Science – Page 21 – Mathis A. LeCorbot

L’effet tunnel

Publié 2018-06-22 Par Mathis LeCorbot dans LeCorbot, Physique, Quantique, Technologie

Ne pensez pas à une expérience de mort imminente. L’effet tunnel dont je veux vous parler est quantique. Oui, je sais, c’est de la physique, mais il n’est pas nécessaire de la craindre puisque celle-ci fait bien partie de nos existences.

D’emblée, je m’inscris en faux face à la métaphore du tunnel puisque celle-ci crée une mésinterprétation de cet effet. Rappelez-vous plutôt la représentation du potentiel de Diablo dans la série des X-Men. Il donne en partie un meilleur aperçu du phénomène, mais là encore avec des imprécisions.

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Prenez une personne normale devant une enceinte faite de briques de trois mètres de hauteur et demandez-lui d’atteindre l’intérieur du périmètre. L’individu aura beau tourner autour, le mur reste partout présent, l’empêchant de se rendre de l’autre côté puisqu’il ne possède pas le potentiel nécessaire pour franchir cette hauteur.

En physique quantique, une particule, c’est aussi une onde. Il n’est donc pas impossible pour celle-ci de se retrouver au-delà d’une barrière sans avoir eu à la traverser puisque son existence est « étalée » à certains moments et peut reprendre des attributs particulaires à d’autres.

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Lorsque sa présence est étalée et que la particule se comporte comme une onde, la barrière, une bande interdite, n’apparait plus comme étant infranchissable puisqu’on peut dire qu’une partie d’elle-même se trouve déjà au-delà de cet obstacle. Si la particule se cristallise dans la portion où elle existe potentiellement de l’autre côté du mur, elle aura donné l’impression d’avoir franchi ce mur.

En fait, le corpuscule ne « traverse » jamais l’obstacle, dans le sens où on l’entend normalement, qui reste infranchissable. Elle n’a pas suivi un trajet entre l’extérieur et l’intérieur de l’enceinte. Elle se retrouve simplement évanescente, avec une probabilité de se cristalliser dans une portion d’espace beaucoup moins probable, mais non nulle qui se trouve au-delà de la barrière se dressant devant elle.

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Utilisez un nombre phénoménal de particules élémentaires s’entassant devant un mur, aussi haut soit-il, une quantité non négligeable de celles-ci franchiront l’obstacle parce que leur mode d’existence l’autorise.

Mais à quoi peut bien servir cet effet tunnel ? Un seul exemple, il en existe des centaines. Dans tout appareil électronique se trouve un système permettant de maintenir une tension électrique continue, fixe et stable. C’est la partie « alimentation ». Cette tension est souvent obtenue à partir d’une diode dont ses propriétés « tunnel » ont été accrues par un dosage d’impuretés chimiques. On l’appelle « diode Zener ». Il reste ensuite à amplifier sa puissance pour alimenter tout un appareil, comme un téléphone intelligent, en tension stable qu’une batterie seule ne possède pas.

Voilà comment la physique quantique existe en permanence au bout de nos doigts et n’est pas qu’une curiosité « métaphysique » seulement utile à rendre les esprits tordus et illogiques, malgré ses aspects tordus et illogiques.

Comète

Publié 2018-06-212018-06-21 Par Mathis LeCorbot dans Astronomie, Culture, Histoire, LeCorbot

L’origine grecque komê du mot comète signifie « chevelure ». C’est plutôt bien imagé. Toutefois, cette représentation féminine de la comète s’est accentuée et on a associé ces apparitions élégantes à de magnifiques princesses.

Dans beaucoup de cultures, les comètes ont été liées à l’avènement de catastrophes naturelles, à des annonces de guerres sanglantes perdues ou au décès de rois. On vit le malheur dans la venue dans les cieux de comètes et un côté sombre aux jolies princesses. Certains ont persisté à idéaliser les blondes créatures (les pauvres !) et ont plutôt opté pour des sorcières ayant la main mise sur les beautés… fatales, car la mort et la souffrance suivaient toujours leurs apparitions.

