mardi 19 septembre 2017

L'antimatière

"Au début du Big Bang la matière et l'antimatière se sont annihilées, un résidu de matière a donné naissance à notre Univers" .
On pourrait croire que cette affirmation relève de la science-fiction. Mais il n'en est rien, la quasi unanimité des scientifiques pensent qu'il en était bien ainsi il y a environ 13,8 milliards d'années!


Qu'est-ce que l'antimatière

C'est le physicien britannique Paul Dirac (prix Nobel de Physique) qui imagina, prédit dès 1927 l'existence de l'antimatière. Elle est constituée d'antiparticules.

A  chaque particule de matière (particule élémentaire, neutron, proton, noyau, atome, ion,...) on peut associer une antiparticule, sa "soeur jumelle". Particule et antiparticule associées ont même masse, même spin (caractéristique quantique liée à leurs propriétés de rotation), mais des charges opposées.

Par exemple, à l'électron (négatif) est associé l'antiélectron (positif) appelé positon ou positron. Au proton (positif)  est associé l'antiproton (négatif).

L'atome d'hydrogène est formé d'un proton autour duquel gravite un électron, l'atome d'antihydrogène est formé d'un antiproton autour duquel gravite un antiélectron.

L'atome d'hydrogène est représenté en rouge, l'atome d'antihydrogène en vert.


Que s'est-il passé au début du Big Bang 

Au début du Big Bang, matière et antimatière se sont annihilées. Cette disparition de matière et d'antimatière se traduit par un flux lumineux, une énergie considérables. Cette énergie E est donnée par la formule d'équivalence d'Einstein  E = mc2 , c étant la vitesse de la lumière, m la masse  de matière et d'antimatière disparues.

Des calculs montrent que si 1gramme d'antihydrogène et 1gramme d'hydrogène s'entrechoquaient, cela suffirait à réduire en cendres Paris et sa banlieue! Mais rassurez-vous, l'antimatière n'existe qu'en quantités infimes dans les rayons cosmiques. On a pu aussi en fabriquer au CERN sans inquiétude, comme nous allons le voir.

Des atomes d'antihydrogène produits et capturés au CERN

Rappelons que l'atome d''antihydrogène est formé d'un antiproton et d'un antiélectron (voir plus haut), les physiciens et ingénieurs du CERN ont donc fabriqué d'une part des antiprotons et d'autre part des antiélectrons, qu'ils ont ensuite fusionnés pour obtenir des atomes d'antihydrogène. 

En 1995, les 9 premiers atomes d'antihydrogène ont été produits. C'est l'expérience LEAR (acronyme shakespearien de Low Energy Antiproton Ring).

En 2002, l'expérience ATHENA a produit 50 000 atomes d'antihydrogène beaucoup trop rapides pour être piégés.

En 2011, l'expérience ALPHA a produit  des milliers d'atomes d'antihyrdogène et en a capturé 38 qui ont été ralentis, puis gardés dans des bouteilles magnétiques pendant plus de 16 minutes.

En 2014, l'expérience ASACUSA a réussi à capturer 80 atomes d'antihydrogène.

Comment expliquer ce résidu de matière qui a donné naissance à notre Univers

Quelle différence existe-t-il entre la matière et l'antimatière pour qu'il ne reste, après leur choc au début du Big Bang, qu'un peu de matière, et non de l'antimatière, pour engendrer tout l'Univers?

Une hypothèse avancée par les scientifiques est l'existence d'une asymétrie entre la matière et l'antimatière.

Les atomes d'antihydrogène pouvant maintenant être piégés, les scientifiques cherchent à les garder suffisamment longtemps pour les étudier et comparer leurs propriétés à celles bien connues des atomes d'hydrogène. On pourrait  alors comprendre pourquoi dame Nature a finalement tranché pour la matière.

Usages de l'antimatière

Aujourd'hui on sait fabriquer et stocker de l'antimatière (des positrons, des antiprotons, de l'antihydrogène).

En médecine, la TEP (Tomographie à Emission de Positrons) est une technique d'imagerie médicale pour faire un dépistage précoce des cancers.

Certaines radiothérapies utilisent de l'antimatière qui permet d'irradier quatre fois plus de cellules cancéreuses que les autres rayonnements.

Dans le futur, la NASA annonce qu'il serait possible de disposer de 10 mg d'antimatière comme carburant pour un voyage Terre-Mars pour 250 millions de dollars.

Dans le domaine militaire, l'antimatière pourrait servir de détonateur à une réaction de fusion thermonucléaire. Elle remplacerait, par exemple, la bombe A détonateur très polluant de la bombe H.

Ce n'est pas de la science-fiction!






    

lundi 4 septembre 2017

Les ordinateurs quantiques

La physique quantique est déroutante, ses lois sont bien différentes de celles de la physique classique. C'est pourquoi elle est fascinante et passionnante. Les ordinateurs quantiques seront d'une puissance et d'une vitesse phénoménales, insoupçonnables! Ce sont les ordinateurs du futur.


Bits et qubits

Le mot bit est la contraction de binary digit (chiffre binaire). Le bit est la plus petite unité d'information d'un ordinateur classique pouvant prendre les valeurs 0 (absence de courant) ou 1 (présence de courant).

Le qubit (ou bit quantique) est la plus petite unité d'information d'un ordinateur quantique pouvant prendre les valeurs 0 et 1 simultanément. C'est la superposition des valeurs 0 et 1 prises par certaines microparticules qui permet à un ordinateur quantique de traiter une multitude de problèmes en même temps.

En informatique les données sont codées sous forme de bits ou de qubits (voir mon article "Le code informatique" du 13/12/2014). Quand un ordinateur classique traite, par exemple, 30 données, on démontre qu'un ordinateur quantique en traite                   230 = 1 073 741 824 (plus d'un milliard!) simultanément.

Une image simple pour se rendre compte de cette surprenante propriété: un ordinateur quantique serait capable de lire tous les livres d'une bibliothèque simultanément, alors qu'un ordinateur classique ne permettrait de lire ces livres que l'un après l'autre.

