La physique se trouve-t-elle à une époque charnière?

C. Henze/NASA Ames Research Center

Jeudi 12 mai 2016 à 12h25.

Un savant me disait un jour:«  Lorsque la physique et la cosmologie sont en « crise » cela présage une grande avancée pour nos connaissances.« 

Les grandes découvertes admises l’ont été en tant que telles après de âpres discussions et divers tests rigoureux de la part de la communauté scientifique.

Ensuite le travail continue dans l’ombre et plus grand chose ne filtre, n’en ressort pendant un long laps de temps.

Il faut dire que les recherches, les analyses et les résultats ne se font pas en un jour.

Les résultats mènent souvent à des applications à plus ou moins long terme.

La science fiction prend le risque de se tromper lourdement lorsque celle-ci prend de l’avance. Ceci dit , elle ose s’y aventurer plus ou moins habilement.

La réalité met le temps nécessaire pour la rattraper quelquefois et d’autrefois, jamais! Ci-dessous  je vous partage un article ( que je ressort de mes archives ) qui définit comment l’aventure scientifique  a permis aux savants d’observer des ondes gravitationnelles. Pour ma part  j’ attends la suite avec une certaine impatience, car ceci débouchera sur du concret.

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crédit: soocurious.com/

Article  et images source: soocurious.com/

publié le samedi 7 mai 2016

Découvrez la passionnante aventure scientifique qui a permis aux chercheurs d’observer les ondes gravitationnelles.

La date du 11 février 2016 rentrera dans l’histoire de la recherche scientifique. Pour la première fois, des vibrations d’une étrange nature venues de l’espace ont été détectées sur Terre, confirmant une prédiction d’Albert Einstein vieille d’un siècle. C’est un événement cataclysmique majeur qui a permis cette découverte. SooCurious vous explique comment.

« La théorie c’est quand on sait tout et que rien ne fonctionne, la pratique c’est quand tout fonctionne mais que l’on ne sait pas pourquoi », disait Albert Einstein. Ce pessimisme ne l’a nullement empêché d’échafauder des théories vertigineuses et pas toujours vérifiables dans l’immédiat faute de moyens techniques. Du point de vue mathématique, très ancré dans la théorie, la physique a un rôle pratique à jouer : à partir de l’examen de certaines équations, elle révèle de nouveaux éléments de réalité. Elle le fit déjà en prédisant, puis démontrant l’existence des photons, des antiparticules, des quarks et, plus récemment, en 2012, du boson de Higgs. Certaines théories ont mis des années pour « fonctionner », parfois même tout juste un siècle, comme la théorie des ondes gravitationnelles.

Les ondes électromagnétiques (perturbations des champs électrique et magnétique) sont produites par les particules chargées accélérées. De la même façon, les ondes gravitationnelles sont produites par des masses accélérées.

Lorsqu’un corps massif est soumis à une accélération, l’espace-temps autour de lui doit en permanence se réajuster, ce qui se traduit par de légères perturbations qui se propagent à la vitesse de la lumière. Elles sont causées par des phénomènes astrophysiques violents, comme une explosion des étoiles en supernova ou la fusion de deux trous noirs. Mais leur origine peut également remonter aux premiers instants suivant le Big Bang, événement très énergétique à l’origine de notre Univers survenu il y a plus de treize milliards d’années.

Car notre Univers est élastique : si on le secoue à une extrémité, il vibre et la secousse se propage jusqu’à l’autre bout, comme des cercles concentriques sur la surface d’un lac créés par la chute d’un caillou. Ces vibrations sont les ondes dites « gravitationnelles » car liées à la force de gravitation.

Leur existence a été pressentie dès 1905 par le mathématicien et physicien français Henri Poincaré(1854-1912). Mais c’est surtout Albert Einstein (1879-1955) qui a décrit l’existence de ces ondes en juin 1916, comme conséquence de sa théorie de la relativité générale, parue en 1915.

La gravitation étant très faible en intensité, de telles ondes sont très difficiles à détecter. Voilà pourquoi il a fallu attendre un siècle pour pouvoir élaborer des outils suffisamment précis.

Une preuve indirecte fut apportée en 1974 par les astrophysiciens américains Joseph Taylor et Russell Hulse. A cette époque, ils étudiaient le pulsar PSR1913+16, qui avait la particularité d’être membre d’un système binaire constitué de deux étoiles à neutrons. En examinant les émissions radio du pulsar, les deux astronomes furent en mesure de déterminer la période orbitale du couple. Ils se rendirent alors compte que celle-ci décroissait légèrement, d’un millième de seconde par an. La réduction mesurée correspond avec précision à celle prévue par la relativité générale dans l’hypothèse où la perte d’énergie serait due au rayonnement gravitationnel. Russell Hulse et Joseph Taylor ont été récompensés du prix Nobel de physique en 1993 pour cette découverte.

Depuis vingt ans, les observatoires construits pour détecter les ondes gravitationnelles sont des interféromètres géants. Le rayonnement provenant d’un laser est divisé en deux faisceaux. Ceux-ci sont envoyés dans des directions perpendiculaires, puis réfléchis par des miroirs et finalement recombinés. L’analyse de la lumière après recombinaison permet de dire si la durée de propagation de la lumière dans l’une des directions a été perturbée. Si tel est le cas, cela signifie que la distance parcourue par l’un des faisceaux a légèrement varié sous l’effet du passage d’une onde gravitationnelle.

Étant donné la faiblesse des effets à mesurer, ces interféromètres doivent être très sensibles. En particulier, la distance parcourue par la lumière doit être aussi grande que possible. Pour cette raison, ces détecteurs sont gigantesques, leurs bras font plusieurs kilomètres de long. Il est également important de réduire toutes les sources de bruit parasite, tout spécialement celles d’origine sismique ou thermique.

