merci à Malcolm pour avoir renforcé mon optimisme en me parlant de Tabula. Et peut-être bien que j’achèterai quelques actions quand ils seront cotés…

Pour quoi retourner sur la Lune?

Sat, 18 Jul 2009 00:00:00 +0000

Le 20 juillet 1969, j’avais 5 ans et mes parents m’ont exceptionnellement permis de rester debout pour suivre l’alunissage d’Apollo 11 et les premiers pas d’Armstrong et Aldrin sur la Lune. Ces images restent d’autant plus gravées dans ma mémoire qu’à l’époque, mon avenir était tout tracé : je serai astronaute!

Les choses étaient claires : au rythme où la conquête spatiale avançait dans les années 1960, on irait en vacances sur la Lune en 2000 après avoir pris un vol stratosphérique Genève-Miami si on avait les moyens de ne pas se trainer en Concorde… Finalement, “astronaute” allait devenir une profession trop commune, alors j’ai laissé devenir le premier astronaute suisse.

40 ans plus tard, il n’y a que 12 humains à avoir passé quelques heures sur la Lune. Au 10 décembre 2006, seuls 1000 personnes avaient échappé à l’attraction terrestre, totalisant tout de même près de 82 années de missions spatiales. Il faut dire que ça coûte cher : le a coûté l’équivalent de 200 milliards de dollars actuels, la 30 milliards + 1 milliard pour chacun des 130 vols effectués jusqu’ici, la ISS environ 100 milliards. Avec les programmes russes, européens et chinois, le coût total de la “conquète spatiale” par les humains doit dépasser les 700 milliards de dollars, et quelques dizaines de vies humaines, accessoirement.

Qu’a rapporté cet investissement gigantesque :

382 kg de cailloux lunaires très instructifs.
Quelques drapeaux américains plantés sur la Lune, d’une valeur patriotique inestimable en période de guerre froide.
La réparation et modernisation de quelques satellites en orbite comme Hubble, qui auraient été perdus sans ça
Beaucoup d’expériences sur la vie en apesanteur et dans l’espace, dont ma préférée est celle-ci:
Beaucoup de déceptions aussi : aucune usine de l’espace ne produit les matériaux ou les médicaments qu’on nous avait promis
Mais aussi et surtout …

Les “retombées technologiques”

La quantité de technologies qu’il a fallu développer pour envoyer un véhicule habité dans l’espace est proprement astronomique. Les micro-ordinateurs, les piles à combustibles, les matériaux composites, les systèmes de recyclage d’eau et d’air et un nombre énorme de gadgets divers.

Une des retombées inattendue dont j’ai entendu parler directement par son inventeur est l’ . Andrew nous a expliqué que ses travaux sur la transmission de données en milieu bruité remontaient à la télémétrie des premières fusées. Aujourd’hui ses algorithmes sont gravées dans le silicium de nos téléphones portables.

Ce sont ces retombées technologiques qui ont permis aux contribuables d’accepter le coût pharaonique des missions habitées. Mais pour retourner sur la Lune aujourd’hui, il n’y a plus besoin de développer de nouvelles technologies : elles existent. Le revient même plutôt à la technologie d’Apollo qu’à celle de la navette.

En fait c’est même pire que ça : les technologies issues du spatial ont tellement progressé qu’il est aujourd’hui difficile de justifier l’envoi d’humains dans l’espace. On peut désormais presque tout réaliser avec des missions automatiques, beaucoup moins couteuses et qui n’exigent pas de mettre le drapeau national en berne pendant 3 jours en cas d’échec.

Pratiquement toutes les technologies spatiales dont nous bénéficions directement (météo, GPS, télévision etc. ) viennent de satellites artificiels et tout ce que nous savons aujourd’hui du système solaire nous a été communiqué par des dizaines de sondes comme Voyager, , et toutes les autres.

Au total les missions automatiques ont couté à peu près autant que les vols habités mais en terme de résultats scientifiques et économiques, les robots sont 10 à 100 fois plus productifs que des astronautes.

Alors retourner sur la Lune ?

Une enquête de la NASA a répertorié intéressantes à faire sur la Lune, réparties en .

connaissances scientifiques : installation d’instruments de mesure, de télescopes et d’expériences de physique
expansion économique : systèmes d’observation et de mesure de la Terre fournissant des données commercialisables, pour beaucoup en relation avec le climat
civilisation humaine : recherche de sites et de matières permettant l’implantation d’une base habitée permanente
préparation à l’exploration : recherche de sites et de matières permettant le lancement de missions plus lointaines
partenariat global : collaborations avec d’autres organisations ou pays (il y en a 10 sur 181…)
engagement public : actions (30 sur 181…) permettant d’impliquer la population, comme des webcams sur la Lune ou des manifestations sportives à faible gravité

Après un survol rapide des 181 “objectifs lune”, il me semble que les seuls qui demandent réellement une présence humaine sur la Lune sont ceux dont le but est de permettre une présence humaine sur la Lune… Les objectifs scientifiques et économiques représentant la grande majorité des 181 raisons d’aller sur la Lune peuvent pratiquement toutes être réalisées par des missions automatiques dès aujourd’hui.

Pour justifier le coût colossal d’une base habitée sur la Lune, il faudra trouver un réel retour sur investissement économique. Outre le tourisme de milliardaires, ce sera peut-être un jour l’ lunaire qui alimentera nos centrales à , mais cette éventualité est encore bien lointaine.

Références

NASA “ ”, 2006
Françoise Harrois-Monin “ , 21/09/1995, L’Express
, Le Matin, 17 juillet 2009

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)

Manicore

Sun, 15 Feb 2009 00:00:00 +0000

Jean-marc Jancovici

Je m’étais lancé dans un article fleuve sur le CO2, les énergies du futur et leur liens avec l’économie mondiale… Et puis j’ai réalisé que tout ce que j’avais à en dire figure déjà sur un site absolument génial : .

C’est le site de , ingénieur conseil indépendant spécialiste de ces domaines, mais surtout capable de les vulgariser très efficacement grâce à un style décontracté, souvent amusant, ou l’auto-dérision côtoie les informations les plus sérieuses et fiables . Il est un des auteurs de la méthode “ de l’ADEME, un de ses , et vient de publier deux livres de plus

\[4\]\[5\]

Manicore.com détaille plusieurs sujets déjà esquissés sur Dr. Goulu comme une (c’était ), l’ ( ), le ( ), le (j’en ai causé ), les ( ), le (c’était ), les (encore ) plus évidemment une foule d’autres avec abondance de données chiffrées, de graphiques parlants et de sources citées.