Évidemment, en ces temps obscurs où les prêtres se cherchaient toutes les raisons possibles, bonnes ou mauvaises, pour garder le peuple et surtout les rois en laisse, ils omettaient volontiers de faire remarquer toutes les catastrophes non prédites par ces étoiles qui fument. Quant aux malheurs, ils en trouvaient toujours un à leur associer puisque les malédictions pullulaient à ces époques et la vie des rois se déclinait dans la brièveté. Leur réputation sulfureuse a été validée aussi bien en Orient qu’en Europe qu’aux Amériques précolombiennes. Vers les années 1000, les Chinois les répertoriaient en les classant par catégories.

En 1696, William Whiston attribua le grand Déluge au passage d’une comète à proximité de la Terre. Avant cela, la mort de Jules César aurait été annoncée par un astre chevelu.

Représenter ces serpents de feu dans la peinture ou dans la gravure se fit abondamment et son symbolisme demeura puissant pendant très longtemps. Aujourd’hui encore, les comètes fascinent certains et en inquiètent bien d’autres.

Ces corps mi-poussiéreux mi-glacés ont été éjectés d’un réservoir en contenant des milliards appelé nuage d’Oort aux confins de notre système solaire. Des collisions ou des perturbations transforment leur orbite en une grande ellipse venant frôler le Soleil. Une supernova éclatant près de nous pourrait causer des pressions suffisamment importantes pour engendrer des pluies de comètes comme il s’en est produit durant la genèse de la Terre il y a environ 4 milliards d’années. La Lune montre encore aujourd’hui les stigmates d’un bombardement intensif survenu à cette époque lointaine. L’eau de nos océans serait en partie due aux chutes de comètes sur Terre.

Souvent perçues avec deux queues de couleurs et de directions distinctes, elles dépendent de l’éjection de poussières neutres et d’ions. Il en existe une troisième, invisible et plus longue que les précédentes, formée d’hydrogène. Il est parfois possible de voir une anti-queue qui semble se profiler en direction du Soleil plutôt que l’inverse.

Les comètes gardent toujours une certaine part de mystère. Leur apparition ponctuelle même en plein jour et durant des semaines permet de comprendre pourquoi elles ont été si symbolisées et si craintes.

L’Univers est une indian pale-ale

Publié 2018-06-192018-06-19 Par Mathis LeCorbot dans Biologie, enfants, Humour, LeCorbot, Nature, Philosophie, Santé, Tranche de vie

La reproduction sexuée des humains permet le mélange des gènes des deux parents engendrant des humains tous différents les uns des autres. Cette particularité possède deux effets diamétralement opposés.

Le premier effet est d’engendrer de la diversité et empêche, par exemple, une maladie d’éradiquer 100 % de la population. Des individus anormaux permettront presque toujours à notre espèce de survivre. Le second effet est que cette diversité salvatrice tue aussi. Des gens naissent trop anormaux pour survivre ou pour vivre longtemps et normalement.

J’ai été papa d’un enfant né lourdement handicapé, un truc incompréhensible produit par cette reproduction sexuée et les aléas quantiques. Aujourd’hui, mon fils est décédé des suites de ses anomalies. Je n’en ai jamais voulu à la Nature d’avoir fait son travail en devenant un peu trop créative lorsque est venu le temps de façonner mon gars. Ça survient et on doit agir en conséquence. On rêve soi-même d’être né anormal pour être muni d’un troisième bras, mais comme tout le monde, on prend ce que la Nature nous a donné et on fait au mieux.

J’écris ce billet aujourd’hui parce que c’était la fête des Pères ce dimanche et que les souvenirs sont toujours plus concrets durant ces occasions.

Si vous êtes vous-même aux prises avec une anomalie ou si vous vivez à proximité d’une personne possédant des différences peu enviables, j’aimerais simplement dire que le bonheur reste toujours possible. Le bonheur n’est pas tributaire de la normalité ou de la simplicité de nos vies, il est tributaire de nos sentiments face à ces différences qui ornent notre quotidien un peu ou très différemment.

À la question du « pourquoi », « pourquoi ça m’arrive », je me suis répondu que c’était pour me rendre meilleur et me permettre d’atténuer mes travers. À la question « à quoi ça sert », du but qu’avait l’Univers de créer cette petite personne si différente, je me suis répondu que, comme nous, l’Univers devait expérimenter s’il n’est pas en possession d’un excellent professeur ou s’il a de la difficulté à prévoir les résultats finaux avant de mettre ses idées en pratique.

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J’en suis donc arrivé à la conclusion que l’Univers est jeune et laissé à lui-même, sans surveillance et sans éducateur pour le guider. Ce n’est pas qu’il soit mal intentionné, un garnement ou même une peste, mais il n’a rien appris d’autre que la méthode essais-erreurs.