Aux Etats-Unis, l’observatoire LIGO est composé de deux interféromètres indépendants, l’un situé enLouisiane, l’autre dans l’Etat de Washington, à 3000 kilomètres de distance. LIGO a observé le ciel sans succès entre 2001 et 2010 et a été modernisé pour reprendre ses observations en septembre 2015. L’interféromètre Virgo, situé près de Pise en Italie, est une collaboration entre cinq pays européens. Sa première période d’observation s’est déroulée entre 2007 et 2011 et il est depuis dans une phase de mise à jour de sa sensibilité qui devrait s’achever en 2016.

Les efforts de la communauté scientifique ont été récompensés le 14 septembre 2015 lorsque les interféromètres de LIGO ont tous deux détecté indépendamment les distorsions de l’espace-temps provoquées par le bref passage d’ondes gravitationnelles. Ces ondes n’ont pu être détectées qu’avec la complicité d’un événement considérable qui s’est produit il y a plus d’un milliard d’années  : deux trous noirs voisins ont fusionné à une vitesse égale aux deux tiers de la vitesse de la lumière ; ce phénomène hyperviolent a libéré une énergie inimaginable en seulement 20 millisecondes, et engendré un train d’ondes gravitationnelles qui ont progressivement perdu en puissance au cours de leur passage au travers de la Terre. Sans les outils aussi précis, il aurait fallu attendre qu’un événement se produise beaucoup plus près de la Terre, au risque de perdre quelques milliers d’années…

La détection fut détaillée dans la revue Physical Review Letters du 11 février par l’équipe de l’instrument LIGO. « Cette détection est le début d’une nouvelle ère, celle de l’astronomie des ondes gravitationnelles devenue désormais une réalité », affirme Gabriela Gonzalez, porte-parole de l’équipe LIGO, professeur d’astrophysique à la Louisiana State University.

Désormais les chercheurs travaillent sur un projet encore plus ambitieux. En effet, un détecteur à la surface de la Terre sera toujours très limité, contrairement à celui placé dans l’espace. Ainsi, un projet spatial de l’ESA appelé eLISA (Evolved Laser Interferometer Space Antenna) est à l’étude. Il s’agirait d’un ensemble de satellites travaillant de façon coordonnée. Au lieu de quelques kilomètres, la taille équivalente du détecteur serait alors de plusieurs millions de kilomètres. Un tel système rendrait possible l’étude d’une plus grande variété de phénomènes ainsi que la détection d’événements beaucoup plus lointains. Le lancement est prévu à l’horizon 2028.

Les nouvelles perspectives offertes par cette découverte témoignent de sa portée scientifique. Les ondes gravitationnelles sont autant de signaux porteurs de caractéristiques de la source qui les a engendrées. Elles permettent ainsi de « voir » des phénomènes astrophysiques jusqu’ici totalement invisibles car n’émettant pas de rayonnement électromagnétique, comme l’effondrement gravitationnel des étoiles massives, la fusion de deux étoiles à neutrons dans un système binaire, ou le processus en jeu au centre des galaxies.

« Cela ouvre une grande période nouvelle et excitante. L’Univers est mû par la gravité, mais on ne l’observe qu’avec la lumière. Nous verrons enfin des choses jamais vues parce qu’elles n’émettent pas de lumière, estime Pierre Binétruy, professeur à l’université Paris-VII. Nous changeons d’époque. »

L’annonce du 11 février vient donc à point nommé pour célébrer le centenaire d’une extraordinaire construction intellectuelle née un jour dans le cerveau d’un génie. Pour l’instant, il est encore difficile de mesurer son impact pratique et il est beaucoup trop tôt pour que toute spéculation sur d’éventuels engins anti-gravité sorte du cadre de la science-fiction. Mais cela peut changer très vite, comme c’était le cas du laser, également prédit par Einstein. Lorsqu’il a été créé en 1960, très peu de gens misaient sur une quelconque application pratique. Aujourd’hui, le laser est partout.

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Mise à jour investigations ufoetscience, le : 12/05/2016 à : 12h25.

L’Aventure quantique

Article source: rtflash.fr/

La mécanique quantique, élaborée entre 1900 (rayonnement des corps noirs par Max Planck) et 1927 (Principe d’incertitude d’Heisenberg) reste, avec la relativité générale d’Einstein, l’une des plus extraordinaires avancées scientifiques et conceptuelles réalisée par l’esprit humain. Défiant le sens commun et les réalités apparentes et perceptibles, cette théorie étrange constitue une rupture radicale avec la représentation que l’homme se faisait du monde depuis Aristote : désormais il nous faut admettre qu’à certains niveaux de « réalité », les principes d’identité et de causalité n’ont plus de sens et changent de nature.

Concrètement, si l’on peut dire, en parlant d’une théorie qui repose sur un formalisme mathématique d’une extrême abstraction, cela signifie notamment qu’une « particule » ne peut plus être appréhendée isolément, comme un objet parfaitement délimité dans l’espace et dans le temps mais doit être considérée plutôt comme une manifestation particulière d’un système physique global et « intriqué » intégrant l’Univers dans son ensemble…

Les conséquences pratiques qu’entraine cette nouvelle conception du monde sont redoutables et déroutantes. En mécanique quantique, on ne peut, par exemple, connaître à la fois avec précision la position et la vitesse d’une particule et l’on doit également admettre qu’une particule interagit avec l’observateur et va se comporter tantôt comme un objet « ponctuel », tantôt comme une onde, en fonction du dispositif expérimental choisi pour l’observer !

Il a fallu plus d’un demi-siècle pour que la communauté scientifique dans son ensemble accepte enfin ce renversement de perspectives de la physique. Plus précisément, c’est en 1982, qu’à l’issue d’une série d’expérimentations remarquables, le physicien français Alain Aspect a montré de manière très convaincante que, contrairement à ce que pensait Einstein – et qu’il avait exprimé en 1935 avec son fameux paradoxe EPR – et conformément aux prévisions de la physique quantique, deux photons issus d’une même source puis envoyés dans des directions opposées restaient à jamais « intriqués », c’est-à-dire liés dans leurs propriétés et leur « comportement ».