Un ordinateur quantique serait capable de retrouver quasi instantanément une information particulière sur des milliards de milliards de données engendrées par l'humanité. A titre de comparaison, cela signifierait qu'il serait capable de retrouver immédiatement un grain de sable particulier sur des milliards de milliards de grains de sable de notre planète, alors qu'il faudrait des milliers et des milliers d'heures pour y arriver avec un ordinateur classique.

La fragilité des qubits

Hélas, ces mystérieux et merveilleux qubits sont malheureusement bien fragiles et bien difficiles à obtenir!
Les transistors (ou puces électroniques ou microprocesseurs) des ordinateurs classiques sont remplacés par des microparticules (ions, électrons, photons, atomes,...) qui doivent être piégées à très basse température (près de -273° C). 
Ces dernières années de nombreux progrès ont été faits sur le temps de "décohérence" période durant laquelle les microparticules conservent leurs fameuses propriétés de dédoublement. Mais ce temps est encore très insuffisant, une heure ou deux seulement.
L'état quantique des particules est hautement sensible aux interférences de l'extérieur.
Et enfin, plus on assemble de qubits, plus le système de qubits grossit et perd ses propriétés quantiques.



Les ordinateurs quantiques actuels


IBM  Q












IBM Q est un ordinateur quantique de 5 qubits proposé aux entreprises. Plus tard IBM proposera 50 qubits.

Un ordinateur quantique chinois

Les chercheurs chinois viennent de construire un ordinateur quantique utilisant des photons (l'intrication de 5 photons). Cet ordinateur serait capable de surclasser tous les super ordinateurs classiques et Taihulight l'ordinateur classique chinois le plus rapide du monde.


Un circuit quantique de l'ordinateur chinois



D-Wave

Les ordinateurs de la Société canadienne D-Wave sont-ils des ordinateurs quantiques ou non? Un doute subsiste. Certains scientifiques affirment avec force que le système D-Wave est bien un ordinateur quantique, d'autres le nient avec autant de force.
Le 2000 Q de D-Wave est présenté comme un ordinateur quantique à 2000 qubits. Son prix: 15 millions de dollars.







 Le simulateur quantique Atos                                                                                                   










Les qubits étant fragiles, difficiles à conserver, Atos , l'une des plus grandes entreprises mondiales du numérique, française, a construit un puissant ordinateur classique le QLM (Quantum Learning Machine) capable de simuler, de reproduire virtuellement le fonctionnement d'un ordinateur quantique de 30 à 40 qubits. Atos  (dont le PDG est Thierry Breton) est devenu la plus importante coopération industrielle franco allemande depuis Airbus.


Les folles promesses des ordinateurs quantiques

Google, la NASA, NSA (National Security Agency), IBM, Microsoft et d'autres entreprises mondiales, civiles ou militaires, investissent des milliards de dollars pour des ordinateurs quantiques. C'est la course aux ordinateurs quantiques les plus rapides, les plus puissants. C'est la course de l'Amérique et de l'Europe contre la Chine.

Mais un ordinateur quantique dans chaque foyer, ce n'est pas pour demain!

Les fonctions des ordinateurs classiques et quantiques sont bien différentes: un ordinateur classique est polyvalent, un ordinateur quantique bien plus rapide ne traite que certains types de calculs, certains algorithmes.

Citons quelques unes des applications de l'ordinateur quantique:
  • Cryptographie: casser instantanément un code informatique d'une carte bancaire, trouver également sa parade contre les pirates qui cassent les codes.
  • Cybersécurité: contrôler des milliards de milliards de données.
  • Intelligence artificielle.
  • Médecine: décryptage ultra rapide du génome humain et détection précoce de maladies.
  • Transports: circulation routière, gestion du trafic aérien et des vols de drones,....
  • Astronomie: découverte de nouvelles exoplanètes par le traitement d'une multitude de données inexploitables à ce jour.
  • GPS: atteindre une précision jusqu'à 0,3 mm ! D'où une extrême précision des tirs de missiles.

Que de belles promesses! Dans combien de temps seront-elles réalisées? Dans 20 ans? 30 ans? 40 ans ou plus? On ne peut prévoir de dates, la recherche scientifique et les technologies avancent tellement vite!


vendredi 2 juin 2017

La Villa Ephrussi de Rothschild

Tous les ans je descends à Nice passer quelques vacances. Je ne peux m'empêcher d'aller visiter à Saint-Jean-Cap-Ferrat la Villa Ephrussi de Rothschild.  Je subis, chaque fois, une véritable attraction vers ce magnifique palais de la Renaissance italienne, ce joyau de la Côte d'Azur, ce paradis sur Terre.

La villa Ephrussi de Rothschild. Au premier plan, le jardin à la française.


Les salons

Admirez l'un des magnifiques salons si riche, si raffiné, de style XVI:



Les collections

Voici quelques collections que l'on peut voir:
-les porcelaines de Sèvres
-les tableaux de Boucher, Fragonard
-les tapisseries des Gobelins, d'Aubusson
-le salon d'Art d'Extrême -Orient avec ses portes laque et or, et ses émaux de Canton
-le cabinet des singes avec son orchestre de singes si drôles en porcelaine, ci-dessous, révélant l'humour, la fantaisie de la baronne Ephrussi de Rothschild:



















Les 9 jardins de rêve




L'ensemble de la villa a la forme d'un bateau dominant la baie de Villefranche.

La baronne  imposait à ses jardiniers le port du béret de marine pour donner l'illusion d'être sur un paquebot!

Ci - contre les 9 jardins, de bas en haut:
le jardin de Sèvres, le jardin espagnol, le jardin à la française, le jardin florentin,
le jardin lapidaire, le jardin japonais, le jardin provençal, le jardin exotique, la roseraie.








Au bout du jardin à la française, le temple de l'Amour































Le jardin japonais












Le jardin lapidaire















Le jardin florentin





Le jardin espagnol
















Le jardin exotique













Le jardin provencal




























La Belle Epoque  

Les travaux de construction de la villa ont duré 5 ans de 1907 à 1912, mais la Baronne Ephrussi de Rothschild ne séjournera dans sa villa que très peu, la délaissant à partir de 1916 à la mort de son mari. La baronne organisa  des réceptions somptueuses au début du XX ème siècle, à la Belle Epoque. En 1934, à sa mort, elle légua par testament (en l'absence de descendance) la villa, avec la totalité des salons et des collections, à l'Académie des Beaux Arts de l'Institut de France.