A part cela Jean-Marc Jancovici bouleverse aussi beaucoup les idées reçues, par exemple sur ou le , et les solutions qu’il préconise sont aussi peu populaires que douloureusement inévitables selon lui : induite par une sur les combustibles fossiles, avec maintien voire dans l’intervalle.

Personnellement je ne suis pas encore convaincu que l’ (ci dessous) n’admette pas d’autre solutions que les siennes.

Emissions de gaz carbonique = Contenu en gaz carbonique de l’énergie * Efficacité énergétique de l’économie * Production par personne * Population

En particulier, il me semble que l’efficacité énergétique (produit des deux premiers facteurs, donc le CO2/$ PIB) a encore une large marge de progression. La , soit un score situé entre le Salvador ou la Papouasie Nouvelle-Guinée, alors que la France est à 0.78, les USA à 1.77 et la Chine à 2.03, ce qui laisse une bonne marge de progression.

De plus, le dernier terme ne doit pas être négligé : pourquoi taxer le CO2 et continuer à favoriser la natalité ? Loin d’envisager des mesures drastiques à la chinoise ou de souhaiter guerres ou épidémies, je m’interroge : pourquoi mes voisins français sont-ils si fiers de détenir le ? C’est anti-écologique ! Si on ne réduit pas la population, il y aura tout simplement plus d’humains à se partager les mêmes ressources limitées…

Bref, le site Manicore.com est une mine indispensable d’information et de réflexion sur les problèmes économico-écologiques du monde, à visiter et à bookmarker d’urgence.

On y trouve même une de circonstance en cette année Darwin.

Le seul défaut de Manicore.com est de ne pas être un blog, donc de ne pas offrir de flux RSS pour être informé des nouvelles publications (il y a bien un vieux système de newsletter…) Aussi ai-je utilisé le service gratuit de * pour créer un flux RSS à partir de la page web listant les nouveautés, et ça marche ! Le .

(*avant j’utilisais PonyFish.com mais ce service a été supprimé, puis FeedEyes qui ne marchait plus bien…)

Les livres:

Hervé le Treut, Jean-Marc Jancovici, “ ”, 2001 (réédité en 2004 ), Flammarion
Jean-Marc Jancovici (2002). L'avenir climatique. Seuil.
Jean-Marc Jancovici, Alain Grandjean, “ ”, 2006, Seuil (réédité en poche en 2008 )
Jean-Marc Jancovici, “ ”, 2009

Les dimensions de La Machine

Sat, 29 Nov 2008 00:00:00 +0000

Vu cette passionnante , disponible aussi sur YouTube :

Le début reprend des chiffres et notions de “ ”, un article sur le blog de Kelly qui commence par ce postulat :

La prochaine étape dans l’évolution technologique humaine est un unique ordinateur/réseau/pensant de dimension planétaire. Cet ordinateur planétaire sera la plus grande, complexe et chère machine jamais construite. Ce sera aussi la plateforme principale du monde des affaires et de la culture. Le web est l’OS (système d’exploitation) initial de cette nouvelle machine globale, et tous nos gadgets personnels seront des fenêtres (windows…) donnant sur son coeur. Les gadgets futurs seront des portes sur la même machine unique. Concevoir des produits et des services pour cette nouvelle machine demande un état d’esprit unique.

Puis il donne quelques dimensions de La Machine : aujourd’hui, elle contient environ

1.2 milliards d’ordinateurs personnels ,
2.7 milliards de téléphones portables ,
1.3 milliards de téléphones fixes ,
27 millions de serveurs ,
et 80 millions de PDA sans fil.

Au total, les microprocesseurs fournissant la puissance de calcul totalisent environ 1018 transistors ( un milliard de milliards de transistors). Kevin Jelly se risque ensuite, un peu trop à mon avis, à comparer ce nombre aux 100 milliards de neurones d’un cerveau humain , où les quelque 55'000 milliards de liens du web (900 milliards de pages web contenant en moyenne 62 liens ) seraient analogues à des synapses.

Kelly évalue ensuite la bande passante de La Machine en comptant:

196 milliards d’emails (y compris les spams….) envoyés chaque jour . Soit 2.2 millions par seconde, ou une fréquence d’envoi de 2 megahertz.
1012 sont envoyés par an . Ca correspond à 31'000 per second, ou 31 kilohertz.
14 milliards de messages instantanés sont échangés par jour , soit 162 kilohertz.
Le nombre de requêtes de recherche correspond à 14 kilohertz .
Les liens sont cliqués à la fréquence de 0.52 megahertz .

En fin de compte, tout ceci donne environ 7 terabytes par seconde de bande passante internationale

Il y avait environ 5 exabytes (1018, ou 260) d’information stockée dans le monde en 2003 , mais la plupart était gardée hors-ligne, sur papier, film, CD et DVD. Depuis, le stockage en ligne a proliféré. Aujourd’hui, la mémoire totale de la machine contient environ 246 exabytes d’information (246 milliards de gigaoctets!). Cette capacité devrait atteindre 600 exabytes en 2010 .

A cela on peut ajouter les flux audio et video qui ne sont pas stockés de manière permanente. Ils sont estimés à 255 exabytes en 2007 , soit plus que le contenu stocké, et il est prévu que cet écart va s’accentuer de 20% par an.

Pour son fonctionnement, La Machine consomme approximativement 800 milliards de kilowatt.heures par an, soit 5% de la production globale d’électricité .

Kevin Kelly insiste sur le fait qu’ “un problème que nous avons en parlant de La Machine est que ses dimensions excèdent de beaucoup celles auxquelles nous sommes habitués, donc nous n’arrivons pas à nous rendre compte de sa taille”. Par exemple, une bibliothèque très complète contient environ 10 terabytes d’information, un volume très faible pour La Machine. Ca tiendra sur votre iPod dans 10 ans et ca se transmet en une seconde à l’autre bout du monde. Comment mesurerons nous le traffic dans 15 ans ?

Considérant que la puissance totale de La Machine actuelle est proche de celle d’UN cerveau humain ( et d’autres comparaisons , Kelly propose d’utiliser le “HB” (human brain) comme unité de mesure pour les prochaines années. Si la croissance rapide imposée (ou mesurée…) par la Loi de Moore se poursuit encore quelques décennies ( ), entre 2020 et 2040, La Machine atteindra la puissance de calcul de l’Humanité.