Aujourd’hui, plus de trente ans après les expériences historiques réalisées par Alain Aspect à l’Institut d’optique d’Orsay, une équipe de physiciens néerlandais vient de franchir une nouvelle étape décisive dans la confirmation expérimentale de la physique quantique. Dirigés par Ronald Hanson de la Delft University of Technology aux Pays-Bas, ces scientifiques, qui avaient déjà réussi il y a un an à transférer une information d’un bit quantique (qbit) à un autre, situé à 3 mètres de distance, sont cette fois parvenus à mettre en évidence ce phénomène d’intrication quantique à une distance-record de 1,3 km.

Dans cette série d’expériences, d’une extrême complexité, ces chercheurs ont pu effectuer 245 mesures (Voir Hanson Lab et article intitulé « Constatation expérimentale de la violation des inégalités de Bell par la mesure du spin d’électrons distants de 1,4 km » Cornell University Library). Les physiciens ont utilisé deux diamants permettant de produire des photons polarisés intriqués avec des électrons. Ces diamants, qui étaient séparés par une distance de 1,28 kilomètre, émettait chacun un photon. Ces deux photons s’éloignaient ensuite en direction d’un détecteur situé entre les diamants à plusieurs centaines de mètres de distance. Grâce à ce dispositif expérimental très ingénieux, les physiciens ont pu effectuer des mesures de spins des électrons sur presque toutes les paires de particules intriquées et combler ainsi l’une des dernières failles méthodologiques qui auraient pu biaiser les résultats.

En outre, ces expériences ont permis de garantir qu’aucun signal, même à la vitesse de la lumière, n’avait eu le temps de voyager entre les deux diamants au cours des mesures, pour « informer » ces diamants du résultat de ces dernières. Le résultat de ces expériences est sans appel : les corrélations de mesures de spin constatées sont en parfait accord avec le théorème des inégalités de John Bell (1964) et confirment de manière remarquable la théorie quantique, en excluant de manière encore plus rigoureuse l’hypothèse de « variables cachées » locales qui pourraient expliquer de tels résultats de mesures.

Autrement dit, il existe bien un niveau de réalité physique fondamentalement différent de celui qui prévaut à notre échelle (thermodynamique) ou à l’échelle cosmique (relativité générale), au sein duquel s’exprime de manière non réductible, ce que le regretté Bernard D’Espagnat, qui vient de disparaître, appelait un « réel voilé », organisé selon un principe de non-séparabilité. A ce niveau de réalité insaisissable, matière et énergie, ondes et particules, espace et temps sont enchevêtrés de manière inextricable. Cette dimension quantique du monde ne résulte pas de notre ignorance, ni de l’imprécision de nos instruments de mesure mais constitue bien une dimension fondamentale de la nature…

Mais la physique quantique, après être restée longtemps une curiosité théorique, s’est avérée depuis une vingtaine d’années une extraordinaire source de ruptures et d’innovations technologiques. Il faut par exemple savoir que c’est la physique quantique qui a permis la naissance et l’essor de la spintronique et l’introduction des têtes de lecture à magnétorésistance géante, à l’origine de l’augmentation considérable (par un facteur 100) de la densité de stockage d’information sur disque dur.

Il faut également rappeler que les nombreux outils technologiques qui constituent aujourd’hui notre quotidien, comme le microprocesseur, le laser, le GPS, ou encore l’imagerie par résonance magnétique, n’existeraient pas sans la théorie quantique. Mais, comme le souligne Dominique Sugny, du Laboratoire interdisciplinaire Carnot, à Dijon, « aussi importantes soient-elles, ces applications s’appuient seulement sur une compréhension passive des lois quantiques et désormais, les chercheurs veulent aller plus loin, en contrôlant activement les objets à cette échelle. » C’est là qu’intervient une jeune discipline pleine de promesses, le contrôle quantique, qui vise à organiser et à manipuler atomes et particules variées afin de leur conférer des fonctions spécifiques et de leur faire accomplir des tâches précises.

Pour atteindre cet objectif ambitieux, les scientifiques se sont notamment appuyés sur la théorie du contrôle optimal qui consiste à rechercher une solution sous la forme mathématique d’un problème d’optimisation qu’on peut résoudre numériquement. C’est ce principe qui a permis, il y a presque un demi-siècle, au cours du programme lunaire américain Apollo, de déterminer les trajectoires minimisant le plus possible la consommation de carburant pour atteindre la Lune.

L’augmentation exponentielle de la puissance de calcul informatique a permis récemment au contrôle quantique de réaliser des pas de géant dans plusieurs domaines. Par exemple, il est à présent possible de contrôler certaines réactions chimiques complexes par laser en calculant l’ensemble des paramètres des ondes lumineuses utilisées pour obtenir cette réaction. Il y a quelques mois, des chercheurs ont ainsi réussi à créer, à l’aide du contrôle quantique, une liaison entre deux atomes de magnésium2.

Mais ces outils de contrôle quantique sont également en train de bouleverser un autre domaine hautement stratégique, celui de l’informatique quantique. Actuellement, les ordinateurs reposent sur une logique binaire, issus de l’architecture imaginée par Van Neumann, l’un des pères de l’informatique. Dans cette configuration, la plus petite unité d’information, le bit, ne peut prendre que deux valeurs, 0 ou 1, selon le passage ou non du courant électrique à travers un transistor. Mais, dans un ordinateur quantique, les choses se passent de manière radicalement différente. Le bit quantique (ou qbit), repose sur l’état d’un système quantique et peut de ce fait s’affranchir de cette logique binaire et utiliser les étranges propriétés quantiques d’intrication et de superposition d’états.

Au lieu d’effectuer de manière séquentielle toute une série de calculs pour parvenir à un résultat final, l’ordinateur quantique peut donc, en théorie, avoir accès à la totalité des résultats en une seule étape, ce qui laisse espérer des machines dont la puissance de calcul serait des milliers de fois supérieure à celles de nos superordinateurs d’aujourd’hui…

Mais le chemin technologique qui mène vers l’ordinateur quantique opérationnel est semé d’embûches. L’un des principaux obstacles que doivent par exemple surmonter les chercheurs est lié au nombre de qbits pouvant fonctionner simultanément au sein d’une même machine. En effet, pour être réellement efficace, un ordinateur quantique doit en théorie pouvoir mobiliser en même temps plusieurs milliers de qbits. Mais plus ces qbits sont nombreux et plus les risques d’interaction  avec l’environnement augmentent. Or ces interactions entraînent ce que les physiciens appellent une décohérence, c’est-à-dire un brusque effondrement des propriétés quantiques recherchées.