Aujourd'hui encore on organise des fêtes et des spectacles dans l'atmosphère fastueuse de la Belle Epoque. Le Bal de la Baronne Béatrice est un bal costumé célèbre qui reconstitue l'ambiance de la belle époque d'autrefois avec l'aristocratie et la haute société internationale. Ce bal a eu lieu en Août 2016, une seconde édition se déroulera le Samedi 22 Juillet 2017.

Aujourd'hui c'est une toute autre époque que l'on vit à la villa, sûrement moins belle, moins gaie, moins insouciante, moins riche. On organise encore des réceptions mondaines et de grands mariages. Les touristes, comme moi, sont les bienvenus, émerveillés par tout ce q'ils voient.

Mais, en me promenant dans les salons de la villa, je ne peux m'empêcher de penser avec nostalgie à la Belle Epoque! Et, en sortant dans les jardins, je crois être dans un paradis et je rêve d'être sur un bateau voguant en Méditerranée....



vendredi 19 mai 2017

Les neutrinos

Ce n'est pas l'homme invisible du cinéma ou de la télévision, mais quelque chose invisible qui existe vraiment, réellement, dans tout l'Univers, sur Terre, en abondance! Ce sont les neutrinos.


Qu'est-ce qu'un neutrino?

Bien des prix Nobel ont détecté, étudié cette brique de la matière, particule élémentaire bien mystérieuse. Elle est minuscule, sa masse est très faible et sa charge électrique nulle, c'est pourquoi on l'appelle neutrino  qui signifie en Italien  petit neutron. Le neutron est beaucoup plus gros, beaucoup plus lourd, sa charge électrique est nulle et il se trouve dans le noyau de l'atome.

Il existe trois types de neutrinos: le neutrino de l'électron, le neutrino du muon et le neutrino du tau

Chacun de ces neutrinos est respectivement un électron,  un muon ou un tau ayant perdu sa charge électrique.

Désolé de vous avoir infligé cette lecture de mots, minimum indispensable pour la compréhension de ce qui va suivre. 

Propriétés du neutrino

Cette particule élémentaire est invisible, elle se déplace à la vitesse de la lumière. Elle est si petite qu'elle réussit à passer à travers tous les atomes de la matière. Sa masse est tellement faible qu'elle n'a pratiquement aucune interaction avec la matière qu'elle traverse et sa trajectoire dans l'Univers, à travers la Terre, est rectiligne depuis son départ.

Mais comme cela ne suffit pas, cette particule invisible qui se faufile partout, qui traverse les murs et notre planète peut se transformer, "osciller" d'un type de neutrino à un autre!

Sa détection

Puisque le neutrino est invisible on ne peut l'observer à l'aide d'un télescope optique ni au microscope. Comment alors le détecter?

Le choc d'un neutrino et d'un atome de matière est très rare puisqu'il se faufile dans l'atome sans le toucher. Pour arrêter un neutrino il faut donc un obstacle énoooorme! Quand ce choc se produit on obtient, suivant le type de neutrino, un électron ou un muon ou un tau qui, eux, laissent une trace lumineuse, un sillage de lumière bleue. Parmi des milliards de neutrinos, quelques dizaines seulement sont arrêtés et détectés.

Il existe dans le monde entier une multitude de détecteurs de neutrinos. Nous allons en donner trois exemples:


Le détecteur Antarès est immergé par 2500 m de profondeur près de l'île de Porquerolles, en Méditerranée. Il est constitué de 12 lignes de 400 m de longueur tenues par des flotteurs et munies chacune de 75 capteurs de lumière.

Il reçoit des milliards de neutrinos de l'Univers.






Le détecteur IceCube est dans la glace, cette fois, dans l'Antarctique. 86 trous ont été forés à plusieurs km de profondeur pour y mettre 86 lignes, chacune d'elles de 1 km de long est munie de 60 capteurs de lumière.

Il reçoit aussi les neutrinos de l'Univers.



Un faisceau de neutrinos du muon fabriqué par le CERN est envoyé en ligne droite sous la Terre, de Genève au détecteur Opéra du Gran Sasso en Italie à 732 km.

Le détecteur est composé de 200 000 briques qui sont des sandwichs de plomb et de films photographiques. Le plomb sert de cible (au total 1800 tonnes de plomb!), la trace lumineuse  est visible dans les films.



Les recherches

Origines des neutrinos
Les détecteurs ont montré que les neutrinos pouvaient être des reliques cosmiques du fameux Big Bang. Ils peuvent aussi provenir des réactions nucléaires au coeur des étoiles, de trous noirs, de supernovae (explosions d'étoiles).

Les neutrinos solaires
Le Soleil nous envoie 65 milliards de neutrinos de l'électron par seconde sur chaque cm² de la surface de la Terre. Mais à l'arrivée sur les détecteurs, le déficit est énorme: entre la moitié et les deux tiers de ces neutrinos semblent avoir disparu. C'est que ces neutrinos de l'électron  se sont transformés en chemin en neutrinos du muon ou du tau. Ce sont les oscillations des neutrinos.

Le modèle standard de la physique des particules
Ce modèle décrit toutes les particules élémentaires qui constituent la matière et leurs interactions. Ces neutrinos mystérieux et facétieux nous apportent un éclairage nouveau de ce modèle.

La matière noire
L'Univers est fait de 21% environ de matière noire invisible (voir mon article La matière noire du 24/05/2015). On peut se demander si les neutrinos ne feraient pas partie de la matière noire?

Conclusion

Les neutrinos n'ont pas fini de livrer leurs secrets. Comme le boson de Higgs! La recherche scientifique continue!


vendredi 21 avril 2017

La sublimation

Quand quelque chose de merveilleux se manifeste, quand un évènement exceptionnel et agréable se produit, quand la beauté est magnifiée, il nous arrive parfois de nous exclamer: c'est sublime! 
Les mots: sublime, sublimé, dérivent de: sublimation. Qu'est-ce que la sublimation?



La sublimation en physique

C'est le passage d'un corps de l'état solide à l'état gazeux, sans passer par l'état liquide. Cette transformation se fait donc sans passer par une étape de fusion (de solide en liquide), puis une étape de vaporisation (de liquide en gaz). Donnons quelques exemples.