Références:

" " sur clickZ
" ", Portio Research
" ", CIA
Jonathan G. Koomey, “ ”, AMD, February 15, 2007
" ",
, “ ”, December 17, 2006
Andrei Z. Broder, Marc Najork, Janet L. Wiener, “ ”, WWW2003, May 20–24, 2003, Budapest, Hungary.
" "
" "
“ ”, InternetNews.com, July 19, 2005
Kevin Kelly “ ”
" ", Primetrica, 2007
et al. “ ”, Université de Berkeley
" - An Updated Forecast of Worldwide Information Growth Through 2011", IDC
Kevin Kelly “ ”, 17 octobre 2007

Autres articles sur ce thème

(basé sur la référence \[15\]ci dessus)

Loi de Moore ... toujours ?

Thu, 19 Jun 2008 00:00:00 +0000

Le premier ordinateur capable d’effectuer un million de milliards d’opérations par seconde (un petaflop) fait “bip-bip” depuis quelques jours. Le supplante ainsi le “BlueGene/L d’IBM aussi, vieux d’une année seulement et qui plafonnait à 0.476 petaflop.

D’après les mesures de qui répertorie les 500 plus puissants ordinateurs de la planète, leur puissance augmente avec une régularité de métronome depuis plus de 30 ans, décuplant en 4 ans, donc doublant en un peu moins de 18 mois.

En ce qui me concerne, c’est assez facile de me représenter cette fantastique croissance : mon PC de bureau actuel correspond assez bien au alors que j’y étudiais en 1986. A l’époque c’était un honneur assez étroitement surveillé d’avoir le droit de faire tourner un programme dessus. Maintenant, il sert de siège dans un couloir.

Selon top500.org et d’autres sources, la progression devrait se poursuivre en tout cas encore une décennie : on devrait avoir un ordinateur de 10 pétaflops en 2012 et un de 100 en 2016, en attendant un “roadrunner de bureau” aux alentours de 2028.

La raison de cet optimisme tient au fait que la puissance des ordinateurs résulte de la combinaison favorable de plusieurs facteurs, et que lorsqu’on s’approche d’une limite sur l’un des facteurs, ça crée un potentiel d’amélioration sur un ou plusieurs autres

La loi de Moore

L’un des facteurs essentiels est la miniaturisation de l’électronique. En 1965, , un des fondateurs d’intel, postula qu’on serait capable de doubler chaque 2 ans le nombre de transistors d’un circuit électronique à prix constant. Sa prédiction s’est extraordinairement bien vérifiée non seulement pour les microprocesseurs, mais aussi pour les mémoires RAM :

[

]( pour un site d’Intel consacré à la loi de Moore

Il faut bien remarquer que l’on parle ici du nombre de transistors et pas de la puissance du processeur, qui d’ailleurs double en 18 mois, soit plus vite que le nombre de transistors ! Comment est-ce possible ?

La fréquence

Autour de 1986, j’ai assisté à une conférence de Cray à l’EPFL qui expliquait en substance : “nos ordinateurs sont ronds parce que les ordinateurs du futur devront être ronds. Dans le Cray XMP, à 100 MHz, le courant parcourt moins de 3m dans les fils entre 2 coups d’horloge. A 1GHz, si on y arrive un jour, ça ne sera que 30 cm. Pensez-y : les processeurs ne pourront pas être à plus de 30cm de la mémoire !”

Aujourd’hui, si les processeurs travaillent autour de 3 GHz et la mémoire autour de 1 GHz, c’est beaucoup parce que la miniaturisation a réduit la longueur des “cables”. gravés dans le silicium ou imprimés dans la résine, on connait leur longueur, leur section et la distance aux conducteurs voisins avec une précision extrême, ce qui permet de les optimiser en tenant compte de tous les effets électromagnétiques étranges survenant à ces fréquences.

Petite anecdote à ce propos : il y a 20 ans on apprenait qu’il était assez facile de déboguer un circuit digital en ralentissant son horloge, éventuellement jusqu’à la commander à la main avec un petit switch… On m’a dit que ce n’était plus possible actuellement : un Pentium ne fonctionne carrément pas du tout à 1 Hz, car ses circuits sont conçus pour la haute fréquence.

Malgré ceci, en 2003 la fréquence des processeurs qui croissait rapidement s’est retrouvée rapidement limitée en dessous de 4 GHz, entre autres pour des raisons thermiques.

En effet, un circuit consomme d’autant plus d’électricité qu’il fonctionne vite, ce qui fait , et ils n’aiment pas ça. Les Cray 1 et XMP étaient refroidis par une circulation de liquide entre les circuits imprimés, le Cray 2 était carrément immergé dans du réfrigérant liquide, et on se demandait bien quelle serait la prochaine étape. Mais là encore, la miniaturisation a permis de faire des machines tout aussi puissantes refroidies par de simples ventilateurs assistés éventuellement de .

GaAs, optique, quantique …

Pour contourner les difficultés rencontrées avec l’augmentation des fréquences, on a parfois proposé des ruptures technologiques assez radicales. La plus ancienne et la moins radicale concernait l’utilisation d’ à place du silicium. En principe, les transistors à GaAs sont beaucoup plus rapides que ceux au silicium et auraient permis de fonctionner à des dizaines de GHz, mais ils souffrent aussi de problèmes tels que la mise au point de circuits GaAs pour le a contribué à la faillite de l’entreprise Cray research.

L’optique est aussi souvent citée comme une technologie de substitution possible à l’électronique. Certains circuits optiques spécialisés très rapides ont été réalisés, mais rien qui ne puisse prétendre concurrencer un ordinateur actuel.

Même dans le domaine du stockage, et malgré les CD et le DVD, l’optique n’a pas réussi à s’imposer en informatique. En 1988, j’ai assisté à une présentation de Pinnacle à l’EPFL qui disait en substance : “voici le premier disque capable de stocker 1Gb sur un seul plateau. Oui mesdames et messieurs, il est optique car il est évident que jamais un disque magnétique n’arrivera a stocker une densité pareille d’information” …

De même, l’informatique “quantique” permet de rêver à des machines basées sur des principes totalement différents de ceux de Von Neumann, mais rien de concret ne laisse croire que cette technologie puisse jouer un rôle important en informatique dans les prochaines décennies.