Mais le contrôle quantique parvient de mieux en mieux à détecter les erreurs dues à la décohérence et à les corriger en temps réel. En 2011, une avancée majeure dans ce domaine a été réalisée par l’équipe de Serge Haroche, Prix Nobel de physique en 2012. Après être parvenu à mesurer des photons sans les détruire, ces chercheurs ont réussi à stabiliser le nombre de photons piégés dans une cavité supraconductrice en générant un signal micro-onde approprié. Cette avancée remarquable confirme qu’il est possible de corriger en temps réel les bits d’un ordinateur quantique, ce qui lève un verrou majeur dans la conception de ces machines.

Le domaine biologique et médical va également connaître une révolution grâce à l’application du contrôle quantique. En imagerie IRM par exemple, en utilisant la théorie du contrôle optimal, des chercheurs sont parvenus à déterminer les profils de champ magnétique à appliquer pour obtenir le meilleur contraste possible d’une image pour des conditions expérimentales données. Les physiciens ont validé ensuite avec succès cette approche par une expérience test in vitro. Quant aux premiers essais sur l’homme, ils pourraient commencer à l’horizon 2020 et, selon le physicien Dominique Sugny, ils devraient permettre d’obtenir des images bien plus précises qu’aujourd’hui, ce qui permettra de nouveaux progrès pour de nombreuses pathologies, en matière de détection et de diagnostic.

Dans le domaine connexe des télécommunications qui doivent absorber et véhiculer des quantités d’informations toujours plus grandes et vont devoir intégrer demain l’Internet des objets et la visiophonie personnelle en 3D, le déploiement des réseaux et des composants optiques permet également d’avoir recours au contrôle quantique pour décupler la rapidité et la fiabilité de ces échanges de données numériques. Au Canada, l’équipe du professeur Roberto Morandotti est récemment parvenue à utiliser la photonique quantique pour produire directement des paires de photons ayant une polarisation croisée (orthogonale), une première en optique quantique intégrée sur puce. Grâce à cette avancée, il devient possible de recourir à la polarisation des photons pour améliorer considérablement le débit et la rapidité des communications optiques d’informations numériques.

Dans le domaine des communications sécurisées, le contrôle quantique est également en train de s’imposer. En début d’année, des chercheurs de l’Université nationale australienne (ANU) et de l’Université d’Otago en Nouvelle-Zélande Dr Jevon Longdell ont créé un prototype de disque dur quantique qui peut modifier fondamentalement le domaine du cryptage de données sécurisé, à longue distance. Utilisant des atomes de l’élément europium de terre rare intégré dans des cristaux d’orthosilicate d’yttrium (YSO), ces scientifiques ont réussi à créer un dispositif de stockage capable de maintenir jusqu’à six heures une information à l’état quantique (Voir Australian National University).

Toujours en matière de cryptage quantique des communications, la firme japonaise Toshiba a annoncé il y a quelques semaines qu’elle avait commencé des tests de transmission sécurisée de données génétiques par cryptographie quantique, une méthode de cryptage en théorie totalement inviolable puisque chaque bit d’information est associé à un photon et que toute tentative d’intrusion entraîne immédiatement la destruction de l’information ainsi véhiculée (Voir Toshiba). Toshiba a précisé que son système de cryptographie quantique devrait être commercialisé dès 2020.

Enfin, il y a quelques jours, Google, la NASA et l’USRA (Universities Space Research Association) ont annoncé qu’ils avaient décidé de s’associer dans le cadre d’un projet de recherche destiné à rendre opérationnel un ordinateur quantique. Pour atteindre cet objectif, les deux partenaires vont s’équiper du D-Wave 2X, la dernière machine quantique du constructeur canadien D-Wave. Cet ordinateur utilisera une puce quantique composée pour la première fois de 1000 qbits, contre 512 pour la génération actuelle. « Avec ce programme de recherche, nous espérons montrer que l’informatique quantique et les algorithmes quantiques pourraient un jour améliorer radicalement notre capacité à résoudre des problèmes d’optimisation complexes pour l’aéronautique, les sciences de la Terre et de l’espace ou encore la conquête spatiale », a déclaré le directeur du centre de recherche Ames de la Nasa, Eugene Tu, dans le communiqué de D-Wave (Voir D-Wave).

On voit donc que, presque 90 ans après sa formalisation très confidentielle par une poignée de physiciens de génie, parmi lesquels il faut rappeler les noms d’Einstein, de Planck, de Bohr, de Schrödinger, d’Heinsenberg, de De Broglie, de Dirac ou encore de Pauli, la théorie quantique, qui ne s’est pas imposée facilement dans le monde scientifique tant elle remettait en cause les fondements mêmes de notre représentation physique du réel, a gagné ses lettres de noblesse en se manifestant de manière de plus en plus concrète, d’abord comme instrument de recherche fondamentale et plus récemment comme outil irremplaçable et extrêmement puissant d’innovation et de rupture technologique et industrielle.

Aujourd’hui, les systèmes et dispositifs quantiques sont déjà présents, sans que nous nous en rendions compte, dans de nombreux objets de notre vie quotidienne et demain ils seront absolument partout et permettront des avancées que nous ne pouvons même pas imaginer dans des domaines aussi variés que l’énergie, les transports, la médecine, l’informatique, les télécommunications, les matériaux ou la robotique…

Cette extraordinaire aventure scientifique que représente la physique quantique apporte un démenti cinglant à ceux qui ne raisonnent qu’à court terme et voudraient enfermer la Recherche dans une finalité exclusivement utilitariste. Comme le disait avec humour, peu de temps avant sa disparition, Jack Kilby, l’inventeur du premier circuit intégré en 1958, « Le transistor qui est la base du microprocesseur et de l’informatique actuelle n’est pas une simple amélioration de l’ampoule électrique ou du tube à vide mais constitue une véritable rupture technologique ». Cet ingénieur hors pair faisait également remarquer qu’il avait fallu 30 ans entre l’invention du transistor et la commercialisation des premiers ordinateurs personnels. Il a fallu le même laps de temps entre la découverte du concept d’images télévisées, au milieu des années 1920 et la commercialisation des premiers téléviseurs, au lendemain de la seconde guerre mondiale.