Confucius disait qu’il existe trois moyens d’apprendre. En réfléchissant, et en étant probablement guidé en ce sens, c’est le moyen le plus noble. En imitant, c’est le moyen le plus simple, le plus rapide, le plus efficace. En expérimentant, c’est le moyen le plus amer.

Le principal intérêt de l’amertume est qu’elle met en valeur les autres goûts. Autant dire que c’est le principe du coup de marteau sur les doigts. Lorsque ça nous arrive, on peut rager ou être content que les neuf autres doigts soient saufs.

Si la pensée de Confucius s’avère exacte, alors l’Univers goûte la roquette ou l’indian pale-ale, selon le choix de se préoccuper de sa santé physique ou de son moral.

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Galaxies satellites de la Voie lactée

Publié 2018-06-18 Par Mathis LeCorbot dans Astronomie, LeCorbot, Science

Peu de gens savent que la Voie lactée a des galaxies qui lui tournent autour. Certains connaissent les deux nuages de Magellan, le grand et le petit. Encore moins nombreux sont ceux qui connaissent la galaxie du Sagittaire. Alors je ne chercherai pas ceux qui savent qu’à ce jour, on a recensé une nuée de 55 galaxies se pavanant autour de notre jolie Galaxie afin d’avoir l’honneur un jour… de se faire bouffer par elle.

Ne soyez pas triste, la Voie lactée est devenue aussi vaste et belle grâce à ce mécanisme d’accrétion. Il en fut toujours ainsi et un jour on fera de même avec elle. Quoique ce sera une union plutôt qu’un repas puisque nous fusionnerons avec notre voisine, la galaxie d’Andromède, la seule galaxie primaire autre que notre Voie lactée à être visible à l’œil nu malgré les 2,55 millions d’années-lumière qui nous en sépare.

Pour certaines des galaxies satellites, elles constituent probablement les restes d’un festin passé alors qu’autrefois, on les croyait primordiales, c’est-à-dire les premiers regroupements d’étoiles de notre Univers. On peut croire en la possibilité des deux types, des mariées et de vieilles louves solitaires capturées puis maintenues prisonnières par la force gravitationnelle de notre grande Galaxie.

Dualité

Publié 2018-06-162018-06-16 Par Mathis LeCorbot dans LeCorbot, Philosophie, Psychologie, Science

Nous, les humains, sommes très attachés au concept de la dualité, le bien et le mal étant l’archétype de nos dualités. Cependant, ces deux antipodes sont des pôles et rien ne se trouve totalement à l’un ou à l’autre de ces extrêmes. La dualité accepte en fait une infinité de positions entre ces deux limites, comme il existe une infinité de fractions entre zéro et un.

La Nature physique adore également la dualité et celle qui a permis de comprendre une foule de mystères est la réconciliation de deux thèses sur la lumière, celle de Christian Huygens et celle d’Isaac Newton qui ont donné la théorie de la dualité onde-corpuscule de la lumière, deux thèses se contredisant l’une l’autre et qui pourtant sont toutes les deux vraies.

Une belle métaphore pour comprendre qu’une telle aberration puisse quand même exister est la vision de l’ombre d’un cylindre projeté, non pas sur un seul écran, mais sur deux écrans perpendiculaires alors que le cylindre est également éclairé par deux sources perpendiculaires.

Sur le premier écran, apparait un cercle et sur le deuxième se voit un rectangle, deux objets géométriques que tout oppose, et pourtant si l’on se donne la peine de regarder « autrement », on voit et on comprend les deux ombres projetées sur les écrans et la réalité de l’objet unique qui les crée.

Lorsque nous sommes confrontés à une dualité dans nos vies, nous avons tendance à regarder et à considérer seulement une ombre sur les deux, reléguant la seconde au rang d’importune. Pourtant la vie nous montre la vraie façon d’aborder le problème. Nous ne verrons jamais ni ne comprendrons la réalité si nous persistons à ne regarder que des ombres et à les trier par des jugements de valeur alors que l’explication précise de nos questionnements se trouve tout près de nous, mais certainement pas sur la vision de l’un ou l’autre, ni même des deux écrans pris séparément, mais en synthèse, en une unique entité plus complexe et plus belle que ses seules représentations éthérées.