Parallélisme à tous les étages

Si la densité des transistors sur une puce augmente exponentiellement, le nombre de défauts sur une tranche de silicium limite toujours la taille maximale des puces pouvant être produites. A un certain point, il devient possible de mettre deux “coeurs” de processeur sur la même puce. Puis quatre (18 mois après…). intel et AMD nous proposeront peut-être des Hexiums et des Octérons dans 1 an ou 2, mais ce n’est pas sur, car vous avez peut-être déjà un processeur équipé de 100 ou 200 unités de calcul dans votre PC, sans le savoir.

L’apport des GPUs

Depuis quelques années on assiste à (Graphics Processing Unit) : le processeur équipant une bonne carte graphique (nVidia ou ATI) effectue nettement plus de calculs que le processeur central (CPU) de votre PC :

Jusqu’à récemment, l’architecture des GPU était uniquement destinée à la production d’images de scènes 3D en temps réel. Mais désormais ces processeurs peuvent être utilisés pour le calcul scientifique, la simulation de phénomènes physiques et d’autres applications exigeant une grosse puissance de calcul (voir mon blog à ce sujet)

nVidia vient de , doté de 1.4 milliards de transistors qui réalisent 240 coeurs fournissant 930 Gigaflops : l’ordinateur le plus puissant du monde de1992 est maintenant dans votre carte graphique !

Les GPU ne sont cependant pas (encore?) capable de faire fonctionner des programmes “normaux” : il faut toujours un CPU pour faire tourner un système d’exploitation, Word, Firefox 3 et quelques autres logiciels simultanément, ce qui justifie 2 voire 4 coeurs, mais probablement pas 6 ou 8.

Vers un mix

Un des processeurs les plus puissants actuellement est le “ ” d’IBM qui équipe la console PlayStation 3 (voir ) Il contient 1 coeur de processeur “classique” et 8 petits coeurs “SPE” plus inspirés de ce que l’on trouve dans les GPU. Le coeur classique fournit 20 GFlops avec des nombres en double précision, les 8 “SPE"s montent à 200 GFlop en simple précision, suffisante pour beaucoup d’applications

Depuis qu’AMD a racheté ATI et qu’intel s’est mis à (essayer de) faire des processeurs graphiques, il n’y a plus guère de doute : les futurs processeurs combineront la flexibilité des CPU actuels et la puissance brute des GPU, et cette combinaison rendue possible par la Loi de Moore continuera à faire progresser la puissance de nos ordinateurs au rythme immuable du doublement chaque 18 mois encore de nombreuses années.

Et après ?

Il y a bien un moment où les limites physiques seront atteintes : un conducteur métallique doit tout de même avoir quelques atomes de diamètre, comme . Actuellement les processeurs les plus fins ont des “fils” de 45nm, soit environ 200 atomes de large. Admettons qu’on peut les réduire encore d’un facteur 10, ce qui donne une densité 100x plus élevée que l’on atteindra, selon la Loi de Moore dans 13 ans environ. Que faire après ?

La meilleure réponse à cette question que j’aie entendu est celle du prof. lors de sa leçon terminale. En substance il disait “jusqu’à maintenant, on ne grave les puces que sur la surface du silicium, sur des fractions de micron d’épaisseur. On pourrait déjà simplement faire de la gravure sur les deux faces du wafer pour doubler le nombre de transistors. Et puis on pourrait faire des couches multiples. Sur une épaisseur de wafer de silicium, disons 1 mm, on a de la place pour 1000 couches de 1 micron, ça laisse encore 20 ans de plus de validité à la loi de Moore.”

On estime que la puissance d’un cerveau humain équivaut à 10 Petaflops, soit la puissance cumulée des 500 plus puissants ordinateurs actuels, qui occument au moins 500 salles actuellement. En 2012, l’ordinateur le plus puissant fournira la même puissance dans une seule salle, et en 2020 environ vous devriez l’avoir sur votre bureau, ou dans la console de jeu familiale. Si les programmeurs travaillent aussi bien que les fabricants de processeurs, peut-être qu’enfin, , votre PC saura vous reconnaitre et vous appeler par votre prénom…

Références:

avec
1. “ ”
" ” sur Tom’s Hardware
Jean-Michel Billaut “ ”

le Big Bang Numérique

Thu, 10 Apr 2008 00:00:00 +0000

Le récent rapport “ - An Updated Forecast of Worldwide Information Growth Through 2011” d’IDC* est absolument passionnant. Comme le dit le sous-titre, il s’agit d’une prévision de la croissance mondiale en informations jusqu’en 2011, et c’est une mise-à-jour dans puisqu’une première version avait été publiée en 2007, suite à une étude de marché sur les .

Les principales conclusion du rapport sont :

la quantité totale d’informations stockées sous forme digitale en 2007 était de 2.25 x 10²¹ bits (soit 281 milliards de gigabytes, ou 281 ), soit 45 gigabytes par être humain !
cette quantité va décupler d’ici 2011, suivant une croissance de 60% / an environ. Cette croissance est principalement due à la TV haute définition et aux caméras de surveillance, mais aussi à l’accès à internet dans les pays émergents, et aux réseaux sociaux.
depuis 2007, la production des systèmes de stockage n’arrive plus à suivre la croissance de “l’univers digital”.
en 2011, l’information sera répartie sur environ 20 millions de milliards de supports (!) allants du gros disque dur à la puce RFID en passant par la mémoire des téléphones portables.

Quelques réflexions:

Si la quantité d’information totale (2.25 x 10²¹ bits) parait colossale, il est intéressant de la mettre en perspective avec un nombre qui peut être relié à la miniaturisation : le nombre d’Avogadro. Si on était capables de stocker un bit par atome (c’est possible, ça a été fait avec quelques atomes), toute la mémoire de toute la planète pourrait être stockée dans un centième de mole de matière, par exemple un diamant de 0.13 gramme (moins d’un carat ), ou sur une surface monoatomique de 20 m2 environ.
Le rapport parle souvent de “création d’information”, alors qu’il s’agit principalement d’information captée pour être préservée de la . L’information réellement produite (par l’intelligence humaine uniquement selon moi) est beaucoup plus faible. Peut-être quelques gigas par an …
De plus, les quantités d’informations mentionnées incluent les copies. Par exemple, un DVD de 4Gb tiré à 10'000 exemplaires compte comme 40 Terabytes d’information.

