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Conversations avec le Sphinx/Les paradoxes en physiques/Etienne Klein (1991)
C’est un livre de 240 pages extraordinairement intéressant tout autant qu’irritant parfois pour l’esprit que nous propose ici Etienne Klein. Pour en présenter tout l’intérêt, je pense qu’un très bref résumé des sujets abordés s’impose.
Tout d’abord, qu’est-ce qu’un paradoxe ?
En fait, le dictionnaire donne trois définitions, ce qui ne simplifie pas les choses.
1) Opinion, argument ou proposition qui va à l’encontre de l’opinion communément admise ou de la vraisemblance.
2) Être, chose, fait extraordinaire, incompréhensible, qui heurte la raison, le bon sens, la logique.
3) En logique, se dit d’une proposition qui peut être démontrée à la fois vraie et fausse.

Ipso facto, on distingue deux types de paradoxes : ceux qui heurtent le bon sens et qui ont joué un grand rôle en physique, et ceux qui sont en contradiction avec la logique, c’est à dire dont on ne peut démontrer si la proposition est vraie ou fausse.
Dans cette seconde catégorie, le paradoxe du menteur du philosophe grec Eubulide (Vé siècle av JC) est déroutant.
Il en existe une autre version émise par le crétois Épiménide qui commence par dire que tous les Crétois sont des menteurs…
Ce genre d’antinomie a été le point de départ des travaux de Kurt Gödel aboutissant à l’énoncé de son théorème d’incomplétude ou d’indécidabilité, bien connu des scientifiques et des philosophes.
Kant déjà avait cité la question de savoir si l’espace est fini ou infini qui aboutit à un paradoxe logique antinomique. On peut aussi bien répondre que l’espace ne peut être fini, ou qu’il ne peut être infini.
Dans la même veine figure le paradoxe de Zénon d’Élée, philosophe grec du Vé siècle av JC, paradoxe que tout le monde connaît et qui aboutit de façon ahurissante à la conclusion que le mouvement n’existe pas. On l’appelle aussi le paradoxe du coureur à pied. Il aura fallu deux mille ans pour que la théorie des séries infinies convergentes apporte une solution et montre que les concepts d’espace, de temps et de mouvements sont beaucoup plus subtils qu’il n’y paraît.
Autre exemple, celui du ruban virtuel tendu autour de la Terre, qui mesure donc 40 000 km, et que l’on rallonge et détend d’un mètre. La question est : de combien faut-il surélever le ruban tout autour de la Terre pour qu’il soit à nouveau tendu ? La réponse est absolument contraire à l’intuition. Faites vos calculs… !
Le sens commun a ses bornes ainsi que le bon sens qui exerce une tyrannie sur notre jugement. De Parménide à Kant, tous les philosophes ont vu en ce bon sens une sorte de bouée ultime dont il faut parfois se méfier tant elle nous induit en erreur.
Les paradoxes en physique dévoilent les imperfections de l’esprit humain à chaque fois qu’il se confronte au réel. La science progresse parce que l’expérience et la théorie se heurtent à des obstacles.

« Le paradoxe n’est en fait qu’une proposition contraire à l’opinion commune. L’opinion commune pouvant être fausse, le paradoxe peut-être vrai. Il n’est donc pas l’erreur. Il n’est pas le contraire de la vérité. S’il y a des paradoxes dans nos vérités, c’est qu’il y a aussi de la vérité dans les paradoxes. »

Le bon sens n’a pas que du mauvais, bien sûr : il a une utilité fonctionnelle essentielle.
« Le monde des sens ne dit pas l’essence du monde. »
Une belle formule d’Etienne Klein que l’on peut appliquer à la physique quantique qui échappe à toute compréhension claire, qui nous déconcerte et va à l’encontre de l’intuition.
Tout un chapitre évoque ce rapport ambigu entre philosophie, sens commun et physique quantique avec la relation d’incertitude de Heisenberg (appelé aussi principe d’indétermination), en point d’orgue, ainsi que le rapport entre mathématiques et réalité. Les mathématiques dans le champ de la physique, sont devenues le principe créateur, et il arrive que soient calculés des événements avant même qu’ils ne soient observés. Les exemples ne manquent pas que nous cite l’auteur.
Par ailleurs, de plus en plus, le réel ne parvient à être interprété qu’au travers des constructions mathématiques qui sont de pures créations intellectuelles, tels que les espaces de Hilbert et ses groupes de symétries, les fonctions d’onde, les vecteurs d’état, les matrices densité et les opérateurs hermitiens. Ainsi comme le dit l’auteur, l’abstrait est devenu constitutif de la réalité. Les mathématiques réparent partiellement les manquements de nos sens.
L’auteur évoque ensuite le génie imaginatif des chercheurs scientifiques comme Louis de Broglie qui introduisit le concept révolutionnaire de dualité onde-corpuscule qui est à la base de toute la physique quantique. Ou comme Einstein qui à partir des expériences de Michelson-Morley érigea en postulat que la vitesse de la lumière dans le vide est constante par rapport à tout référentiel. Ou comme Lorentz qui prouva qu’aux grandes vitesses, il y a contraction des longueurs et dilatation des durées.
Sans imagination, il n’y aurait pas de science. C’est après coup que l’expérience ou les calculs ont démontré l’exactitude de la théorie fruit de l’imagination.
La théorie de la dualité ondulatoire et corpusculaire de la lumière pressentie par Einstein et émise par de Broglie en 1923 fit que Newton et sa vision corpusculaire d’une part et Huyghens et sa vision ondulatoire reprise par Maxwell d’autre part avaient tous les deux raisons avec des théories opposées. C’est un paradoxe expliqué en détail dans la seconde partie du livre. Paradoxe puisqu’il n’est pas possible de visualiser un objet qui soit les deux à la fois.
Vient ensuite le plat de résistance du livre à savoir l’exposition détaillée des paradoxes en physique :
- le paradoxe de Langevin ou paradoxe des jumeaux lié à la théorie de la relativité restreinte bâtie par Einstein en 1905, sachant que la vitesse à laquelle s’écoule le temps dépend de la vitesse du repère dans lequel on se trouve.