Quelques questions-réponses sur la photographie d’un trou noir

Publié 2018-06-14 Par Mathis LeCorbot dans Astronomie, Astrophysique, LeCorbot, Physique des particules, Quantique

Cet article fait suite à ceux de ces trois derniers jours. 2018-06-11 — 2018-06-12 — 2018-06-13

Voici une série de questions et de réponses qui pourront vous aider à mieux comprendre le résultat attendu avant la fin 2018 de la première photographie d’un trou noir.

Q — Combien de temps a duré la prise de photographie d’un trou noir en avril 2017 ?
R — Une semaine

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Q — Quel trou noir a été photographié ?
R — La source radio ponctuelle désignée sous le nom de Sagittaire A*. Cette source émet des ondes radio et a été associée au trou noir supermassif résidant au cœur de notre Galaxie. Le trou noir n’émet évidemment pas directement ces ondes. Elles sont un effet sur son environnement lorsqu’il perturbe des nuages de gaz se trouvant dans ses parages.

Q — Est-il photographié en lumière visible ?
R — Non. Entre le centre galactique et nous, il y a des poussières et des étoiles en quantités tellement grandes qu’il est absolument impossible de voir un objet en arrière-plan en utilisant les ondes visibles. Le télescope virtuel EHT utilise deux couvertures d’ondes électromagnétiques. Les principales fréquences détectées sont les ondes radio millimétriques et submillimétriques (bandes de fréquences de nos postes de télé et radio commerciales) provenant de ce point de l’espace. La seconde couverture se fait en ultraviolet. Les photons détectés seront ensuite transposés dans des couleurs qu’on peut voir afin de nous montrer un résultat visible pour nos yeux.

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Q — À quoi risque de ressembler la photographie ?
R — Au risque de vous décevoir, le résultat risque visuellement d’être très peu ressemblant aux belles images dont je vous abreuve depuis les derniers articles sur le sujet. Comme je le spécifiais dans le précédent article, ces images sont des résultats d’artistes ou de simulations numériques et elles font abstraction de tous les « défauts » causés par des centaines de causes dont plusieurs seront présents dans les images finales. Les astronomes tenteront d’en éliminer le plus possible, mais elles ne seront certainement pas à la hauteur des attentes des amateurs peu ou mal informés des difficultés.

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Q — Alors à quoi servira cette photo ?
R — Elle sert surtout à valider un protocole de travail très élaboré visant à créer un interféromètre supergéant. Elle sert aussi à améliorer nos connaissances en traitement informatique interférométrique. Elle deviendra également une première « preuve tangible » plus ou moins convaincante de l’existence réelle des trous noirs qui n’ont été jusqu’à présent que calculés à partir d’une théorie qu’on sait bancale lorsqu’elle flirte avec les infinis.

Q — Comment pourra-t-on améliorer ce résultat dans l’avenir ?
R — On pense à un interféromètre mixte utilisant des télescopes spatiaux et terrestres, ce qui agrandirait de beaucoup la résolution du télescope virtuel.

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Q — Sur certaines photos de synthèse, on voit des trous noirs comme une tache alors que d’autres le montrent avec toutes sortes d’effets lumineux aux alentours. Lesquelles de ces simulations se rapprochent de la réalité ?
R — Un trou noir stable qui n’a aucune rotation ferait apparaitre une tache ronde noire qui est l’horizon des événements du trou noir. Il sera entouré d’un halo lumineux occasionné par les étoiles en arrière-plan dont les rayons lumineux sont déviés et concentrés aux environs immédiats de cet horizon. Mais un trou noir qui ne tourne pas du tout n’existe probablement pas. Sa rotation apporte des changements à la structure géométrique de l’espace proche du trou noir. Imaginez que vous pincez une maille d’un tricot et que vous tourniez le poignet. Une partie du tricot se déformera autour de la maille pincée et tordue. L’espace autour d’un trou noir fait de même et dans les 3 dimensions. Ce changement à la structure géométrique de l’espace autour du trou noir dévie les rayons lumineux environnants et créera différents effets visuels. Toutefois, selon l’angle avec lequel nous verrons le trou noir, l’angle par rapport à son plan de rotation, le résultat visuel variera beaucoup.

Q — Comment les astronomes peuvent-ils être certains de la présence d’un trou noir au centre de la Voie lactée ? Et comment ont-ils calculé sa masse et ses dimensions ?