Plus spectaculaire encore, l’analyse ci-dessus montrant qu’un seul e-mail de 1 Mb envoyé à 4 destinataires occupe plus de 50Mb au total !
Je me demande donc si cette explosion d’informations ne serait pas la conséquence de la disponibilité des systèmes de stockage bon marché plutôt que la réponse à cette explosion . Avec plus de bande passante et des mémoires caches optimisées, n’arriverait-on pas à limiter le nombre de copies ?

Notes:

est une importante boite d’études de marché qui “analyse le futur” (j’aime bien ce slogan…).
est un gros éditeur de solutions de “gestion de l’information”. Documentum est leur produit phare.

le futur de la télévision (Zattoo, Miro etc.)

Sun, 09 Mar 2008 00:00:00 +0000

Depuis quelques temps, je regarde la télévision principalement sur mon PC. Dans un premier temps, j’avais une carte “tuner” permettant d’utiliser l’écran de l’ordinateur comme 2ème télé, voire 3ème quand les 2 postes de la maison étaient squattés par mes nanas.

Puis Lise m’a indiqué , un programme gratuit permettant de regarder gratuitement 42 chaines (dont toutes les chaines suisses et françaises) sur une connexion ADSL en “streaming”, donc en temps réel. La qualité laisse parfois à désirer, mais pour suivre d’un oeil une émission, ou même simplement l’écouter en faisant autre chose, c’est parfait. Par contre, il est impossible (mais l’est-ce vraiment…) d’enregistrer des émissions.

Zattoo vient de se doter d’un “ ” permettant de consulter le programme des chaines, mais le “ ” est beaucoup plus pratique pour les chaines francophones, d’autant qu’il existe un widget pour ma , me permettant de voir le programme TV du jour d’un coup d’oeil.

A la télévision, il y a parfois de très bonnes émissions d’information, des séries très accrocheuses, et parfois même de bons films. Mais il faut être à l’heure devant son petit écran (ou préparer le coup sur un enregistreur), et se taper de longues minutes de pub. Et rien de pire que de devoir répondre au téléphone ou participer d’urgence aux tâches familiales au milieu de son émission préférée.

Là encore, la solution est sur internet : les podcasts video, ou “vodcasts” (vod = “video on demand”). Le principe est simple :

de plus en plus de chaines de télévision rendent leurs archives d’émissions (partiellement) accessibles par internet.
en créant un simple flux RSS de ces archives, on peut s’abonner à nos émissions préférées et être informés de la disponibilité d’un nouvel épisode
en “agrégeant” ces flux avec un programme comme , on se crée sa propre chaine de télévision, où les émissions s’accumulent, prêtes à être regardées quand on a un moment. Je l’utilise pour regarder par exemple:
- le 6 minutes de M6 et le zapping de Canal+ pour l’actualité
- les Guignols, Groland, et les Pépites sur le Net de Canal+ pour rigoler
- Les meilleures émissions de Discovery Channel, notamment les
- , et
- les fabuleux
- les superbes

Il ne me reste qu’à trouver un moyen de regarder , ma chaine préférée, sans câble ni satellite…

Reste à savoir comment la télévision va pouvoir s’adapter à ces nouvelles technologies pour survivre. Il y a quelques années, un responsable des programmes qui migrait de TF1 (financée par la publ) à Canal+ (chaine payante) expliquait quelque chose de très important:

pour les chaines “gratuites” financées par la publicité, les programmes doivent attirer l’audience vers la publicité. Ces chaines ont donc tout intérêt à entrecouper leurs émissions de pub, mais aussi à les diffuser en streaming sur internet, ce qui augmente l’audience d’une part mais permet surtout une mesure de l’audience très précise : Zattoo sait exactement combien de gens regardent TF1, la TSR ou France 2 à un instant donné…
pour les chaines “payantes”, les programmes doivent attirer des abonnés. Ces chaines ne coupent surtout pas leurs émissions payantes de pub, et leur intérêt est plutôt dans les vodcasts de leurs émissions gratuites, pour attirer encore plus d’abonnés, en attendant que la technologie leur permette (très bientôt) de fournir du contenu à la demande à leurs abonnés.

La tendance prévisible, et résultant aussi des problèmes de droits d’auteur, est celle-ci:

les séries et films (entrecoupés de pub) ne seront gratuitement disponibles qu’en streaming, ou alors sous forme de “vidéo à la demande” payante, sans pub
l’actualité, les reportages et les émissions “maison” des chaines seront probablement de plus en plus accessibles gratuitement en vodcasts.

Voilà : avez Zattoo et Miro, vous avez les deux outils de la TV du futur.

Quand Google donne des infos sur les infos

Thu, 31 Jan 2008 00:00:00 +0000

. Fondamentalement créative et, j’en suis convaincu, bien intentionnée, elle collecte une quantité phénoménale de données utilisées pour améliorer l’accès à l’information de ses centaines de millions d’utilisateurs.

Parfois, ces données agglomérées fournissent des indications imprévues. Par exemple l’outil essaie de deviner ce que vous allez chercher sur le Net en complétant les premières lettres que vous tapez avec les recherches les plus fréquentes sur Google. Par exmple, si vous tapez “is " (avec espace), Google Suggest vous liste les demandes les plus fréquentes commençant par “est-ce que … “. Ces jours-ci ça donne ça :

En gros, les 4 recherches les plus fréquentes+récentes concernent la religion du candidat Obama aux élections états-uniennes… Intéressant, non ?

Les 8 millions de gens qui ont cherché les paroles (=lyrics) de la chanson “Is this love?” de Bob Marley sont classés après parce que certainement moins fréquentes, en nombre / jour.

Autre effet intéressant du système “PageRank” de classement des résultats de Google : si beaucoup, énormément de sites font (ne pas cliquer dessus, c’est inutile…), Google va augmenter le “Page Rank” de la scientologie associée aux mots “secte dangereuse”. Comme énormément de sites en anglais l’ont fait sur les mots “ ”, la scientologie sort en premier lorsqu’on recherche ces mots ! Pas mal, non ?

Ca s’appelle une “Google Bomb”, et ça sera possible tant que Google (et les autres) ne seront pas capables de comprendre la signification des pages. Mais ils y travaillent. Ca s’appellera le “web sémantique” et ça méritera le titre de “web 3.0”.

Sources:

Radiateurs à Téraflops ?

