Grenoble, 27 février 2009 1 Qu’est-ce que Comprendre ? Le cas de la physique Jacques Treiner Université Pierre et Marie Curie, Paris

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1 Grenoble, 27 février 2009 1 Qu’est-ce que Comprendre ? Le cas de la physique Jacques Treiner Université Pierre et Marie Curie, Paris jtreiner@orange.fr

2 Grenoble, 27 février 20092 mice_barnes.mov 6galaxies.mpg

3 Grenoble, 27 février 20093 Comprendre implique toujours une reconstruction du réel par la pensée. En d’autres termes : Faire de la, physique, c’est faire des modèles. Quelque fois, c’est une théorie qui surgit !

4 Grenoble, 27 février 20094 Monde réel Réel reconstruit à l’aide de modèles et de théories PhénomènesSimulations Est-ce que ça colle ? (Mais nous savons bien qu’il n’existe pas de fait brut, qu’un « fait expérimental » est déjà bourré de théorie !)

5 Grenoble, 27 février 20095 Pourquoi fait-on des maths en physique ?

6 Grenoble, 27 février 20096 Parce qu’à un certain moment de l’analyse d’un phénomène, il n’y a pas d’autre moyen de progression dans la compréhension. A ce point, les mathématiques deviennent le moyen obligé de la reconstruction abstraite du réel.

7 Grenoble, 27 février 20097 Les mathématiques sont-elles un outil pour la physique ?

8 Grenoble, 27 février 20098 Non. Elles sont constitutives de la physique. Car il y a plus, dans les équations de la physique, que ce qu’on a utilisé pour les écrire. Il y a des cadeaux à récolter. Exemples.

9 Grenoble, 27 février 20099 La détermination du rayon de la Terre par Eratosthène et la géométrie de base La détermination du rayon de la Terre par Eratosthène et la géométrie de base Le “jeu de boule” et les équations de Newton Le “jeu de boule” et les équations de Newton Les ondes électromagnétiques et les équations de Mawxell Les ondes électromagnétiques et les équations de Mawxell Le positron et l’équation de Dirac Le positron et l’équation de Dirac Le neutrino et la conservation de l’énergie Le neutrino et la conservation de l’énergie Le chaos déterministe et les équations de Newton Le chaos déterministe et les équations de Newton Exemples

10 Grenoble, 27 février 200910 D’où vient cette « déraisonnable efficacité des mathématiques dans les sciences naturelles » ? (E. Wigner, 1948)

11 Grenoble, 27 février 200911 Nous l’ignorons… Nous l’ignorons… mais cela devrait être une source de curiosité à la fois pour les mathématiques et la physique ! mais cela devrait être une source de curiosité à la fois pour les mathématiques et la physique ! (et qu’en est-il de la « déraisonnable efficacité des sciences naturelles pour les mathématiques » ??) (et qu’en est-il de la « déraisonnable efficacité des sciences naturelles pour les mathématiques » ??)

12 Grenoble, 27 février 200912 Petite histoire de l’âge de la Terre

13 Grenoble, 27 février 200913 Mésopotamie En ces temps archaïques, il y a plus de 1200 fois 1200 ans, il n’y avait rien. Il n’y avait pas de roseau, pas de genévrier, la terre n’avait pas de nom, le ciel n’était pas nommé. En ces temps-là, il n’y avait rien que l’eau douce et l’eau salée. L’eau douce, Apsou, le fougueux, l’eau salée, Tiamat, la belle Tiamat. Et comme il n’y avait que l’eau douce et l’eau salée, en ces temps-là, l’eau douce et l’eau salée ont mêlé leurs eaux. Alors bien sûr, Apsou et Tiamat se sont aimés, et ils ont fait de l’écume. Et puis le temps a passé, les eaux étaient mêlées, et il y eut naissance. Deux serpents : un mâle et une femelle. Alors bien sûr, comme il y avait un mâle et une femelle, les deux serpents ont mêlé, entremêlé leurs anneaux, se sont enlacés, embrassés lascivement, et il y eut naissance. Ils ont donné naissance au monde d’en haut et au monde d’en bas. Mais comme le monde d’en haut et le monde d’en bas se touchaient, ils se sont frottés.

14 Grenoble, 27 février 200914 Ils se sont frottés, frottés, frottés encore, pendant 1200 ans, et ils ont donné naissance au premier des petits dieux : il s’appelait Anou, Anou, le premier, le père de tous les dieux. Et puis, il y eut aussi Ea, oh, celui-là, drôle de dieu, mi-chèvre mi-poisson ! Ea, il était dieu de la sagesse. Et puis il y eut Enlil, Ishtar, Chamash, Haruru, Et les dieux vont régler leurs comptes bien avant que les hommes apparaissent… enfin, des tas de dieux et de déesses ! Il y en avait de partout, il y en avait des grands, des petits, il y en avait des gras, des maigres, il y en avait de toutes sortes. Ils étaient là, ils se sont vus, ils se sont connus, ils ont commencé à se parler. Ils faisaient beaucoup de bruit, tous ces petits dieux-là…

15 Grenoble, 27 février 200915 Tradition judéo-christiano-islamique I 1 er jour : séparation de la lumière et des ténèbres 2 ème jour : séparation des eaux d’avec les eaux par le firmament (ciel) 3 ème jour : séparation de la terre d’avec les mers, création des espèces de plantes 4 ème jour : création des étoiles, du soleil et de la lune. 5 ème jour : création des poissons et des oiseaux 6 ème jour : création des autres espèces animales, puis de l’homme et de la femme. 7 ème jour : contemplation de l’œuvre accomplie et repos