R — Puisqu’il n’a jamais été détecté, on pourrait se demander comment les astronomes savent qu’un trou noir galactique supermassif se cache au cœur de notre Galaxie. Ils ont suivi à la trace durant une dizaine d’années certaines étoiles très proches du centre galactique et ils ont remarqué qu’elles bougeaient. Ils ont tracé leur orbite et trouvé qu’elles tournaient toutes autour d’un point absent sur les photos (voir résultat ci-haut). Selon les lois de la mécanique céleste, il est possible de mesurer la masse de ce point central en fonction des orbites et des masses des étoiles révolutionnant autour. Ils ont donc mesuré une masse d’environ 4 millions de masses solaires. Puisque le volume dans lequel cette masse est concentrée est beaucoup trop petit pour correspondre à un groupe important d’étoiles supergéantes, il ne reste plus que des trous noirs puisque même des étoiles à neutrons seraient obligées de s’agglutiner en se transformant là encore en trou noir.

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Q — C’est bien Einstein qui a prédit l’existence des trous noirs ?
R — Faux. Malgré l’insistance dérangeante de plusieurs sites scientifiques à lui attribuer cette prédiction, elle est l’œuvre de Karl Schwarzschild qui fut le premier à calculer une singularité (trou noir) dans les équations d’Einstein en 1916. Einstein lui-même pensait que la Nature avait prévu des mécanismes qui empêchaient ces singularités de survenir. Donc, non seulement Einstein ne les a jamais prédits, mais il n’y croyait tout simplement pas. Même si Einstein a inventé l’outil mathématique, le marteau en quelque sorte, il n’est pas l’auteur de toutes les œuvres créées à partir de celui-ci.

N’hésitez pas à poser vos questions sous forme de commentaire.

Verra-t-on un trou noir en 2018 ? (3)

Publié 2018-06-132018-06-12 Par Mathis LeCorbot dans Astronomie, Astrophysique, LeCorbot, Physique, Physique des particules, Quantique

J’ai entendu votre question et je vous réponds d’entrée de jeu, la réponse est non ! Il n’existe aucune photo de l’horizon d’un trou noir nulle part sur Terre. Toutes sont des illustrations d’artiste ou des dessins créés par ordinateur à partir des formules mathématiques tirées de la théorie de la relativité générale d’Einstein. Par contre, ça pourrait changer dès cette année.

Poursuivons maintenant notre aventure entreprise avant-hier et hier en présentant quelques concepts astronomiques. Si on veut obtenir une photo d’un horizon d’un trou noir, il faut quand même comprendre comment on pourrait y arriver. Vous verrez qu’il ne suffit pas de relier un iPhone à un télescope.

Tout d’abord, différencions deux concepts des instruments d’optique, leur sensibilité et leur résolution.

La sensibilité dépend dans un premier temps de la qualité du détecteur à transformer les photons en signal électrique. Attachez une patate à un télescope, vous n’obtiendrez pas la photo d’un champ de patate. Ensuite, il y a le nombre de photons qui seront amenés au détecteur. Cette quantité dépend de la taille du télescope, ce qu’on appelle la surface collectrice du miroir principal. Enfin, pour augmenter le nombre de photons, le télescope visera le même point du ciel le plus longtemps possible.

La résolution définit la capacité de l’instrument à différencier deux éléments l’un de l’autre. Elle dépend du nombre de pixels du détecteur, de la fréquence à détecter et aussi de la parallaxe.

La parallaxe est l’angle maximal formé par deux points de la surface collectrice. Plus le diamètre du télescope est grand, plus l’angle sera important et plus son pouvoir de résolution sera important. Un grand miroir aura donc deux avantages. Il collectera plus de photons et il aura un pouvoir de résolution plus important.

Toutefois, aucun télescope terrestre ou spatial n’a la résolution nécessaire pour voir les détails des effets optiques occasionnés par les trous noirs connus, même ceux du petit monstre supermassif caché au centre de notre Galaxie. Peut-on attendre la mise en service en 2025 du télescope E-ELT de 39 mètres de diamètre, mais là encore, sa résolution serait beaucoup trop faible.

Qu’à cela ne tienne ! Les astronomes sont des petits futés et ils ont pris la définition de la résolution d’un instrument optique au pied de la lettre. S’il faut augmenter la parallaxe pour améliorer le pouvoir de résolution, il suffit de prendre deux télescopes au lieu d’un seul et de leur faire regarder le même objet en même temps afin de créer un télescope virtuel de meilleure résolution.