La neige
A la fonte des neiges, une partie de la neige disparaît sous forme de flaques d'eau ou de ruissellements. Savez-vous qu'une partie peut disparaître par sublimation (passage de la glace en vapeur d'eau) sans laisser de traces (ni flaques, ni ruissellements)?

Les comètes
Le noyau d'une comète est constitué de roches, de poussières et de glaces. A l'approche du Soleil , les glaces passent de l'état solide à l'état gazeux: c'est encore la sublimation. Les gaz obtenus brillent et forment un halo qui est la chevelure de la comète (c'est la partie la plus brillante entourant le noyau), ils forment également une queue lumineuse pouvant atteindre plusieurs millions de km.
Quand la comète s'approche du Soleil, puis s'en éloigne (voir l'image Larousse ci-dessous),  la queue est toujours orientée à l'opposé du Soleil, comme une ombre lumineuse.
















Les imprimantes à sublimation
Voilà une technologie récente et de plus en plus utilisée. Dans une imprimante à sublimation une encre à l'état solide, sensible à la chaleur, ou une cire pigmentée, sont transformées en gaz à haute température et sont projetées sur un textile en polyester ou une feuille de papier spécial de sublimation. On obtient de magnifiques images vives et nettes sur des vêtements de sport ou de mode. Ce procédé est utilisé en décoration ou pour faire de belles photos.


La sublimation en psychanalyse

Freud définit en 1905 la sublimation en psychanalyse: c'est la transformation de l'énergie sexuelle (la libido) en activités artistiques, littéraires ou intellectuelles. Cette sublimation est une belle image de la sublimation en physique, transformation de l'état solide en état gazeux.

Plus généralement, on peut dire que la sublimation en psychanalyse est la transformation de pulsions internes (excitations organiques sexuelles ou non) en des sentiments élevés, de hautes valeurs morales ou esthétiques.

C'est la sublimation des instincts. C'est la conversion du corporel vers le spirituel.

























mardi 21 mars 2017

L'oiseau jardinier satiné

Il existe, en Australie et en Nouvelle Guinée, une famille de passereaux constituée de 20 espèces d'oiseaux jardiniers. Nous allons étudier l'une de ces espèces, celle de l'oiseau jardinier satiné.



Qu'est-ce qu'un oiseau jardinier satiné ?

Son nom (oiseau jardinier) fait référence à une activité que l'oiseau mâle est le seul avec l'homme à pratiquer dans le même but: il jardine pour décorer. 

Satiné parce que le plumage du mâle intégralement noir a des reflets bleutés, brillants comme les reflets du satin.


Architecte et décorateur

Le mâle choisit dans une clairière une petite aire dégagée qu'il tapisse de brindilles. Au centre de la plateforme, il construit deux parois verticales et parallèles de rameaux légèrement incurvés de façon à former une voûte. On obtient une tonnelle: c'est le berceau de l'oiseau.

L'oiseau se met ensuite à décorer l'entrée en disposant sur le sol diverses garnitures de coloration prioritairement bleue pour le jardinier satiné.

C'est l'un des rares animaux au monde sachant utiliser un outil. En peinture, par exemple, il écrase dans son bec des baies bleu-noir et de la poussière de charbon de bois, le tout est dilué dans sa salive pour former une peinture noir-bleuté. Il utilise un fragment d'écorce fibreuse comme pinceau pour étaler de haut en bas cette peinture sur les parois de son berceau.

Ce berceau est entretenu, consolidé pendant plusieurs années (jusqu'à 10 à 15 ans!), car il va servir, des années durant. Mais dans quel but ?


Séducteur

Ce jardinage, ces constructions, ces décorations sont faites dans le but d'accueillir un oiseau jardinier femelle dans son berceau, sa garçonnière en quelque sorte.

Pour attirer la belle, au printemps, il devra accomplir une belle parade nuptiale en émettant une variété stupéfiante de cris (sifflements, bourdonnements, chuintements, imitations). Il sautille autour de la femelle, danse par secousses spasmodiques et fait des battements d'ailes en tout genre.

Enfin la femelle charmée se décide  à entrer dans le berceau et un  accouplement très rapide se produit.

Ensuite la femelle s'envole. Elle va construire un nid à part où elle déposera ses oeufs. Elle élèvera ses petits toute seule, tandis que le mâle continuera de parader autour de son berceau pour attirer d'autres femelles.

Mais ce n'est pas un séducteur à plein temps. L'hiver revenu, il quittera sa retraite de Casanova solitaire pour intégrer un groupe pouvant rassembler jusqu'à 50 oiseaux.

J'espère que vous avez été, comme moi, émerveillés par ce drôle d'oiseau. Il ressemble à l'homme sur bien des points: le jardinage, la décoration, l'emploi d' outils et même la séduction!

Comme ces oiseaux, les humains aiment bien arborer leur "plumage" non seulement pour séduire des partenaires  mais aussi, bien souvent, pour se mettre en valeur auprès de leur entourage.






vendredi 10 février 2017

La magie de l'ADN

Je vais vous parler d'une molécule miraculeuse qui se trouve en nous, dans toutes nos cellules. Je vais vous montrer les tours de magie de cette merveilleuse molécule. J'indiquerai  aussi ses emplois qui sont de plus en plus nombreux.


Qu'est-ce que l'ADN ?

A D N sont les initiales de Acide Désoxyribo Nucléique. Chaque être vivant est fait de cellules, à l'intérieur de chaque cellule se trouve un noyau contenant de l'ADN. Nous étudierons seulement l'ADN des cellules humaines.

La molécule d'ADN 


C'est en 1953 que James Watson et Francis Crick ont découvert la structure pour le moins surprenante en double hélice de la molécule géante d'ADN. Ils eurent par la suite le prix Nobel de médecine en 1962.
Donnons le plus simplement possible une description de cette molécule.
Sur l'un des brins de la double hélice on trouve les nucléotides composés de phosphates, de sucres et de bases azotées. Vous voyez sur la photo  ces bases azotées sous forme de bâtonnets de couleurs: l'adénine, la guanine, la cytosine et la thymine notées respectivement A,G, C, T.
Sur l'autre brin sont accrochées les mêmes bases de la façon suivante: la base A du premier brin est toujours associée à la base T de l'autre brin pour former la paire de bases {A,T}, on associe de même G et C  qui forment la paire de bases {G, C}.


