Étiquette : précision

Météorologie malade

Publié Par Mathis LeCorbot

Je pars travailler le matin, je lis la météo du jour afin de décider si je laisse quelques fenêtres ouvertes pour aérer la maison. Le site de la météo du gouvernement tapisse la journée d’un magnifique soleil mur à mur, d’une température clémente et de vents faibles. Ensuite viendra un ennuagement graduel au cours de la soirée et de la faible pluie durant la nuit. Voilà les prévisions pour les 24 prochaines heures.

Puisque mon retour du boulot s’effectuera au plus tard à 18 h, je n’ai pas à m’inquiéter de laisser la brise printanière changer l’air dans les pièces. Mais sur le pas de la porte, je me ravise pour finalement tout fermer. À 15 h, un violent orage accompagné de forts vents envoie tout valser dans la ville. J’aurais laissé les fenêtres ouvertes et j’aurais retrouvé des litres d’eau dans le salon et les chambres. Moins de neuf heures après la mise à jour de 6 h, la température se moquait éperdument des prévisions des météorologues. Ce cas est loin d’être unique.

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Une débauche de moyens mis en œuvre. Décuplement des stations terrestres d’observation, radars Doppler longue distance dernier cri, imagerie satellite de très haute précision, lancement de ballons-sondes à profusion, caméras et observateurs sur le terrain, on n’a jamais possédé autant de données précises et les moyens de les traiter efficacement.

Cette branche des sciences accapare le temps de calcul des plus puissants ordinateurs au monde. Génération après génération, nous les harnachons à la difficile tâche de prévoir le temps qu’il fera. Plus grande est leur puissance de calcul, plus petites sont les mailles spatiales et plus précises sont les prévisions territoriales. La prévisibilité à plus long terme bénéficie également des téraflops additionnels. Prévoir plusieurs jours à l’avance avec une assez bonne précision en ajustant les prévisions locales à de plus petits territoires apparait comme un mandat parfaitement réalisable.

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Mais force est de constater que dans les faits, ces promesses ne sont pas du tout tenues. Bien au contraire, jour après jour, les bulletins météo montrent leur incapacité à donner un aperçu relativement fiable du temps qu’il fera, et ce même pour la journée en cours. À moins de 24 heures, le nombre de fois que les bulletins sont drastiquement modifiés devrait lever un signal d’alerte.

Pourtant, les météorologues répètent leurs mêmes erreurs du passé en refusant d’associer les écarts entre leurs prévisions et la réalité sur le terrain à une cause sous-jacente grave. Quelques-uns utilisent un mot passe-partout qui veut tout et ne rien dire, le mot instabilité pour expliquer la volatilité de la météo. Parlons plutôt d’une tautologie, pas d’une explication valable.

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La météorologie est une science basée sur deux éléments importants : des modèles mathématiques et des statistiques. Munis de données prises en temps réel, les météorologues les injectent avec d’autres données antérieures dans de très complexes formules mathématiques censées produire un aperçu de l’évolution de la situation. D’autre part, il est possible de contre-vérifier ces prévisions avec des résultats compatibles antérieurs et comparer certaines courbes. Ce faisant, les modèles mathématiques peuvent évoluer et gagner en précision.

Alors pourquoi, plus le temps passe, plus les prévisions semblent perdre du terrain plutôt qu’en gagner ? La réponse est simple et complexe à la fois. Nos modèles mathématiques ont fonctionné relativement bien pendant une centaine d’années grâce à l’accroissement exponentiel de nos capacités technologiques. Aucune raison n’explique la dégradation des prévisions plutôt que leur amélioration qui aurait dû être phénoménale.

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Ce qui fonctionnait encore relativement bien dans un passé pas si antérieur n’est plus adéquat aujourd’hui. Les modèles mathématiques s’éloignent du comportement réel de la Terre et ce constat devrait être suffisant pour donner des sueurs froides à tout le monde et surtout aux météorologues. La cause, les comportements de la Terre changent rapidement, beaucoup plus rapidement que nos modèles statistiques et dynamiques.

Le mot instabilité pour parler des écarts entre les prévisions et la réalité n’est pas faux, mais il n’explique rien. En revanche, il démontre clairement que les météorologues sont dépassés par les événements. Alors, que se cache-t-il réellement sous ce terme généraliste ?

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Les dérèglements climatiques, évidemment. La montée fulgurante de la concentration du CO2 et également celle du méthane (CH4) dérègle fortement le comportement des masses d’air dans les différentes strates de notre atmosphère. Nos modèles sont devenus incapables de bien analyser leur évolution dans des situations jamais vécues auparavant.

Alors, oubliez les prévisions météorologiques pour décider de votre habillement, de l’état de vos fenêtres et de vos activités de la journée. Munissez-vous de plusieurs kits dont un pour la pluie forte, un pour les chaleurs intenses et un pour des coups de froid subits. Fermez portes et fenêtres si vous vous éloignez de la maison et surtout, ne tentez pas d’ajuster vos activités aux prévisions météorologiques. Ne laissez pas la météo gâcher votre vie, organisez tout ce que vous désirez et prenez plutôt des précautions advenant un changement de température, sinon vous ne ferez plus rien.

Défauts inhérents à la téléportation

Publié Par Mathis LeCorbot

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.