Dans cette société fébrile, obsédée par le court terme et les effets d’annonces médiatiques et dominée par l’écume des choses, nous devons comprendre qu’il existe un « temps long », qui est de l’ordre du quart du siècle, entre une avancée théorique fondamentale et sa traduction concrète pour le grand public, sous forme de produits, de systèmes ou de services nouveaux. Si l’aventure quantique nous prouve une chose à méditer, c’est qu’il n’existe pas, d’un côté, une Science « pure » et abstraite et de l’autre une Recherche uniquement orientée vers des applications concrètes. Le processus qui va de la découverte théorique à l’invention, l’innovation et la production industrielle de produits et services radicalement nouveaux est un long continuum qu’il faut préparer et alimenter en ayant une vision stratégique et prospective à très long terme de l’évolution scientifique, économique et sociale.

Faisons en sorte que notre Pays, qui a la chance de posséder à la fois une Recherche fondamentale du plus haut niveau en physique et en mathématiques et qui dispose d’un savoir technologique et industriel reconnu au niveau mondial, sache mieux penser, préparer et accompagner les prochaines révolutions scientifiques et techniques qui bouleverseront notre société d’ici 2050.

René TRÉGOUËT

Sénateur honoraire

Fondateur du Groupe de Prospective du Sénat

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Mise à jour investigations ufoetscience, le: 16/10/2015 à : 13h30.

Dans la réalité l’Enterprise de la Nasa pourrait exister.

Crédit: sploid.gizmodo.com/

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Traduction ERA pour investigations ufoetscience.

Le vrai Enterprise de la NASA pourrait nous emmener un jour vers d’autres systèmes solaire. Le Dr   Harold sony white travaille toujours sur  le concept du warp drive au centre spatial Jonhson de la NASA. 

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Leur travail en est toujours au stade expérimental, mais cela ne signifie pas qu’ils ne peuvent pas déjà imaginer ce à quoi le vaisseau ENTERPRISE devrait ressembler dans la réalité selon leus calculs. Vous êtes en train de le regarder ( voir photos). 

C’est le vaisseau qui peut nous conduire où aucun humain n’est allé auparavant.

Il m’ a fait crier comme une fillette Klingon.

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Mark Rademaker  artiste spécialisé de la 3D a déclaré qu’il a travaillé avec white à la conception d’un modèle mis à jour qui inclue un vaisseau élégant niché au centre de deux énormes anneaux qui créent la bulle du   warp drive.

 

 

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Le modèle mis à jour est celui que vous pouvez voir ci-dessus, une variation du concept original qui, selon le Dr White, a été rendue par Rademaker basé sur une idée de Matthew Jeffries, le gars qui a apporté « le look  Star Trek familier. » C’est le concept original de vaisseau warp drive.

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Le Docteur White dont le quotidien est de travailler à des solutions futures de propulsion pour les Voyages interplanétaires dans un avenir proche, comme les propulseurs à ion et à plasma  a résolu les problèmes du concept Drive d’Alcubierre,  une théorie qui permettrai le voyage plus rapide que la lumière  basée sur les équations du champ d’Einstein en relativité générale, développés par le physicien théorique Miguel Alcubierre.

 

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Un vaisseau spatial équipé d’un warp drive permettrait le voyage à une vitesse supraluminique (plus rapide que la lumière) en courbant l’espace autour de lui, raccourcissant les distances. Au niveau local, cependant, le vaisseau ne se déplacerait pas plus vite que la lumière. Par conséquent, le voyage warp drive ne viole pas le premier commandement d’Einstein: Tu ne voyageras pas plus vite que la lumière.

Voici plusieurs vues du IXS Enterprise lors de sa phase de construction, le concept que le Dr White développé avec Rademaker:

cliquez

Vous pouvez regarder le discours fascinant que le Dr White a donné à la conférence SpaceVision 2013 ici :

Video youtube

Si cette vidéo ne fonctionne pas cliquez ici

Le vaisseau spatial me rappelle un peu celui de Interstellar  de Chris Nolan, un film qui, en théorie – montrera un voyage supraluminique réaliste. C’est une vue partielle du vaisseau dans le film, qui a aussi une sorte d’anneau  autour.

 

Pas un fantasme, mais de la vraie science

Mais Interstellar  est de la science-fiction. Le travail du Dr White en tant que  Responsable sur le thème de la propulsion avancée pour la Direction de l’ingénierie de la NASA est de la science. Et tandis que son département ne reçoit que des cacahuètes par rapport au budget de la NASA (sans parler de celui du Pentagone) je trouve ses paroles réconfortantes :

Peut-être qu’une expérience Star Trek dans notre vie n’est pas une possibilité lointaine. 

Voyez-vous,  le Dr White et ses collègues ne font pas un film ou une sortie avec des rendus 3D pour le plaisir de le faire. Ils ne se contentent pas de croire qu’un moteur à distorsion dans la réalité soit  théoriquement possible ; ils ont déjà commencé le travail pour créer un.

 

La feuille de route vers le warp drive

Selon le Dr White, il s’agit d’une feuille de route qu’ils doivent suivre pour atteindre cet objectif final de Voyage interstellaire rapide. Il explique cette feuille de route dans la vidéo ci-dessus.