Les chromosomes

Un chromosome est constitué de molécules d'ADN et de protéines (acides aminés), le tout enroulé en une pelote, la chromatine.
Un caryotype (ensemble des 46 chromosomes) de l'homme


Dans le noyau d'une cellule humaine on trouve 23 paires de chromosomes.

Chaque paire numérotée 1,2,..., 22
est formée d'un chromosome mâle et d'un chromosome femelle.

La 23 ème paire détermine le sexe: elle est formée des chromosomes
X et Y pour l'homme, 
X et X pour la femme.





Les gènes

Un gène est une succession de bases accrochées à l'un des brins de la double hélice d'ADN du  chromosome. Un gène n'est autre qu'une séquence, un message codé plus ou moins long de la forme, par exemple:
 AATAGG.....CG  ou  CGGCTA  ou  TATTGC....AT

Le message codé est traduit par l'ARN (Acide Ribo Nucléique) et des instructions sont données ensuite pour fabriquer une protéine ayant une tâche spécifique (fonction hormonale, du foie, de l'estomac, couleur des yeux, anticorps, enzyme, etc).


Le génome humain

Le génome humain est l'ensemble de tous les gènes portés par les 46 chromosomes d'une cellule humaine. Il y a environ 3 milliards de paires de bases dans un génome humain et, en les écrivant toutes, on formerait 2000 livres de 500 pages!

Le séquençage du génome humain est la lecture de tous les gènes. En 2001 le Human Genome Project annonçait avoir séquencé le premier génome humain au bout de13 ans de travail et pour un coût de 2,7 milliards de dollars. Depuis le coût n'a cessé de diminuer et aujourd'hui on obtient facilement le séquençage d'un génome humain complet pour moins de 1000 dollars! Les progrès de la  technologie!

Mais il reste à faire la compréhension de cette lecture (la tâche spécifique de chaque gène). Cette compréhension est très avancée mais elle continue toujours. De nombreux gènes gardent encore leur mystère.

Applications

Donnons quelques applications très sommairement.

L'empreinte génétique
Bien que deux humains aient une large majorité de leur génome identique, quelques séquences de l'ADN sont spécifiques à chaque individu. Ce sont ces séquences qui constituent une empreinte génétique.
Elle permet d'identifier une personne. On prélève de l'ADN d'un tissu biologique (bulbe d'un cheveu, sang, salive, sperme, os) d'une personne et on fait un séquençage de cette portion d'ADN. La comparaison avec le séquençage d'un autre prélèvement permet de savoir s'il s'agit de la même personne.

La médecine génétique
L'examen des génomes permet d'étudier l'hérédité , les causes génétiques de certaines maladies. Elle permet aujourd'hui de prédire  de nombreuses maladies (Alzheimer, autisme, diabète, certains cancers,....).

La puce à ADN
C'est une plaque minuscule de verre ou de silicium, la puce, sur laquelle sont posés en des milliers d'endroits un seul des deux brins d'ADN portant un gène déterminé. Si l'on met en contact la puce avec le deuxième brin homologue de l'ADN d'une personne ou d'un aliment portant le gène précédent, un message fluorescent apparaît sur un ordinateur, Le gène de la personne ou de l'aliment est ainsi reconnu. Cette méthode permet d'établir un profil génétique, de détecter une maladie d'une personne ou même l'origine d'un steak haché par exemple.

L'ordinateur à ADN
Des Israéliens ont utilisé des molécules d'ADN pour réaliser un ordinateur très performant. On utilise les bases A,G,C,T au lieu du système binaire 0,1 des ordinateurs classiques.

L'avenir des applications de l'ADN est brillant !

lundi 9 janvier 2017

Redshift et blueshift

Comment étudier les mouvements des étoiles et des galaxies situées à des milliards de milliards de km? Comment étudier l'expansion de notre Univers? C'est la tâche ambitieuse et merveilleuse des astrophysiciens. Pour ce faire, ils observent les étoiles au spectroscope et analysent leur spectre. Nous allons voir que c'est le décalage de leur spectre vers le rouge (le redshift) ou le bleu (le blueshift) qui permet de suivre les mouvements des étoiles.


L'effet Doppler-Fizeau

Lorsqu'une source sonore (sirène d'une ambulance, sifflement  d'une locomotive) se rapproche, le son qu'elle émet devient de plus en plus aigu. Lorsqu'elle s'éloigne, vous remarquez que le son devient de plus en plus grave.
Il en est de même si l'on remplace la source sonore par une source lumineuse provenant d'une étoile  d'une galaxie lointaine, qui se rapproche ou s'éloigne.
C'est ce qu'on appelle l'effet Doppler-Fizeau du nom des découvreurs, chacun de leur côté:
          Doppler mathématicien et physicien autrichien (1803-1853)
          Fizeau physicien et astronome (1819-1896)

Redshift et blueshift



Lorsqu'une étoile s'éloigne la longueur d'onde (distance de deux crêtes consécutives) de chaque radiation émise s'allonge.


Lorsqu'une étoile se rapproche, la longueur d'onde se raccourcit.


Un spectre non décalé, un redshift et un blueshift


Il en résulte que lorsque l'étoile s'éloigne le spectre de toutes les radiations de la lumière émise est décalé vers le rouge: c'est le redshift.
Lorsque l'étoile se rapproche ce spectre est décalé vers le bleu: c'est le blueshift.



Vitesse de fuite d'une étoile

Lorsqu'une étoile s'éloigne, la vitesse de fuite est la vitesse à laquelle elle  s'éloigne d'un observateur.  Si, par exemple, dans la figure ci-dessus, la raie non décalée de longueur d'onde  0,6968 micromètres (un micromètre est un millième de millimètre) est décalée vers le rouge, sa nouvelle longueur d'onde dans le redshift étant  0,6972 micromètres, on démontre que la vitesse de fuite de l'étoile est:
v= c x (0,6972-0,6968) / 0,6968 , c étant la vitesse de la lumière, soit 300 000km/s.
On trouve v= 172 km/s.