- le paradoxe d’Olbers ou paradoxe de la nuit noire, qui nait si l’on fait l’hypothèse d’un univers infini, éternel et uniformément peuplé d’étoiles. C’est la théorie des fractales de Mandelbrot (1974) qui permit de lever le paradoxe, du moins temporairement car il est difficile de conceptualiser une infinité de niveaux hiérarchiques emboités, condition sine qua non. Une des meilleures explications de ce paradoxe reste celle de l’écrivain Edgar Poe (1809-1849) reprise scientifiquement par Kelvin vers 1900, et qui donne la finitude de la vitesse de la lumière comme cause de la nuit noire. Mais si l’univers est infini et en expansion, et d’âge infini, cette explication ne tient plus, la fuite des galaxies selon Hubble entrainant un décalage du spectre vers le rouge, ce qui fait que si la distance de l’étoile est suffisamment grande, la lumière émise présente un spectre si décalé qu’elle devient invisible, ce qui donne une autre explication au paradoxe. Or selon la théorie du Big Bang, l’âge de l’univers en expansion est de 15 milliards d’années et donc pas infini. L’explication de Poe tient toujours la route.

- le paradoxe du chat de Schrödinger. Il n’est pas aisé de résumer le fond de ce paradoxe qui voit un chat enfermé dans une boîte être potentiellement mort et vivant à la fois, tant que l’on n’a pas procédé à l’observation. Est-ce le fait de procéder à l’observation qui réduit le paquet d’ondes qui tue le chat ou bien le chat était-il mort avant l’ouverture ? Toutes sortes de solutions ont été proposées sans convaincre, que ce soit les théories des variables cachées ou les inégalités de Bell jusqu’à la théorie des univers parallèles de Everett.

- -le paradoxe EPR (Einstein-Podolski-Rosen) qui met en doute la complétude de la théorie quantique du fait de sa seule aptitude à émettre des probabilités, la mesure modifiant l’état du système et son impulsion n’étant pas mesurable simultanément.

- le paradoxe de la violation de parité : un chapitre assez complexe que le mécanisme de la baryogénèse vient éclairer.

- le paradoxe de la flèche du temps qui aboutit à l’idée que les lois de la physique sont réversibles si l’on considère le monde microscopique. Il en va tout autrement dans le monde macroscopique. En fait d’un strict point de vue mécanique, tout est possible et réversible mais le second principe de la thermodynamique s’oppose à cette idée par le fait de la croissance de l’entropie lors de tout événement et ce de façon irréversible. (Théorème d’irréversibilité de Boltzmann qui prouve la possible, quoique improbable statistiquement, réversibilité.) La flèche du temps ne serait-elle qu’une illusion !? Non, soutient Prigogine, qui parle de l’historicité de l’univers et de la réalité en général.

En conclusion, un ouvrage remarquable, agréable à lire, qui montre bien que les paradoxes mobilisent l’imagination qui elle, fait avancer la science. Même éclaircis, les paradoxes restent des outils pédagogiques formidables et des carrefours interdisciplinaires pour comprendre les théories.
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le 7 juillet 2012
Livre très bien écrit.
Approche les sciences physiques sous un angle philosophique assez rare.
J'ai trouvé le point de vue de l'auteur très édifiant et je conseil cet ouvrage a tous.
0Commentaire| 5 personnes ont trouvé cela utile. Ce commentaire vous a-t-il été utile ?OuiNonSignaler un abus
le 17 mai 2013
Livre commandé, livré en parfait état. Convient parfaitement à mon attente et me permet d'approfondir mes connaissances en physique quantique.Merci
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