 

Si son travail est réussi, il dit que nous serions en mesure de créer un moteur qui nous mènera vers Alpha du Centaure « en deux semaines, telles que mesurées par les horloges sur Terre. » Le temps sera le même dans le vaisseau spatial et sur ​​la terre, prétend-il, et il n’y aura  pas « des forces de marée à l’intérieur de la bulle, pas de problèmes excessifs, et l’accélération propre est nulle. Lorsque vous allumez le champ, tout le monde n’ira pas se claquer contre la cloison, ce qui serait un voyage très court et triste. « 

Chaque fois que je lis ce paragraphe, je souris et mon sourire est si large qu’il me fait paraître stupide.

OK,   Dr White, vous avez obtenu notre attention. Faites le.

Mise à jour investigations ufoetscience, le  : 12/06/2014 à :00h05.

 

 

Trous noirs : Stephen Hawking remet-il en cause leur existence ?

 Source 

Le 30/01/2014 à 17:32 – Par Laurent Sacco, Futura-Sciences 

Stephen Hawking avait déjà fait sensation il y a 40 ans en annonçant que les trous noirs ne piégeaient pas de l’énergie pour toujours et qu’ils pouvaient s’évaporer. Il s’agissait d’une conséquence des lois de la mécanique quantique. Il jette à nouveau le trouble en suggérant que les trous noirs n’existent pas. Mais est-ce vraiment ce qu’il affirme ? L’information ayant suscité des réactions et des affirmations parfois fantaisistes, la réponse mérite une analyse fine…

Crédit image : Sciences et avenir

 

Stephen Hawking vient de réaliser un nouveau coup d’éclat médiatique dont il a le secret. On se souvient par exemple il y a quelques années des remous qu’il avait causés avec le boson de Brout-Englert-Higgs. Ses travaux sur la théorie des trous de ver l’avaient conduit à douter de la possibilité de découvrir cette fameuse particule au LHC. Il avait donc parié avec le physicien Gordon Kane qu’on ne l’observerait pas.

Cette année, deux semaines après son anniversaire, Hawking a déposé sur arxiv un article court et sans équations dans lequel il semble affirmer que les trous noirs n’existent pas. En réalité, le contenu de cet article a déjà été exposé sur Skype en août 2013, devant ses collègues, lors d’un colloque du Kavli Institute for Theoretical Physics, à Santa Barbara (Californie). Il concerne une solution à une énigme découverte il y a environ deux ans par Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski et James Sully (AMPS) en réfléchissant au fameux paradoxe de l’information avec les trous noirs. Il s’agit donc d’un nouveau rebondissement dans la saga du problème du corps noir, liant de façon étroite la mécanique quantique, la relativité générale et la thermodynamique.

Si la vidéo ne fonctionne pas cliquez ici

Présenté par Hubert Reeves et Jean-Pierre Luminet, Du Big Bang au vivant est un projet multiplateforme qui couvre les plus récentes découvertes dans le domaine de la cosmologie. Jean-Pierre Luminet explique ici l’histoire des découvertes théoriques des trous noirs. © Du Big Bang au vivant

Stephen Hawking il y a quelques années, avec l’appareil lui permettant de communiquer avec un ordinateur. Âgé de 72 ans et plus paralysé que jamais, l’astrophysicien et mathématicien tente toujours de percer les secrets des trous noirs et de la gravitation quantique. © DAMTP, University of Cambridge

Les travaux de Hawking sur la théorie des trous noirs, aussi bien du point de vue de la relativité générale classique qu’en utilisant les lois de la mécanique quantique, sont au cœur du paradoxe découvert par AMPS. Quelques rappels sur la théorie classique et quantique des trous noirs sont indispensables pour comprendre en quoi consiste ce paradoxe. Ils permettent aussi de prendre du recul par rapport aux déclarations récentes de Stephen Hawking.

L’effondrement gravitationnel des étoiles

Pendant longtemps, la communauté scientifique n’a pas pris au sérieux l’existence des objets que l’on appelle aujourd’hui des trous noirs, et qui étaient prédits par les équations de la relativité générale d’Einstein. Les choses ont commencé à changer quand au début des années 1960, une équipe aux États-Unis (un trio de physiciens qui avaient été impliqués dans la conception de la bombe H états-unienne) s’est attelée à un problème de simulation numérique bien précis. Michael Mayn, Richard White et Stirling Colgate ont mis à profit les compétences qu’ils avaient acquises en physique nucléaire, mécanique des fluides et théorie du transfert radiatif pour simuler surordinateur l’implosion d’une étoile de façon réaliste. Il s’agissait de vérifier les conclusions découlant des calculs simplifiés conduits par Robert Oppenheimer et Hartland Snyder à la fin des années 1930.

Presque au même moment, dans l’ex-URSS, l’un des concepteurs de la bombe H soviétique, le grand Yakov Zel’dovich, lance trois de ses collègues sur le même problème. Les deux équipes ont abouti à des résultats identiques. Au-dessus d’une certaine masse, rien ne peut plus stopper la contraction gravitationnelle d’une étoile, qui finit par franchir une surface sphérique dont la taille est donnée par le rayon de Schwarzschild. L’état final de la matière sous cette surface restait cependant problématique. Les calculs menés avec la relativité générale semblaient impliquer que la courbure de l’espace-temps augmentait en même temps que la densité de la matière pour finir par atteindre une valeur infinie : une singularité.

En 1965, le mathématicien Roger Penrose démontra que ce devait bien toujours être le cas dans le cadre de la relativité générale classique. Il suffisait de postuler des conditions très plausibles concernant l’état de la matière sous la surface, que l’on appelle maintenant l’horizon des événements, c’est-à-dire une région de l’espace-temps dont on ne peut s’échapper même à la vitesse de la lumière.

Trou noir et horizon des événements

Il était déjà clair à ce moment-là, notamment pour le grand John Wheeler, qu’avant d’atteindre la courbure infinie prédite par le théorème de singularité de Penrose, la mécanique quantique devait entrer en ligne de compte au niveau de l’espace-temps lui-même. Elle devait probablement supprimer la singularité, comme elle avait stoppé l’effondrement des électrons sur le noyau de l’atome dans le modèle de Rutherford.