L'expansion de l'Univers

"On peut imaginer que l'Univers en entier est un ballon.Vous soufflez dedans et il grossit. Si vous faites des petits points sur le ballon avec un crayon pour représenter les galaxies, ils s'éloigneront à mesure que le ballon gonfle. L'expansion de l'Univers, c'est un peu ça".
Albert Einstein

Cette réflexion d'Einstein montre bien l'expansion de l'Univers, à l'image d'un ballon qui gonfle, gonfle indéfiniment. Mais nous pouvons préciser cette prédiction d' Einstein, on remarque que plus l'étoile est loin, plus sa vitesse de fuite est grande et plus le décalage vers le rouge est grand.

Plus précisément encore, l'astronome américain Hubble (1889-1953) remarqua que la vitesse de fuite v était proportionnelle à la distance d  de l'étoile. C'est la loi de Hubble:
             
              v = Ho d ,   Hétant la constante de Hubble.


L'expansion de l'Univers s'accélère

En 1998 deux équipes internationales, de manière indépendante, annoncèrent que l'expansion de l'Univers était en pleine accélération, en s'appuyant sur l'observation de supernovae (explosions d'étoiles). Ces supernovae se révélèrent moins lumineuses et plus éloignées que ce que l'on pouvait déduire de leur décalage vers le rouge.. Ces résultats furent confirmés par la suite et les deux équipes eurent le prix Nobel de Physique en 2011.

Cette accélération  peut s'expliquer par la présence d'une énergie répulsive qui éloigne les galaxies les unes des autres. Cette énergie hypothétique et mystérieuse est appelée énergie sombre (ou noire). 



Certaines galaxies se rapprochent

Lorsque des galaxies sont relativement proches les unes des autres, c'est la gravitation qui l'emporte et ces galaxies s'attirent, se rapprochent. Par exemple la galaxie d'Andromède se rapproche de notre galaxie, on peut voir alors un blueshift (décalage ves le bleu) de ses étoiles.

La galaxie d'Andromède fonce dans la direction de la voie lactée (notre galaxie) à la vitesse sidérante de 400 000 km/h. La fusion de ces deux galaxies se fera dans 4 milliards d'années environ! Ce n'est pas une blague ni de la science-fiction, mais des prévisions d'Astrophysiciens!



Les exoplanètes

Le ballet des étoiles et de leurs galaxies ne s'arrête pas là!
Pour certaines étoiles de notre propre galaxie on a pu observer un  blueshift ou un redshift périodiquement. L' étoile subit des oscillations dues à la présence d'une planète tournant autour d'elle. Cette planète (analogue à une planète du système solaire) s'appelle une exoplanète. On en a découvert plus de 1700.

Et l'on cherche si l'une de ces exoplanètes ressemblerait à la Terre et contiendrait une forme de vie!....




vendredi 25 novembre 2016

Le bonheur

Le bonheur ! Quel beau sujet de philosophie ! Sujet tellement vaste ! C'est avec des citations, des photos et des tableaux que j'évoquerai le bonheur, sans faire de commentaires. C'est à vous d'en faire et d'en tirer peut-être une leçon de bonheur !


Qu'est-ce que le bonheur ?

Le bonheur est un état de plénitude, de satisfaction, de sérénité, un état agréable et équilibré de l'esprit et du corps, d'où la souffrance, l'inquiétude, le stress sont exclus.

Cherchons ce qui peut apporter du bonheur. Donnons quelques "recettes" pour être heureux et aussi pour rendre heureux.


Des clés du bonheur

  • La famille





La photo ci-contre est la plus belle image du bonheur.












  • L'ouverture à autrui (l'amour, l'amitié, la générosité). 
"Etre généreux sans rien attendre en retour rend plus heureux".
"Le bonheur  est souvent la seule chose  que l'on puisse donner sans l'avoir et c'est en le donnant qu'on l'acquiert". (Voltaire)
  • La santé
"Quand on est bien dans son corps, on est bien dans sa tête".
"J'ai décidé d'être heureux parce que c'est bon pour la santé". (Voltaire)
  • Le partage
" Le bonheur est comme un parfum: tu ne peux en verser sur les autres sans en échapper un peu sur toi-même".
"Un millier de chandelles peuvent être allumées à l'aide d'une seule chandelle sans raccourcir la vie de celle-ci. Le bonheur ne diminue jamais lorsqu'il est partagé".
  • L'argent
"L'argent n'est qu'un nombre et les nombres ne se terminent jamais.S'il te faut de l'argent pour être heureux, ta quête du bonheur ne se terminera jamais". (Einstein)
  • La motivation
"Se fixer un objectif, avoir un but, donne un sens à la vie".
  • La méditation                                                                                                                                    



S'asseoir en tailleur, faire le vide complet dans sa tête pour évacuer le stress.









  • Vivre le moment présent
"Carpe diem quam minimum credula postero" (Horace), que l'on peut traduire:
"Cueille le jour présent sans te soucier du lendemain".



  • Le rire

        

L'entretien du bonheur

Il est possible  qu'un jour, soudain, votre bonheur disparaisse pour une raison ou pour une autre. Je vous conseille alors de lire et d'afficher ces deux tableaux qui vous permettent d'entretenir le bonheur:








jeudi 10 novembre 2016

La vitesse de la lumière

Je ne vais pas vous parler de la double nature de la lumière constituée d'ondes électromagnétiques et de particules, les photons. Je vais vous entretenir seulement de sa vitesse.
J'insisterai sur une double interprétation donnée à la fin de mon exposé.


Une constante universelle 

Einstein a énoncé l'un des principes fondamentaux et révolutionnaires, à la base de sa théorie de la relativité: la vitesse de la lumière dans le vide est constante, quelle que soit la source de lumière, quel que soit le mouvement de cette source et quelle que soit sa direction.

De nombreuses expériences ont permis de vérifier ce principe et de calculer cette vitesse. Voici une expérience à laquelle j'ai assisté.

Un rayon vert dans le ciel de Paris




Certaines nuits en Octobre 2005, dans le ciel de Paris on pouvait voir un rayon laser, vert, envoyé depuis l'Observatoire jusqu'à une terrasse de la butte Montmartre. Après réflexion il revenait à l'Observatoire.