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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.

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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.

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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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Nouvelle tentative ratée de prendre Einstein en défaut

Publié Par Mathis LeCorbot

La théorie de la relativité générale d’Einstein élaborée entre 1907 et 1915 est considérée comme étant la plus importante contribution d’un seul homme à la physique. Il reçut toutefois de l’aide de deux mathématiciens qui lui permirent de compléter son œuvre, Marcel Grossmann et David Hilbert. Cette théorie complexe nous présente un modèle sur la façon dont les objets déforment l’espace-temps pour, en contrepartie, faire bouger ces mêmes objets. Depuis, sa théorie tient bon contre tous les assauts, y compris les plus récents et les plus raffinés, dont l’expérience Microscope. Cette récente tentative cherche à prendre en défaut le postulat qu’a utilisé Einstein pour élaborer sa fameuse théorie.

Un postulat est une affirmation non démontrée servant de point de départ à l’élaboration d’une théorie. Dans le cas de la relativité générale, Einstein a postulé un principe d’équivalence entre lois physiques dans un référentiel tombant en chute libre dans un champ de gravitation et les lois physiques dans un référentiel inertiel.

On connait mieux la formulation suivante. Deux corps, quels qu’ils soient, tomberont de façon identique dans un même champ gravitationnel, peu importe leur masse ou leur densité.

L’expérience du satellite Microscope « Micro Satellite à traînée Compensée pour l’Observation du Principe d’Équivalence » consiste en deux cylindres imbriqués l’un dans l’autre faits de métaux différents, donc de densité différente. Si les deux cylindres tombent de façon identique dans le champ de gravitation, on ne constatera aucun changement dans leurs positions respectives. Dans le cas contraire, ils se déplaceront l’un par rapport à l’autre et le principe d’équivalence sera violé, mettant à mal la relativité générale, ce qui ouvrira la voie à établir une nouvelle théorie de la gravitation.

Pourquoi cette énième expérience sur le même sujet alors que toutes les précédentes se sont soldées par une confirmation du principe d’équivalence ?

Tout d’abord, pour affiner les mesures puisque Microscope est cent fois plus sensible que les précédentes expériences. Une différence pourrait alors être perçue par des accéléromètres là où elle aurait échappé aux expérimentations moins précises.

L’autre raison est encore plus fondamentale. Les deux piliers de la physique actuelle se détestent mutuellement. La chromodynamique quantique et la relativité générale semblent décrire deux univers différents alors qu’elles font partie d’un seul et même monde, le nôtre. Pourquoi le comportement de la matière se modifie-t-il si drastiquement aux très petites et aux très grandes échelles, demeure un mystère total et très dérangeant.

Pourtant, les deux théories résistent jusqu’à présent aux multiples tentatives de plus en plus raffinées visant à prendre en défaut l’une ou l’autre, sinon les deux. La dichotomie actuellement observée agace, frustre et embête les physiciens qui n’y voient qu’un moyen de progresser vers une vérité cachée sous-jacente. Mais les deux édifices théoriques tiennent bon, malgré l’inventivité des expérimentateurs. Par exemple, le satellite Microscope a permis jusqu’à présent de vérifier le principe d’équivalence jusqu’à une sensibilité de 2 x 10-14 (0,000 000 000 000 02) et on espère améliorer cette sensibilité d’un facteur 20 d’ici peu (1 x 10-15).

Même si le principe d’équivalence reste toujours valide, cette expérience permettra d’éliminer d’autres théories concurrentes. Si, par contre, des différences commencent à apparaitre, la théorie des cordes (actuellement repoussée dans les cordes du ring) pourrait prendre du gallon puisqu’elle prédit une différence très faible entre la masse inerte (inertielle) et la masse grave (en champ de gravité).

Il est important de comprendre que toutes les théories ne sont qu’une modélisation de notre Univers et non une représentation exacte de ce qu’il est. Les nouvelles théories émanent des ambiguïtés des précédentes. Il n’est pas dit qu’un jour nous ayons réponse à tout à partir d’une seule théorie unifiée. Par contre, notre compréhension actuelle du comportement de notre monde ne nous satisfait aucunement, malgré notre capacité de prédiction permise soit par la relativité soit par la chromodynamique quantique. C’est comme demander à papa de nous répondre lorsqu’il est question de sujets d’ordre cosmique et à maman lorsqu’on discute d’atomes et de ses constituants. On rêve du jour où nos parents règleront leurs différents une fois pour toutes. Cela pourrait s’avérer impossible, mais jusqu’à présent, on a toujours réussi à trouver un terrain d’entente. C’est seulement lorsqu’on affine le sujet de conversation que de nouvelles différences apparaissent. Cette divergence actuelle résiste aux assauts de millions de théoriciens et expérimentateurs depuis près d’un siècle. Jamais nos efforts n’ont été aussi nombreux et perfectionnés dans le but de faire mentir la gravitation ou son adversaire composé des forces nucléaires faible et forte ainsi que de la force électromagnétique.

La schizophrénie dont est atteint le monde de la physique finira, espérons-le, à être un jour guérie. Pour ce faire, d’autres expériences devront être effectuées avec des moyens toujours plus ingénieux afin d’atteindre des degrés de précision inégalés.

Photo : europe1.fr