16 Grenoble, 27 février 200916 Tradition judéo-christiano-islamique II La partie historique de la Bible permet d’étendre la chronologie depuis le règne de Salomon jusqu’à la destruction du premier Temple par Nabuchodonosor, ce qui établit le lien avec les récits historiques babyloniens. En prenant cette chronologie comme base, différentes déterminations de l’âge de la Terre furent élaborées. Par exemple : - Johannes Kepler : 3993 AJC - James Ussher, évêque anglican : 23 octobre 4004 AJC - Newton : 3998 AJC (se sert de la précession des équinoxes pour dater l’expédition des Argonautes à la conquête de la Toison d’Or !)

17 Grenoble, 27 février 200917 Tradition hindoue La Terre participe à un cycle éternel de création et de destruction. Chaque incarnation de la Terre dure un « jour de Brahma », soit 4.32 milliards d’années…

18 Grenoble, 27 février 200918 Comment la question de l’âge de la Terre est-elle devenue une question scientifique ? Spinoza remarque que le texte de la Bible a une histoire, et que par conséquent ce texte raconte peut-être l’histoire de ceux qui l’ont écrite … (cf. Traité théologico-politique) La Bible dévoilée (The Bible unearthed) de Finkelstein et Silberman (2002 en français) : ces auteurs reprennent le récit historique de la Bible à la lumière des recherches archéologiques récentes. L’essentiel des textes bibliques est une composition de lettrés de la cour de Jérusalem. Ces histoires reflètent le contexte de renouveau spirituel et politique qui marque l’époque du roi Josias (620-609 AJC), alors que les Assyriens dominent le Proche-Orient ancien.

19 Grenoble, 27 février 200919 Recherche de chronomètres naturels Tournant du 18ème siècle, puis 19ème siècle : Salinité de l’eau de mer (Halley) Dépôts sédimentaires (Sténon, Buffon) Refroidissement d’une Terre initialement chaude (Newton, et surtout Buffon, puis Kelvin) Erosion (Grand Canyon) Fossiles : quel statut leur donner ? (Leibnitz, Linné), stratigraphie

20 Grenoble, 27 février 200920 Digression Qu’est-ce qu’une question scientifique ? Combien d’anges tiennent sur une tête d’épingle ?

21 Grenoble, 27 février 200921 Proposition : une question est scientifique si, pour y répondre, il est nécessaire de mettre en place un processus non verbal Proposition : une question est scientifique si, pour y répondre, il est nécessaire de mettre en place un processus non verbal Autrement dit : une expérience Autrement dit : une expérience

22 Grenoble, 27 février 200922 La controverse Kelvin-Darwin

23 Grenoble, 27 février 200923 Lord Kelvin Origine de l’énergie solaire Refroidissement d’une Terre initialement chaude Deux estimations qui concordent :

24 Grenoble, 27 février 200924 Formation du Soleil et des planètes

25 Grenoble, 27 février 200925 1. La gravitation à l’origine de l’énergie solaire R E Etot Énergie dissipée depuis la formation

26 Grenoble, 27 février 200926 2. Le refroidissement de la Terre  (r) r 1°/30m Kelvin obtient avec cette méthode des âges compris entre 25 et 150 millions d’années 0 -   L’âge de la Terre, a, tient dans une formule très simple :

27 Grenoble, 27 février 200927 4. Résolution du conflit : Découverte de la radioactivité !

28 Grenoble, 27 février 200928 Carte des noyaux atomiques  ++ --

29 Grenoble, 27 février 200929 Radioactivité alpha T est la période, ou demi-vie (5730 ans pour le C-14)

30 Grenoble, 27 février 200930 Les principaux systèmes chronométriques PèreFilsDésintégration.Période (années) 147 Sm  143 Nd  106. 10 9 87 Rb  87 Sr  50. 10 9 187 Re  187 Os  43. 10 9 232 Th  208 Pb  14. 10 9 238 U  206 Pb  4,5. 10 9 40 K  40 Ar  1,2. 10 9 235 U  207 Pb  0,7. 10 9 244 Pu  Xe fission  8. 10 7 129 I  129 Xe  1,7. 10 7 107 Pd  107 Ag  6,5. 10 6 53 Mn  53 Cr  5,3. 10 6 26 Al  26 Mg  7,4. 10 5

31 Grenoble, 27 février 200931 La méthode Plomb-Plomb U-235, après une cascade de 7 alpha, donne Pb-207, stable U-238, après une cascade de 8 alpha, donne Pb-206, stable L’isotope Pb-204 n’est pas radiogénique Comment déterminer la composition isotopique au moment de la « fermeture » de la roche ?

32 Grenoble, 27 février 200932 Meteor crater, Arizona La météorite à l’origine de ce cratère ne contient pas d’uranium !

33 Grenoble, 27 février 200933 La méthode Plomb-Plomb Les proportions isotopiques du Pb qu’elle contient correspondent à la distribution initiale ! mest directement lié à l’âge de la roche

34 Grenoble, 27 février 200934 Amelin et al., 2002 Age du système solaire: 4567.2  0.6 10 6 ans

35 Grenoble, 27 février 200935 Chronologie de la Terre