J'ai vu des étudiants mesurer la vitesse de la lumière, quotient de la distance (aller-retour) parcourue par le rayon vert, par le temps mis pour faire ce trajet.


Cette vitesse constante est une constante universelle de la physique. Elle est aussi appelée célérité, on la note c, et sa valeur  définitive est:

                                        c= 299 792 458 m/s

voisine de 300 000 km/s.


La nouvelle définition du mètre

Pour conserver intact, intangible et en permanence le mètre, on  fabriqua des mètres-étalons en marbre (il en existe encore deux à Paris: 13 Place Vendôme et 36 rue de Vaugirard) ou en platine iridié (au Pavillon de Breteuil à Sèvres). Le mètre fut ensuite un certain nombre de fois la longueur d'onde d'une radiation émise par le krypton 86 (voir mon article La longue histoire du mètre du 25 Mai 2014).

Mais quoi de plus précis, de plus constant que l'étalon vitesse de la lumière ! En 1983 le BIPM (Bureau International des Poids et Mesures) donna une nouvelle définition du mètre. Si, d'après la valeur de c , la distance parcourue par la lumière dans le vide est 299 792 458 mètres en 1 seconde, il est évident que la lumière parcourt 1 m dans la fraction 1/299 792 458 de seconde. C'est la définition actuelle du mètre:
le mètre est la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 de seconde.


L'année-lumière

L'année-lumière est la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1 an.

Calculons cette distance. La lumière parcourant 299 792 458 m en 1 seconde, la distance parcourue en 1 an sera 299 792 458 mètres multipliés par le nombre de secondes qu'il y a dans une année.
Une année contient en moyenne 365,25 jours (en tenant compte des années bissextiles), un jour contient 24 heures, une heure contient 60 minutes et  une minute contient 60 secondes. Donc dans une année il y a:
                                                365,25 x 24 x 60 x 60 secondes
Une année-lumière est donc égale à:
                                                299 792 458 365,25 x 24 x 60 x 60 m
soit en arrondissant:

                                                9 460 milliards de km 



Dans l'Univers les distances énormes ne se calculent pas en milliards d'années mais en années-lumière. Les nombres sont beaucoup plus simples à manipuler.


Une double interprétation 

Dire qu'une étoile se trouve, par exemple, à 10 années-lumière signifie que sa distance à la Terre est de 10 années-lumière (soit 10 x 9460 milliards de km = 94600 milliards de km).
Mais on peut dire aussi que le temps mis par la lumière de l'étoile pour nous parvenir est de 10 années.Le scintillement de l'étoile que nous voyons aujourd'hui a mis 10 ans pour nous parvenir.

De même, la distance de la Terre au Soleil étant de 8 minutes-lumière, on peut dire aussi que le temps mis par la lumière du Soleil pour nous parvenir est de 8 minutes.

Le télescope spatial Hubble a observé la galaxie la plus lointaine jamais observée 
GN-z11 située à 13,4 milliards d'années-lumière.La lumière émise par la galaxie a voyagé pendant 13,4 milliards d'années avant de nous parvenir.

Plus on observe un corps céleste éloigné, plus sa formation remonte loin dans le temps.


Remarque

Mais comment mesure-t-on cette distance de 13,4 milliards d'années -lumière ? C'est une autre histoire que je pourrais peut-être vous raconter dans un autre article.



jeudi 13 octobre 2016

L'intelligence et la bêtise

L'intelligence




Le penseur de Rodin représente un homme en pleine méditation, faisant appel à toute son intelligence pour résoudre des problèmes complexes. Qu'est-ce que l'intelligence? On peut la définir de bien des façons.

C'est la faculté mentale de saisir les rapports entre les choses, de les comprendre.

C'est la faculté d'adaptation.

C'est l'activité qui permet d'acquérir la science, selon Platon, et plus généralement le savoir, la connaissance.



C'est aussi la capacité d'innover, de sortir du cadre imposé par l'école ou les études supérieures. Newton, Darwin, Einstein pensaient autrement que leurs contemporains parce qu'ils se libéraient des contraintes, des idées préconçues de l'enseignement scolaire ou universitaire.

Sortir du cadre imposé par l'église aussi, mais avec quelles difficultés! Giordano Bruno fut brûlé vif pour avoir affirmé  que c'est la Terre qui tourne autour  du Soleil et non le contraire; Galilée aurait subi le même sort s'il n'avait pas abjuré devant le tribunal de l'Inquisition.

L'intelligence, c'est enfin l'ouverture d'esprit, le goût, l'envie, la soif incessante de la recherche qui conduit à toutes les découvertes.


Le bien et le mal apportés par l'intelligence

Les progrès incessants des technologies, les multiples découvertes dans tous les domaines (biologie, médecine, informatique, physique, chimie, astronomie, etc) sont des bienfaits incontestables de l'intelligence.

Mais l'intelligence peut être nuisible. Nobel a inventé la dynamite permettant de tuer plus de personnes, plus rapidement que jamais auparavant. Pris de remords Nobel légua toute sa fortune aux prix qui portent son nom, décernés à des personnes ayant apporté le plus grand bien à l'humanité. Ces prix Nobel que l'on distribue encore aujourd'hui, tous les ans.

De même, les bombes atomiques lancées sur Hiroshima et Nagasaki firent plus de 200 000 victimes civiles dans des sites non militaires, sans compter les décès ultérieurs (par cancers, leucémies et autres pathologies). Une lettre d'Einstein à Roosevelt est renommée pour être à l'origine du Projet Manhattan qui permit aux Etats -Unis d'acquérir l'arme nucléaire.Un sentiment de culpabilité hantera Einstein, l'un des pères de la bombe (le découvreur de E= mc2 qui montre l'équivalence entre la masse m et cette énergie énooooorme E), jusqu'à la fin de ses jours.

La bêtise

On peut la définir de bien des façons. C'est simplement un manque d'intelligence.

C'est l'antisémitisme et plus généralement le racisme.

C'est la fatuité ou suffisance humaine, cette assurance vide, cette certitude de savoir tout interpréter dans son esprit borné.