Sat, 17 Nov 2007 00:00:00 +0000

"Human Energy" par Caneles

En réfléchissant un peu sur le sujet des , je me demande si je ne devrais pas également remplacer mes radiateurs électriques * par des appareils utilisant plus efficacement l’énergie.

Le problème est que, par définition, un radiateur électrique a un rendement de 100% : 100% de l’électricité consommée est convertie en énergie considérée comme utile, soit de la chaleur. Apparemment on ne peut pas faire mieux.

Heureusement, la chaleur a la particularité d’être l’énergie de “qualité” la plus basse, celle qui en définitive résulte de tous les processus physiques normaux (frottements, combustion et oxydation, résistance électrique, induction etc), alors que l’électricité est la forme d’énergie la plus noble : on peut en faire ce qu’on veut avec un excellent rendement. C’est-ce qu’on appelle l’ .

Donc pourquoi faire de la chaleur directement en passant un courant électrique dans un corps de chauffe ? c’est un gaspillage inouï ! Autant en faire quelque chose de plus utile, qui lui-même produira de la chaleur par effet secondaire. C’est notamment le cas avec les à incandescence, faites pour faire de la lumière, mais qui chauffent aussi.

Mais le meilleur radiateur que l’on puisse faire actuellement, c’est sans doute l’ordinateur ! Une armoire renfermant quelques dizaines de processeurs chauffe autant qu’un radiateur de quelques kilowatts. Actuellement, les processeurs consomment environ 6W pour une puissance de calcul d’un gigaflop (un milliard d’opérations en virgule flottante par seconde), donc je devrais arriver à remplacer mon radiateur à accumulation de 6KW par un super-ordinateur fournissant 1 Teraflop !

Avec toute cette puissance, tout en chauffant, je peux aider la recherche sur le cancer et de nombreux autres projets scientifiques (voir ), ou calculer les images de synthèse des prochains films à grand succès, ou et autres projets inutiles. Je peux peut-être même revendre une partie de cette puissance de calcul au CERN voisin. Et tout ça en retrouvant les 100% de rendement thermique de mon radiateur !

Bien sur, pour l’instant mon chauffage à processeurs coute encore un peu cher, mais un jour peut-être, un corps-de-chauffe en silicium viendra remplacer le bout de ferraille actuel pour un prix compétitif …

*Note: Oui, je chauffe à l’électrique, Non, j’ai pas le choix, c’est une maison du XVIIème siècle, pas excavée, et bientôt on chauffera tous par accumulation d’électricité nucléaire la nuit plutôt que de brûler du (le prix où il est )

La montée en puissance des GPUs

Fri, 02 Nov 2007 00:00:00 +0000

Dans les ordinateurs vendus depuis 2003 environ, le microprocesseur (CPU) fourni par Intel ou AMD n’est plus le composant le plus puissant, et souvent plus le plus couteux non plus. Désormais c’est le GPU, le Graphics Processing Unit, qui détermine largement la puissance d’un PC. Strictement limités au graphisme il y a peu, ces processeurs sont désormais capables d’effectuer certains calculs nettement plus vite que les processeurs classiques. Actuellement, la puissance de calcul du G80 de nVidia est 5 à 6 fois supérieure à celle du Core 2 Duo d’Intel, voire plus (1, 2).

puissance de calcul des GPU et CPU ( )

Conséquence immédiate :

Si vous achetez un ordinateur pour y faire fonctionner les applications les plus exigeantes, c’est-à-dire les jeux vidéo, il faut faire plus attention au choix du GPU qu’au CPU. Vous ne gagnerez que quelques pourcents de performance avec un CPU plus rapide qui vous coûtera quelques centaines de francs, alors que la même somme investie dans une carte graphique basée sur un GPU plus récent ou puissant peut doubler le nombre d’images / seconde (fps) de vos applications favorites.

Un peu d’architecture des processeurs

Cette situation est la conséquence de cahiers des charges différents assignés aux deux composants:

le CPU est “généraliste” : il doit être capable d’exécuter plusieurs programmes différents quasi simultanément, de réagir aux actions de l’utilisateur et de gérer les nombreux périphériques de l’ordinateur, fonctionnant à des vitesses différentes
le GPU est historiquement spécialisé : sa tâche est de produire des images à une cadence régulière, ce qu’il peut faire en exécutant le même programme simple sur des données différentes, correspondant par exemple à des objets 3D distincts ou à des portions distinctes de l’écran.

Ceci a conduit à des architectures différentes pour les deux types de processeurs :

les CPU comportent aujourd’hui 2 ou 4 “coeurs” complexes accédant aux données à travers une grande mémoire cache, le tout synchronisé par une importante logique de contrôle
Sur la même surface de silicium, un GPU moderne contient jusqu’à 128 unités de calcul simples, mais très peu de mémoire cache et de logique de contrôle.

architecture des GPU et CPU ( )

Cette différence d’architecture fait qu’il n’est pas possible d’exécuter sur le GPU un programme “classique”, écrit pour le CPU car:

les unités de calcul (ALU) du GPU sont individuellement moins puissantes qu’un coeur de CPU.
Un GPU est un processeur SIMD, ou “Single Instruction Multiple Data” : toutes les ALU d’un GPU doivent exécuter le même programme en même temps, alors que chaque coeur de CPU peut exécuter des programmes distincts de façon asynchrone (MIMD)
les échanges de données entre les ALU de GPU sont beaucoup plus limités qu’entre des coeurs de CPU
la structure “pipeline” des GPU fait que leurs performances sonttrès dégradées dès qu’il y a des tests dans le programme. Il faut programmer les GPU sans “if … then .. " !

La principale conséquence de ces différences hardware est que les langages de programmation usuels ne sont pas adaptés à la programmation des GPU. Des langages spécifiques ont été définis, initialement pour la programmation des “shaders”, programmes réalisant tous les effets graphiques des cartes modernes. Mais ces langages permettent aussi la “programmation générale des GPU” (ou ), dont j’ai déjà parlé , , et :

nVidia a défini le langage comme “C pour graphiques”
ATI a plutôt soutenu le standard défini par le standard
Microsoft a encore une fois grandement contribué aux progrès de l’humanité en dotant son système maison Direct3D d’un langage de shader dont l’innovation essentielle consiste à changer une lettre au standard . C’est HLSL. (Non, pas de lien pour eux, z’avez qu’à chercher.)
nVidia a par contre fait un réel pas en avant en proposant son système qui permet de développer directement ses GPU haut de gamme en C “classique” , à l’aide de librairies spécifiques.