Différentes solutions ont été mises de l’avant, dont certaines plus simples, d’autres plus complexes. La plus simple est le concept des jumelles, c’est le cas du BLT (Binary Large Telescope).

Pour des télescopes indépendants, il faut trouver le moyen de traiter les signaux reçus par les deux engins pour les faire correspondre exactement dans le temps. On parle alors d’interférométrie. Une fois encore, deux solutions existent. Les interféromètres couplés localement, comme le VLT. Possédant 4 gros et 4 petits télescopes, il est possible de simuler un télescope de 200 mètres de diamètre.

Mais encore là, c’est beaucoup trop peu pour espérer voir l’horizon d’un trou noir. Ça prendrait un télescope au moins des dimensions… de… de… la Terre. Et c’est là qu’ils ont créé le EHT (Event Horizon Telescope). Ce n’est pas un nouveau télescope, mais un protocole d’utilisation d’un réseau de neuf télescopes existants répartis un peu partout sur la planète, y compris au Groenland et en Antarctique. Son diamètre virtuel définissant sa capacité de résolution est de près de 15 000 km.

Une première session photo s’est déroulée en avril 2017 et les résultats sont à l’étape du traitement qui pourrait se terminer d’ici la fin de l’année 2018. Ce sont des pétaoctets de données à traiter avec des difficultés énormes, d’où le délai entre la prise photo et le résultat final.

Demain, quelques questions – réponses sur le sujet.

Verra-t-on un trou noir en 2018 ? (2)

Publié 2018-06-122018-06-11 Par Mathis LeCorbot dans Astronomie, Astrophysique, Cosmologie, LeCorbot, Physique des particules, Quantique

Cet article fait suite à celui d’hier.

En résumé, un trou noir, c’est un point de l’espace infiniment petit et dans lequel la matière entassée dedans est devenue infiniment dense. Alors pour voir un point infiniment petit… noir… et très éloigné, on peut se demander si les astronomes ne sont pas tombés sur la tête !

Je vais donc introduire un autre concept qu’il faut connaitre provenant de cet hirsute personnage, mais un peu plus génial que moi, Albert Einstein. Il y a 103 ans, sa théorie de la relativité générale nous apprenait que l’espace-temps se déforme lorsqu’il y a de la matière. Et plus cette matière est dense, plus l’espace se déforme.

L’image classique est celle du trampoline avec une boule de quilles au centre. Remplacez la boule de quilles par une boule d’or, puis par une boule d’uranium, plus la matière est massive, plus le trampoline s’enfonce autour de l’objet. Placez-y maintenant un trou noir, le trampoline se déforme tellement que sa trame devient un puits sans fond. Ainsi, autour d’un trou noir, la trame d’espace-temps se creuse à l’infini.

Ce puits attire donc les objets environnants, mais également tout ce qui s’en approche trop, lumière incluse. Ce n’est pas le trou noir qui attire la lumière, c’est l’espace qui a pris la forme d’un entonnoir. La lumière ne fait que suivre la géométrie de cet espace qui plonge sans fin. On dit qu’elle suit la géodésique de l’espace-temps.

Si la lumière passe trop près, sa géodésique va l’amener inexorablement dans le puits. Si la lumière passe plus loin, l’espace-temps n’est pas suffisant déformé pour que la géodésique l’amène dans le puits. On comprend donc qu’il y a une limite entre le « juste un peu trop près, je tombe » et le « juste assez loin, je m’en sors ».

Sous cette limite, la lumière est piégée par le puits spatiotemporel. Au-delà, elle parvient à poursuivre sa trajectoire. Puisque le puits gravitationnel est tridimensionnel (sa déformation se crée dans les 3 dimensions d’espace), la limite est également tridimensionnelle. Elle prend donc l’apparence d’une sphère. Et puisque toute lumière passant sous cette limite est irrémédiablement piégée dans le puits, cette sphère ne peut émettre aucune lumière. Elle est donc parfaitement noire. On a l’impression que le trou noir a une bonne dimension puisqu’on voit une grosse sphère noire. Cependant, le trou noir reste un point infinitésimalement petit. La sphère noire autour du trou noir est simplement un effet créé par le trou noir, ce n’est pas le trou noir. Cet effet visuel ne contient rien, ni matière, ni lumière, sauf en son point central infiniment petit. Cependant, on a l’impression de voir le trou noir.