Du point de vue de la relativité générale, on pouvait développer une théorie précise des singularités gravitationnelles, mais nul doute que l’état final de l’implosion d’une étoile ne serait connu que lorsqu’on disposerait d’une théorie quantique de la gravitation et même d’une théorie unifiée des forces et de la matière. En pratique, l’espace-temps d’une étoile s’effondrant, ou de toute autre masse de matière suffisamment comprimée, évoluait jusqu’à un état d’équilibre final identique pour un observateur extérieur à ce qu’on appelle la solution de Schwarzschild décrivant un trou noir statique et éternel. La singularité centrale de cette solution devait être une description idéalisée et non physique d’une région extrêmement dense dominée par des effets quantiques.

 

Le physicien des physiciens, comme l’appelaient ses collègues, John Wheeler. On lui doit le terme de trou noir, la première théorie de la fission avec Niels Bohr et bien d’autres choses encore. Il a été le directeur de thèse de Richard Feynman et Kip Thorne. © Avec l’aimable autorisation de la famille Wheeler, 1991

On pouvait donc se contenter de développer pour l’astrophysique une théorie des astres complètement effondrés gravitationnellement en se basant sur la solution idéalisée de Schwarzschild. On avait donc défini ce qui est maintenant appelé un trou noir non par le fait qu’il contiendrait une vraie singularité de l’espace-temps et des équations décrivant le comportement de la matière, mais par l’existence d’un horizon des événements. Stephen Hawking, notamment, s’est beaucoup appuyé sur les propriétés de la surface que constitue l’horizon des événements pour explorer la physique des trous noirs. Cette surface définissant une région dont plus aucune information ne peut émerger en physique classique, on peut lui associer une entropie, puisque, en pratique ou de manière absolue, elle rend indisponible pour un observateur extérieur l’information contenue dans un objet ayant traversé l’horizon.

Des trous noirs quantiques qui rayonnent

Toutefois, au voisinage de l’horizon, comme partout dans le vide, des paires de particules apparaissent et disparaissent du fait des lois de la mécanique quantique. Les forces de marée exercées par le trou noir peuvent séparer ces particules, de sorte que l’une tombe parfois dans le trou noir et l’autre s’échappe vers l’infini. L’énergie utilisée pour séparer ces paires étant prise au trou noir, sa masse diminue et cette perte se retrouve associée à l’énergie portée par la particule rayonnée par le trou noir. Comme Hawking allait le montrer pendant les années 1970, tout se passe donc comme si un trou noir se mettait à rayonner comme un corps noir en s’évaporant. Le rayonnement thermique du corps noir étant très désordonné, l’évaporation d’un trou noir semblait détruire de l’information. L’énergie d’un livre jeté dans un trou noir finirait par en ressortir, mais l’information qu’il portait serait perdue à jamais du fait de l’existence d’un horizon des événements.

Pour Leonard Susskind et Gerard ‘t Hooft, cela devait être impossible, car cela conduisait à violer les lois de la mécanique quantique. Hawking en était bien conscient et il pensait justement avoir découvert une clé pour aller au-delà de ces lois. Mais pendant les années 1990, la seconde révolution de la théorie des cordes, et notamment la fameuse correspondance AdS/CFT (encore appelée conjecture de Maldacena) allait changer tout cela. Confirmant l’idée de ‘t Hooft et Susskind qu’une théorie de la gravitation quantique devait faire apparaître des phénomènes ressemblant à ceux associés à des hologrammes, cette correspondance impliquait avec force que les lois de la mécanique quantique étaient bien respectées par l’évaporation d’un trou noir. On pouvait considérer d’une certaine façon que les paires de particules à l’origine de l’évaporation d’un trou noir étaient intriquées. De sorte que l’information initialement contenue par celui-ci était, grâce à l’intrication quantique, tout de même libérée et présente dans le rayonnement, bien que celui-ci apparaisse très désordonné pour un observateur extérieur.

Dans cette vidéo, Jean-Pierre Luminet nous parle de l’évaporation des trous noirs via le rayonnement de Hawking. Cette évaporation pose une énigme connue sous le nom de paradoxe de l’information avec la physique des trous noirs. © Du Big Bang au vivant

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Revenons maintenant vers le paradoxe découvert par Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski et James Sully. Il est connu depuis environ deux ans sous le nom de controverse du «pare-feu » (firewall en anglais). Il fait toujours l’objet de nombreuses discussions entre physiciens théoriciens, car il en rend perplexes plus d’un qui avouent être plutôt dans la confusion à son sujet.

Des particules maximalement intriquées

Pour le comprendre, il faut savoir qu’il existe différents degrés d’intrication quantique entre systèmes physiques. Il y a notamment ce qu’on appelle l’intrication maximale, qui affirme que lorsque deux systèmes sont maximalement intriqués, on ne peut plus les intriquer avec un troisième. Rien n’interdit une intrication entre plus de deux systèmes, mais elle n’est alors plus maximale. La mécanique quantique implique que si on attend suffisamment longtemps, une durée appelée le temps de Page (en référence au physicien Donald Page), le rayonnement passé émis par un trou noir avant ce temps sera maximalement intriqué avec le rayonnement émis après ce temps.

Si un objet est jeté dans le trou noir après ce temps de Page, il devrait aussi être intriqué avec le rayonnement passé et futur du trou noir en contradiction avec le fait qu’ils sont déjà maximalement intriqués. Si l’on refuse de modifier les lois de la mécanique quantique, il semble qu’il faille interdire à l’objet de pénétrer dans le trou noir.