Perspectives

Du point de vue matériel, les processeurs du futur combineront sans doute les avantages respectifs des GPU et des CPU. Voici la stratégie probable des principaux acteurs du marché :

Après le rachat d’ATI, AMD a tout en main pour combiner les deux types de processeurs de façon optimale
intel, dont les GPUs ont des performances lamentables, essaie de multiplier le nombre de coeurs de ses CPU tout en s’inspirant de certaines techniques des GPU
nVidia va logiquement tenter de généraliser ses GPU pour leur permettre d’exécuter du code de CPU
On l’oublie souvent, mais le processeur d’IBM développé en collaboration avec Toshiba et Sony pour la Playstation 3 est probablement le précurseur de cette nouvelle génération de processeurs.

Du point de vue logiciel, deux tendances s’affrontent:

la définition de langages spécifiques comme GLSL, ou prenant en compte explicitement le parallélisme à la manière des librairies de multithreading existantes
le développement de compilateurs capables de générer du code GPU optimisé à partir de sources en langages classiques, à la manière de CUDA

Il est probable que dans un premier temps les langages comme GLSL jouent le rôle d’ “assembleur des GPU” utilisé pour la création de librairies, que des applications en C utiliseront de manière transparente.

Sources:

Damien Triolet “ ”, BeHardware, March 21, 2007
Jean Etienne, “ ”, Futura-Sciences, 31 octobre 2007

BitTorrent : du génial au pire-to-pire et au delà

Sat, 03 Mar 2007 00:00:00 +0000

A l’origine, est un protocole génial permettant la diffusion rapide de gros fichiers et la répartition de la charge sur plusieurs serveurs. Il a récemment muté en outil de piratage intensif, mais pourrait bien devenir une brique de l’internet du futur.

Simplement Génial

La plupart des connexions internet sont asymétriques : avec votre ADSL, vous pouvez recevoir des informations depuis internet entre 5 et 10x plus vite que vous ne pouvez en envoyer. Le débit réel de réception (« download ») est donc souvent limité par le débit en émission du serveur (« upload », divisé par le nombre de personnes qui y accèdent) plutôt que par votre vitesse de réception.

Le principe théorique de BitTorrent pour remédier à cela est simple : on divise le contenu en petits morceaux, mettons par exemple 10. Si 10 personnes demandent le fichier presque simultanément, on envoie à chacune une partie différente. Dès que le client a reçu sa partie, il la met automatiquement à disposition des autres, qui peuvent alors recevoir les 9 parties qui leur manquent des 9 autres clients simultanément, ce qui fait que les 10 obtiennent le fichier complet en 2x le temps qu’il faut pour transférer 1/10ème du fichier. En pratique, on arrive souvent au débit maximal de téléchargement c’est quand même beaucoup mieux que d’attendre des heures de télécharger un fichier depuis un serveur unique.

Comme BitTorrent était assez compliqué à mettre en oeuvre, il a jusqu’ici été utilisé pour des appplications sérieuses et professionnelles comme les « appliances » VMWare dont j’ai déjà un peu parlé (pas assez, j’y reviendrai)

La pompe à films

Pendant ce temps, le téléchargement illégal de fichiers évoluait de son côté. Depuis que Napster vit son « service » de téléchargement de musique fermé pour avoir commis l’erreur de stocker des fichiers soumis à copyright sur son serveur, les systèmes « peer-to-peer » (P2P) comme ne fonctionnent plus avec des serveurs mais permettent l’échange direct de fichiers entre ordinateurs. Comme c’est le téléchargement, mais surtout la mise à disposition d’oeuvres ou logiciels protégés par le droit d’auteur qui est illégal ( ), ces logiciels décentralisés sont eux parfaitement légaux, ou du moins aucune action en justice n’a réussi à les stopper…

Avec l’augmentation des débits de nos connexion ADSL, il devient envisageable de télécharger non plus seulement de petits fichiers de musique en MP3 de quelques Mo, mais des logiciels piratés sur CD complets (200 à 500 Mb) et de plus en plus souvent des films entiers en qualité DVD (1.2 à 4 Gb, et la haute définition arrive…), et là les protocoles utilisés par eMule et consorts atteignent leurs limites : ça prend des jours de télécharger ces gros fichiers.

Gros fichiers, gros fichiers … mais bien sur ! Pourquoi ne pas utiliser BitTorrent qui est fait pour ça ? Et voici fleurir les clients BitTorrent faciles à utiliser comme et les moteurs de recherche spécialisés comme …

Avec ça, tous les films récents sont chez vous en quelques heures ! Par contre il est plus difficile de retrouver de vieilles petites choses rares avec Torrent qu’avec eMule par exemple.

du Torrent à l’Ocean : l’avenir

Une terrible bagarre se prépare pour la TV du futur, qui sera probablement un service de video à la demande diffusé par internet. Il faudra transférer de gros contenus à beaucoup de clients simultanément, mais pas en même temps. En visitant vous verrez que c’est exactement dans cette direction que se dirige le créateur du protocole, espérant gagner finalement un max de blé avec son invention géniale.

Plus généralement, BitTorrent pourrait bien devenir une brique essentielle d’un « système de fichiers distribué » universel qui remplacerait le vieux FTP et tous les systèmes de téléchargement existants. Juste une idée …

Calcul Distribué avec BOINC

Sat, 20 Jan 2007 00:00:00 +0000

Les millions d’ordinateurs interconnectés sour internet font à 90% la même chose : RIEN.

Utiliser la fabuleuse puissance de calcul de ces machines pendant que leur utilisateur n’y a pas recours, c’est le principe du .

Le désormais célèbre projet a été le premier a appliquer cette idée dès 1998 pour identifier des signaux extraterrestres intelligents dans les ondes recues du Cosmos, sans succès car comme je le démontre dans le “ ”, des extraterrestres intelligents font très attention de ne pas émettre de signaux.

Mais il existe heureusement des projets plus constructifs :

recherche de très grands et les trouve ! Tous les nombres premiers record depuis 1996 ont été trouvés grâce à ce projet. Si par chance le premier nombre premier de plus de 10 millions de décimales est trouvé sur votre ordinateur, vous empocherez les .
qui calcule la façon dont les protéines se plient, susceptible de causer certaines maladies comme Alzheimer, et éventuellement de les soigner un jour.
et les nombreux projets “BOINC”

Depuis quelques temps, une plate-forme logicielle commune à de nombreux projets s’impose : .