La surface de cette sphère parfaitement noire se nomme l’horizon des événements du trou noir. Plus le trou noir sera massif, plus cet horizon gonflera, puisque l’espace déformé s’agrandit de plus en plus. On a l’impression de voir le trou noir grossir. C’est toujours l’horizon des événements qui grossit, pas le trou noir qui reste toujours, peu importe la masse engloutie, un point infiniment petit.

Donc, mon titre est un peu racoleur puisqu’on ne peut voir que l’horizon des événements d’un trou noir, pas le trou noir comme tel.

Toutefois, les astronomes eux-mêmes parlent de voir un trou noir. Vous pourrez donc corriger leur abus de langage la prochaine fois que vous croiserez un astronome au supermarché. « Tut, tut, tut ! horizon des événements mon ti-noir ! Tu ne me passeras pas un horizon pour un trou ! »

Bon, maintenant on sait qu’on peut admirer l’effet d’un trou noir sur l’espace qui l’entoure, ça ressemble à une sphère toute noire, ça s’appelle un horizon des événements, ça peut donc s’observer.

Demain, on verra comment s’y prendre pour voir des horizons des événements qui sont passablement petits. Et les trous noirs supermassifs alors ? On aurait probablement plus de chance avec ceux-là.

Verra-t-on un trou noir en 2018 ? (1)

Publié 2018-06-112018-06-12 Par Mathis LeCorbot dans Astronomie, Astrophysique, Cosmologie, LeCorbot, Physique, Physique des particules, Quantique

Est-ce que nous pourrons voir un trou noir très bientôt ?

Évidemment, la question aurait de quoi faire rire. Puisque le fond du cosmos est noir, regarder un trou noir sur un fond noir, c’est comme observer un corbeau dans un placard. Pourtant, il est possible de voir ce à quoi un trou noir ressemble en regardant ses effets sur son environnement.

Afin de répondre à la question initiale, j’aurai besoin d’expliquer succinctement différents concepts que je distribuerai dans des articles distincts.

Le premier article sera donc consacré à rappeler comment se forme un trou noir afin de comprendre sa nature.

Une étoile est un délicat équilibre entre deux forces antagonistes. Tout d’abord, une étoile, c’est une bombe nucléaire. La pression engendrée par la fusion nucléaire tend donc à disperser les constituants de l’étoile comme le fait n’importe quelle bombe nucléaire. Toutefois, puisqu’une étoile est aussi un agrégat important de matière, la gravitation retient la matière éjectable en la concentrant au centre de l’astre, ce qui maintient l’étoile en une sphère plutôt stable.

Une étoile est donc une sorte de balance à ressort qui retient le poids déposé sur son plateau en le repoussant jusqu’à un équilibre entre les deux.

Formation d’une étoile à neutrons

Cependant, le carburant nucléaire venant en fin de compte à manquer — et cela arrive d’autant plus rapidement que l’étoile est obèse — la pression des explosions nucléaires ne suffit plus à contrebalancer la force gravitationnelle qui comprime l’étoile. De ce combat singulier perdu d’avance, l’étoile finira par imploser sous son propre poids. Si elle possède suffisamment de matière, l’implosion réussira à vaincre les autres forces répulsives possibles dans la matière. Les électrons deviendront incapables de se repousser mutuellement (principe d’exclusion de Pauli) et finiront par s’écraser sur les noyaux des atomes. Ce faisant, les électrons fusionneront avec les protons du noyau pour former des neutrons. On obtient ainsi une étoile d’une densité extrême dont son cœur est entièrement composé de neutrons. Tous ces neutrons sont comprimés dans une sphère de 20 à 40 km de diamètre pour l’équivalent en poids d’une étoile de 1,4 à 3,2 fois la masse de notre Soleil. C’est dire comment la densité de la matière est importante ! Mais une étoile à neutrons n’est pas encore un trou noir.

Trop de matière pour résister

Si l’étoile à neutrons possède une masse supérieure à 3,2 fois celle de notre Soleil, ces particules neutres formant une espèce de noyau atomique géant seront elles aussi incapables de résister à la force gravitationnelle. Les quarks composant les neutrons atteindront leur limite de résistance et flancheront à leur tour.