C'est l'incapacité de pouvoir s'instruire, de dépasser sa condition.

Le mot bêtise vient du mot bête. C'est hélas bien fâcheux car certaines bêtes sont pourvues d'une certaine intelligence. Par exemple les chimpanzés et les bonobos, si proches de l'homme, peuvent résoudre bien des problèmes des humains, le poulpe est pourvu d'une grande intelligence (voir mon article L'intelligence du poulpe du 1er juin 2015).


Le bien et le mal apportés par la bêtise

La bêtise peut nous faire rire et le rire nous fait du bien!




Dans le film  Le dîner de cons, Jacques Villeret parvient à sublimer la bêtise humaine.







Mais la bêtise, hélas, est bien souvent nuisible. Par exemple l'antisémitisme, qui est une forme de bêtise humaine, a conduit au génocide de 6 millions de Juifs par les nazis.

Que de chefs d'état (en Afrique, en Syrie, en Turquie) ont massacré des peuples, certains ont détruit leur pays, par une dictature imbécile!

Conclusion

Pour conclure je donnerai quelques unes parmi les si nombreuses citations.

Une belle citation:

            La bêtise se met au premier plan pour être vue.
            L'intelligence se met en arrière pour mieux voir.

Un proverbe chinois:

            Quand le sage désigne la lune, l'idiot regarde le doigt.

Einstein:

             Deux choses sont infinies: l'Univers et la bêtise humaine. Mais, en ce 
             qui concerne l'Univers, je n'en ai pas encore acquis la certitude absolue.


vendredi 16 septembre 2016

La fusion de deux trous noirs

Je vais essayer de vous expliquer le plus simplement possible des notions assez compliquées: trou noir, fusion de deux trous noirs, ondes gravitationnelles créées par cette fusion, leur détection.



Trou noir

C'est un trou, un puits de masse énorme, dans lequel tombent les étoiles attirées suivant l'attraction newtonienne.
Il est noir parce qu'il n' émet aucune lumière mais des bouffées invisibles de rayons X et de rayons gamma émises chaque fois qu' une étoile tombe dans le trou.
Les trous noirs sont nombreux dans l'Univers. Notre Galaxie (la voie lactée) possède un énorme trou noir en son centre. Soyez rassurés, notre Soleil et toutes les planètes qui l'entourent sont dans un bras de notre Galaxie spirale très loin du trou noir et nous ne risquons pas d'être engloutis dans le trou !

La fusion de deux trous noirs

Il y a 1, 3 milliard d'années, un trou noir de 29 masses solaires (cela signifie que la masse du trou noir est 29 fois la mase du Soleil) a fusionné avec un autre trou noir de 36 masses solaires pour donner un trou noir de 62 masses solaires.

Mais 29 + 36 = 65. Où sont passées les 65- 62= 3 masses solaires? Elles se sont transformées en énergie. Si l'on appelle m la masse totale des 3 masses solaires, c la vitesse de la lumière, cette énergie énorme E est donnée par la  formule d'Einstein : E = mc2 . Ce fut un cataclysme cosmique !


Les ondes gravitationnelles créées

La gravitation selon Einstein (voir l'article "La gravitation selon Newton et selon Einstein" du 2 décembre 2015) est une déformation du tissus espace-temps de l'Univers.
L'énergie précédente a créé des déformations de l'espace-temps qui se sont propagées comme des ondes, des vagues, appelées ondes gravitationnelles.

Leur détection

Le 14 septembre 2015 les astrophysiciens des deux interféromètres américains LIGO se trouvant, l'un à Livingstone (Louisiane), l'autre à Hanford (Etat de Washington ) ont détecté, chacun de leur côté, avec stupéfaction, pour la première fois, ces ondes gravitationnelles !!!
Quel est le principe de fonctionnement d'un tel interféromètre?

L'interféromètre LIGO de Hanford










Un faisceau laser est divisé en deux par un miroir. Chacun des deux faisceaux obtenus parcourt l'un des deux bras perpendiculaires de longueur 4 km (voir la photo ci-dessus). Ces faisceaux subissent des réflexions multiples  à l'intérieur des bras, qui allongent considérablement leur trajet, puis les deux faisceaux ressortent de ces bras et se recombinent pour donner des interférences visibles sur un détecteur.

Les ondes gravitationnelles précédentes sont arrivées le 14 septembre 2015 à 9 h 50 min 45 s (temps universel) sur chacun des deux interféromètres américains, les miroirs à l'intérieur des deux bras ont vibré, les trajets des deux faisceaux laser ont été perturbés, raccourcis ou allongés,  et les interférences ont été modifiées dans le détecteur. Les astrophysiciens ont pu voir alors  une ample et magnifique oscillation !!!

Remarques

C'est une performance exceptionnelle, sans précédent, de la technologie! Il a fallu éliminer toutes les sources de vibrations dues aux micro-séismes, marées, activités humaines, .... On a détecté des variations de longueur un milliard de fois plus petite que la taille d'un atome!

Cette observation  directe des ondes gravitationnelles ouvre la voie à une nouvelle astronomie.C'est une véritable révolution comparable à celle de la lunette de Galilée, il y a 400 ans. D'autres interféromètres sont ou seront utilisés. L'interféromètre VIRGO identique aux interféromètres  LIGO (réalisation franco-italienne à Cascina près de Pise) fonctionne en collaboration avec les interféromètres LIGO. L'interféromètre spatial LISA sera composé de trois satellites dans l'espace, ces satellites formeront un triangle équilatéral dont les côtés (les bras dans lesquels trois faisceaux laser subiront des réflexions multiples) auront  cinq millions de km. On espère qu'il sera opérationnel en 2018.

Les découvertes vont s'enchainer. L'origine du Big Bang pourra peut-être s'expliquer. Le Big Bang, l'expansion de l'Univers, la matière sombre, l'énergie sombre sont-ils des phénomènes gravitationnels?

Aux ondes lumineuses on a associé les photons (cette dualité ondes et quanta !....). De même, on associera aux ondes gravitationnelles une nouvelle particule: le graviton, le nouveau Graal des astrophysiciens. On a découvert le boson de Higgs au CERN en 2012. On découvrira un jour le graviton. Pourquoi pas?......