Pour chaque propriétaire de PC, il suffit d’installer un seul logiciel pour offrir la puissance de son ordinateur à plusieurs projets à but non lucratif de son choix, par exemple:

, un projet concurrent (ou complémentaire ?) à Folding@Home.
est un projet d’origine Suisse qui réalise des simulations épidémiologique de la malaria pour définir une stratégie de combat contre la maladie
calcule l’évolution climatique
recherche les grands nombres premiers mais avec moins de succès que GIMPS jusqu’ici. Par contre, le sous projet a permis de trouver les plus grands connus
, qui s’est mis à utiliser BOINC depuis 2005, si vous voulez vraiment que votre processeur chauffe à chercher des signaux qui n’existent pas …
, qui recherche des siganux provenant d’étoiles à neutrons en rotation dans des mesures d’ondes gravitationnelles, et là, on devrait en trouver un jour.
et il existe encore de très nombreux autres projets basées sur BOINC

Comme BOINC tourne sur le PC en “basse priorité”, il n’interfère donc pas avec le travail habituel. Certains projets BOINC offrent en prime un économiseur d’écran qui affiche des infos sur le calcul effectué sur votre ordinateur, mais jusqu’ici je n’en ai pas trouvé qui puisse rivaliser avec

Why Software Will Run Faster

Thu, 28 Dec 2006 00:00:00 +0000

in “ ”, Ralph Gabowski quotes 7 facts that look correct, but I think his conclusion isn’t.

Multicore (fact 3) is a hardware solution to implement multiprocessing at a “medium grain” level : it is efficient to run different programs, or processes, or threads that have little communication with others (to avoid problem mentioned in fact 5).

However, there is no reason to “rewrite software for multicore” (fact 4). Compilers will soon integrate tools like to generate optimized multithreaded code, perhaps with a little help from human preprocessing (with for example).

The reason why I’m confident about this is that compilers already handle very well “fine grain” parallelism, or “vectorization”, to execute independent operations (almost) simultaneously.

GPUs are precisely “fine grain parallel” processors that were designed for graphics (fact 7), but this might change. Analysts think the purchase of ATI by AMD annouces a merge of CPUs and GPUs in the near future. We will likely see soon multicores CPUs with highly parallelized cores, each being able to work either as a GPU or as a CPU on demand. The , used in Sony’s Playstation 3 might be considered as a first attempt in this direction. And true, few software can take advantage of its power for now.

The fact that CPU clock speeds “stalled” (fact 1) doesn’t mean that processing power did so. Parallelism is a way to continue to increase Flops (FLoating Point Operations per Second) without increase in Gigaherz, which proved to be a “cheap”, non-innovative way to improve performance.

Finally, 64 bits processors bring indeed the power to address gigantic memory (fact 6) which looks almost useless at first sight. However, every programmer knows the tradeoff between cpu and memory : you can either store large tables of data and access it fast, or spend time to recalculate the data you need when you need it. So with larger, faster and cheaper memory, a good way to make software faster is to store more temporary data in huge caches.

One step further is to consider that a 64 bits address space is (much) larger than any hard disk array in the world. So why constinue to distinguish hard disk storage and RAM memory ? Some experimental “persistent” operating systems handle the whole hard disk as a swap file for a large virtual memory which could contain all the data on your computer, eliminating the need for “files”.

Finally, “large grain” parallelism could be used to distribute work across computers in a network. Some animation rendering and research-oriented screensavers already work that way. Now imagine this combined with a “persistent” OS as mentioned above. Think about a network of multi-core vectorized processors sharing the same address space, each computer using disk stoarge only as a cache between the processor and the network.

This is not sci-fi. It is called a “single address space operating system” (sasos), and several functional prototypes exist. Among them, mentions CAD/CAM explicitely as a potential application. Imagine users of such a package sharing the very same model directly in memory: they will never need to copy any file, to rebuild a part, never load, never check in or check-out. Imagine the improvement in performance when a software doesn’t have to do anything twice…

In the shorter term, Vista will be slower than XP on a single core machine (fact 2). It might be slower on a dual-core. But it should be faster on a quad-core, unless Microsoft bloated it with so many “features” that it leaves only 1 core for applications …

Le Web Sémantique

Fri, 20 Oct 2006 00:00:00 +0000

En faisant des recherches sur un sujet d’intérêt encore top secret, je suis tombé sur le concept intéressant de “web sémantique” et quelques outils s’y rapportant. Ca pourrait bien devenir quelque chose d’important bientôt…

L’objectif du “web sémantique” est de créer un “web des données” dans lequel il serait possible de combiner des données disponibles depuis de multiples sources.

La base du “web sémantique” est le “Resource Description Framework” (RDF), qui décrit des métadonnées par des triplets {sujet, objet prédicat} :

le sujet représente la donnée. C’est par exemple l’URL de cette page
l’objet serait une métadonnée, par exemple “auteur”
le prédicat serait alors la valeur de l’auteur de cette page, par exemple “Ph. Guglielmetti”

Concrètement, un fichier RDF est un fichier XML dont voici un petit exemple:

@@http://en.wikipedia.org/wiki/Category%3ABusiness_schools_in_India">Business_schools_in_IndiaGurubrahma2006-02-12 18:52:04.0@@

C’est un extrait d’un énorme fichier RDF de 3.6 Gigabytes (oui, Gigas!) qui contient la description des millions de pages de la fabuleuse Wikipedia!

Ontologies

Comme on le devine, les tags du format XML dépendent du domaine d’application du fichier RDF : “title” , “contributor” etc sont spécifiques à une encyclopédie en ligne. RDF n’est donc pas un dialecte XML mais un format plus général. Pour décrire les tags RDF spécifiques à un domaine, on doit définir une “ontologie”, terme un peu ampoulé pour décrire en fait un “modèle de données” adapté à la modélisation de connaissances. Il existe même un dialecte XML pour décrire des ontologies : OWL (Ontology Web Language)

Des exemples d’ontologies RDF sont :

(Friend of a Friend), pour modéliser les relations entre personnes (ça serait bien si pouvait exporter sous ce format…)
(Semantically-interlinked Online Communities), pour le partage de contenus de forums
(Description of a project), pour les infos sur les projets de développement OpenSource

Applications

La première application qui vient à l’idée est la représentation de graphes montrant les relations entre les données

Alternatives

Les “Topics Maps” sont une approche similaire, proposant le format XTM