Formation d’un trou noir stellaire

À cette étape, il n’existe plus aucun autre mécanisme pouvant résister à la force gravitationnelle. La matière atteint alors sa limite d’existence et s’écrase en se concentrant un point infiniment petit. Le résultat est une singularité des équations de la relativité générale d’Einstein. Un point infiniment petit concentrant une masse de densité infiniment grande. Un trou noir est né.

Ouais, la physique n’aime pas trop les infinis et ces deux infinis du trou noir signifient qu’on a un « trou » dans notre théorie. Un trou noir de connaissances liées aux trous noirs qu’on ne parvient pas à éclaircir. Ironique, n’est-ce pas ? Cette formation des trous noirs se rapporte aux trous noirs d’origine stellaire, c’est-à-dire qu’une étoile est à l’origine du trou noir. Il atteint des masses maximales aux alentours de 14 fois celle de notre Soleil.

Trou noir galactique (supermassif)

Il existe aussi des trous noirs galactiques. Ce sont des trous noirs tapis au cœur de la plupart des galaxies. Leur origine est controversée, mais il est certain qu’ils ont cru en avalant de la matière environnante et par coalescence avec d’autres trous noirs. Le record est détenu par le trou noir supermassif de la galaxie NGC 4889 qui aurait un petit 21 milliards de fois la masse de notre soleil !

La Voie lactée, notre Galaxie, cache également un trou noir supermassif en son sein. Il deviendra important pour la suite de cet article. Toutefois, sa dimension reste modeste. Il a la taille plutôt fine à comparer à bien d’autres trous noirs en ne pesant que 4 millions de fois la masse de notre Soleil !

Dans le prochain article, j’expliquerai simplement ce qu’on appelle l’horizon des événements d’un trou noir. Cette notion est essentielle pour comprendre comment on peut observer un trou noir.

Je vous donne rendez-vous demain pour la suite de ce passionnant feuilleton et vous encourage entretemps à poser vos questions sous forme de commentaire.

À bientôt.

Défauts inhérents à la téléportation

Publié 2018-06-072018-06-08 Par Mathis LeCorbot dans LeCorbot, Physique, Physique des particules, Quantique, Science, Sciences de l'information

En physique, on considère que l’information est soumise aux lois de la théorie quantique. Elle est donc soumise à un principe fondamental de cette théorie qui est l’incertitude.

Pour rappeler ce qu’est le principe d’incertitude — ou d’indétermination — de Heisenberg, il stipule qu’il est impossible de connaitre avec une précision absolue deux propriétés complémentaires d’un même système quantique comme, par exemple, la vitesse et la position. Et quand j’écris impossible, ce n’est pas une figure de style, c’est une vérité absolue et incontournable.

Il est donc impossible de cloner une particule élémentaire à cause de cette imprécision systémique. On peut la copier avec un certain degré de précision qui ne sera jamais parfait.

Ce concept fait en sorte que si un jour vous étiez téléporté, votre copie ne serait pas un clone de vous-même, mais une copie quelconque ayant la fiabilité relative à la précision des mesures que le système de téléportation aurait pu prendre de tous vos constituants.

L’autre problème de la téléportation est le concept de la destruction de l’original. On imagine souvent la téléportation comme un système de transport. C’est totalement faux. Les corps ne voyagent pas d’un endroit à un autre.

Les informations de chacune de vos particules composant votre corps sont lues par un scanner qui les détruit durant ce processus. Le système emmagasine les informations pour ensuite les transporter d’un point à un autre par un moyen classique de transmission d’informations pour ensuite reconstituer un corps à destination à partir de la matière environnante.

Les informations de chacun de vos plus petits constituants sont donc copiées plus ou moins précisément, mais jamais totalement ni parfaitement. Imaginez alors la téléportation comme une tentative de reconstitution d’un original à partir d’une photocopie.

Tout le monde a déjà photocopié une photocopie d’une photocopie avec le résultat qu’on connait. La téléportation nous assure qu’il ne pourra jamais en être autrement. Jamais un original ne restera un parfait original une fois la téléportation effectuée, même avec le plus parfait des systèmes mis en place.

Alors, cessez de fantasmer sur le capitaine Kirk. Avoir été téléporté un nombre aussi impressionnant de fois, aujourd’hui vous ressembleriez probablement plus à un blob qu’à un humain.

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