Un pare-feu en contradiction avec la relativité générale

AMPS est arrivé à la conclusion que juste au niveau de l’horizon d’un trou noir, l’objet en chute libre devait rencontrer un intense flux d’énergie, un pare-feu, le mettant en pièces et l’empêchant de pénétrer dans le trou noir. Ce scénario pose problème : pour des trous noirs d’assez grande taille, comme un trou noir supermassif contenant des milliards de masses solaires, il n’y a aucune raison pour qu’un observateur en chute libre remarque quoi que ce soit au voisinage de l’horizon. Les forces de marée sont très faibles et il n’y a pas de rayonnement quantique pour un tel observateur en chute libre. Qui plus est, un tel trou noir apparaît comme très froid pour un observateur extérieur même, dans cette situation, au temps de Page. C’est en réalité une conséquence du principe d’équivalence de la relativité générale, sur lequel elle repose lourdement. Le message semble clair : si on refuse de toucher à la théorie quantique, il faut un pare-feu, mais celui-ci entre en contradiction avec la relativité générale…

Le physicien théoricien Donald Page est un expert dans le domaine de l’évaporation des trous noirs et en cosmologie quantique. C’est un des anciens élèves de Stephen Hawking. © University of Alberta

Voilà l’endroit où nous allons rejoindre Stephen Hawking… Si on ne change par les principes de la mécanique quantique et qu’on ne touche pas à ceux de la relativité générale, il faut peut-être modifier légèrement la théorie des trous noirs. Hawking propose donc de remettre en cause le caractère absolu de l’horizon des événements, ce qui permettrait de se passer d’un pare-feu tout en conservant les lois de la mécanique quantique. En pratique, l’horizon ne définirait pas une région dont la lumière ne pourrait pas s’échapper, mais une région où elle serait piégée comme la matière pendant un temps assez long.

Hawking ne rejette donc pas en bloc ses travaux ni les trous noirs, il parle de l’existence d’un horizon apparent, effectif, comme l’est la description continue d’un fluide par les équations de Navier-Stokes. Hawking propose d’ailleurs de reconsidérer un trou noir comme une sorte d’état lié du champ de gravitation, turbulent et chaotique. La perte apparente d’information donnant lieu à l’existence d’une entropie associée à la surface définie par l’horizon des événements serait donc analogue à celle connue en physique classique pour une collection de particules, un artefact d’une description macroscopique simplifiée.

Chaos, turbulence et trous noirs

L’article de Hawking laisse ses collègues quelque peu perplexes, et même dubitatifs, même si Hawking fait bien allusion à la correspondance de Maldacena posant qu’à la frontière d’un espace-temps AdS, un fluide quantique, ressemblant à un plasma de quarks et de gluons(conformément au principe holographique) reflète le comportement d’un trou noir en train de s’évaporer. Elle suggère que l’effondrement chaotique de la matière donnant un trou noir serait relié à un état turbulent de ce fluide. Mais cette connexion reste floue dans les propos de Hawking.

Lorsqu’il parle d’un état chaotique classique de l’espace-temps et de la matière sous l’horizon apparent d’un trou noir, on peut se demander s’il n’a pas en tête une connexion explorée depuis quelques années entre la théorie des trous noirs et celle des fluides turbulents. Il s’agit de lacorrespondance fluide-gravité, qui utilise la correspondance AdS/CFT pour traduire des problèmes de la dynamique des fluides en problèmes de relativité générale.

Ce qui est sûr, c’est que Stephen Hawking compare la perte effective d’information et de prédictibilité dans un trou noir avec l’impossibilité de prédire la météo à long terme. En principe, nous dit la physique classique, le fluide que constitue l’atmosphère a un comportement déterministe, mais en pratique, on perd rapidement de l’information sur lui et on ne peut plus faire de prédictions précises. On pourrait donc, par analogie, concevoir un trou noir comme une boule de fluide très dense, chaotique et turbulente, mais qui finit par s’évaporer.

Les nouveaux trous noirs, des boules de supercordes ?

Une telle description n’est pas radicalement nouvelle. John Wheeler utilisait dès les années 1950 et 1960 des images issues de l’hydrodynamique pour se représenter la physique de l’espace-temps. On peut penser aussi au paradigme de la membrane développé pendant les années 1970 et 1980 par Kip Thorne et Thibault Damour. En effet, pour les besoins de l’astrophysique, par exemple pour étudier les quasars, on peut remplacer la description d’un trou noir avec son horizon par celle d’une sorte de bulle de fluide visqueux douée de propriétés électriques et thermodynamiques. On n’a pas à se soucier de ce qu’il y a à l’intérieur de cette bulle, qui se comporte donc comme un horizon apparent.

Spécialiste de la théorie des supercordes, le physicien théoricien Samir Mathur développe depuis une dizaine d’années une théorie originale sur la structure interne des trous noirs. Elle ne s’est pas encore imposée. Elle suggère que les trous noirs sont en réalité des sortes de pelotes de cordes quantiques. ©National Taiwan University

On peut finalement se demander si la solution que propose Hawking au paradoxe du pare-feu mis en évidence par AMPS n’a pas déjà été donnée dans le cadre de la théorie des cordes par le physicien théoricien Samir Mathur de l’université d’État de l’Ohio. Il a proposé voilà une dizaine d’années que les trous noirs étaient des sortes de « pelotes de cordes » qu’il a baptisées des « fuzzballs » en anglais. Selon ses calculs, en tenant compte du fait que les particules seraient en réalité des cordes, une fois qu’elles ont pénétré dans un trou noir, elles se mettraient en quelque sorte à s’étaler jusqu’à occuper tout l’intérieur de la région sous l’horizon d’un trou noir. Si le trou noir est petit, l’image qui émerge est celle d’une sorte d’équivalent d’une étoile à neutrons très dense, mais cette fois constituée de cordes quantiques. L’essentiel de ce que contient la théorie standard des trous noirs serait conservé, mais l’horizon des événements serait bien effectif, apparent, exactement comme le propose Hawking. Mathur vient d’ailleurs de publier récemment des articles dans lesquels il affirme que si la description des trous noirs en termes de fuzzballs est bien correcte, on conserve la thermodynamique des trous noirs standard et la théorie quantique tout en résolvant le paradoxe de l’information et sans avoir besoin de pare-feu.

Une chose est sûre : les trous noirs sont encore loin d’avoir fini de susciter des énigmes, et ils sont une extraordinaire fenêtre sur la physique la plus fondamentale de l’univers.

Source 

Mise à jour Investigation Ufo et Science le 7-2-2014 à 23 heures