La découverte d'une immense galaxie

La découverte d'une immense galaxie par le réseau de radiotélescopes A L M A  a fait sensation dans le monde des astronomes. Elle apporte un éclairage nouveau sur la formation des galaxies. Faisons tout d'abord quelques rappels.

Qu'est-ce qu'un radiotélescope? 

On ne confondra pas télescope et radiotélescope. Le premier reçoit de la lumière provenant des étoiles, des planètes, des galaxies, etc, le second reçoit des ondes radio de même nature que les ondes de la lumière (des ondes électromagnétiques) mais de longueurs d'onde plus grandes.

Dans un télescope la lumière est reçue sur des miroirs, dans un radiotélescope les ondes radio sont reçues sur des antennes paraboliques.

Les antennes paraboliques

 On les voit parfois sur les toits ou les balcons de maisons. 

Une antenne parabolique, appelée réflecteur, est une surface parabolique (surface engendrée par une parabole) recevant les ondes radio et les réfléchissant sur un récepteur (le foyer de la parabole, en avant sur la figure).
Le récepteur transforme les ondes radio reçues en signaux transmis au poste de télévision par exemple.

   

 

Le réseau de radiotélescopes A L M A

On trouve des antennes paraboliques dans la plupart des radiotélescopes.

Ci-dessus le réseau de 66 antennes paraboliques (54 de 12 m de diamètre, 12 de 7 m) situé dans le désert d'Acatama au Chili à plus de 5 000 m d'altitude. Il appartient à l' E S O (European Southern Observatory).

Par interférométrie (superposition des ondes radio provenant des 66 radiotélescopes,
provoquant des phénomènes d'interférence) ce réseau est équivalent à un radiotélescope géant de  surface collectrice de 7 000 m2, appelé A L M A (Atacama Large Millimeter /submillimeter Array)  ce qui signifie "grand réseau d'antennes millimétriques/submillimétriques de l'Atacama " . C'est le plus grand radiotélescope du monde.

La découverte d'une immense galaxie

En octobre 2 019  "The Astrophysical Journal" fait une annonce surprenante: intrigués par une vague lueur, des astronomes ont découvert par hasard à l'aide de  A L M A  une immense galaxie dans l'Univers primitif, masquée par des nuages de poussières. Elle s'est formée il y a 12,5 milliards d'années c'est-à-dire seulement 1,3 milliards d'années après le Big Bang puisque ce dernier s'est produit il y a 13, 8 milliards d'années.

Les chercheurs ont analysé les données enregistrées par A L M A et ont découvert que cette immense galaxie fabrique de nouvelles étoiles à un rythme effréné ,100 fois plus vite que notre galaxie, la Voie Lactée, en fabrique.

Cette galaxie primitive avait déjà été découverte sous le nom de MAMBO-9 il y a une dizaine d'années par les radiotélescopes de l' I R A M  mais, dans le doute, on n'osa pas trop parler de cette lueur venant de nulle part. A L M A  a confirmé son existence.

Cette immense galaxie dans l'Univers primitif pourrait être le chaînon manquant, permettant de  comprendre l'évolution de la multitude de galaxies de notre Univers.

Les astronomes ont eu bien de la chance de découvrir par hasard cette immense galaxie si lointaine (à une distance de12,5 milliards d'années-lumière). Il se peut qu'il en existe d'autres et qu'elles soient passées inaperçues jusqu'à présent.

Les recherches continuent, on attend avec impatience le lancement en mars 2 021 du James Webb Telescope qui serait suffisamment puissant pour percer les nuages de poussières qui occulteraient les immenses galaxies primitives éventuelles.

On n'arrête pas le progrès, même dans les galaxies!.....

Des outils qui modifient l'ADN

Mon attention a été attirée par cet article dans le magazine Le Point : "Un nouvel outil pour modifier notre génome". J'avais déjà mentionné un premier outil dans mon article: "Les miracles de la génétique " du 2 avril 2018.

 

Quelques rappels   

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. 

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.
Sur l'un des brins de la double hélice sont accrochées des bases azotées sous forme de bâtonnets: l'adénine, la cytosine, la guanine et la thymine notées respectivement A,C,G,T. Sur l'autre brin sont accrochées les mêmes bases, les bases A et T étant toujours associées, les bases C et G également.

Dans le noyau d'une cellule d'un être vivant on trouve les chromosomes, ces molécules d'ADN enroulées en pelotes. Un gène est une séquence, une succession de bases accrochées à l'un des brins de la double hélice d'ADN du chromosome, c'est un message codé plus ou moins long de la forme, par exemple: AATAGG.....CG ou CGGCTA  ou  TATTGC....AT.

C'est dans le chromosome que ce message codé est traduit par l'ARN (Acide Ribo Nucléique) et des instructions sont alors données pour fabriquer une protéine ayant une tâche spécifique (fonction hormonale, du foie, de l'estomac, couleur des yeux, anticorps, enzymes, etc).

 

Des ciseaux moléculaires qui coupent l'ADN

En 2012 la chercheuse française Emmanuelle Charpentier et sa consoeur  américaine Jennifer Doudna ont mis au point les ciseaux moléculaires CRISPR-Cas 9 capables de couper l'ADN. Un "ARN guide" cible une séquence d'ADN particulière, puis une enzyme Cas 9 associée coupe l'ADN à l'endroit ciblé. Une fois coupé, l'ADN peut être réparé ou modifié par insertion d'un fragment d'ADN approprié.

Les chercheurs de l'hôpital de Chengdu en Chine ont été les premiers en  octobre 2016 à utiliser les   ciseaux moléculaires pour lutter contre le cancer du poumon.

Plus de 3000 laboratoires de recherche dans le monde utilisent les ciseaux moléculaires au service de la médecine et aussi de l'agriculture.

Prime Editing

La coupure d'ADN précédente manque parfois de précision et peut provoquer des modifications délétères. Prime Editing (Edition primaire) est un nouvel outil plus précis. David Liu du MIT (Massachusetts Institude of Technology) et des chercheurs de l'université Harvard ont mis au point un outil à la fois plus performant pour cibler les maladies et plus fiable pour éviter  les altérations involontaires du génome par les ciseaux moléculaires. Au lieu de couper l'ADN, on efface des lettres d'une séquence, que l'on remplace par d'autres lettres. Par exemple, la paire de bases A et T  est effacée et remplacée par la paire de bases C et G. Cette conversion permet d'annihiler une mutation génétique causant une maladie.

Prime Editing pourra  éliminer 90% des maladies génétiques. Il pourrait changer la vie des personnes atteintes de maladies héréditaires.

Conclusion

Beaucoup d'espoirs reposent sur ces deux outils. Nombreuses seront les applications dans l'avenir.

Mais attention, danger! Les manipulations génétiques doivent être faites avec  de multiples précautions.....comme l'Intelligence Artificielle.

L'homme devra se servir de ces nouvelles technologies sans les retourner contre lui-même!

Le génie d'Einstein

Si la vie d'Einstein a été extraordinaire, son génie l'a été encore plus! Je vais vous raconter, à ma façon, sans calculs ni équations, quelques évènements et travaux du plus grand mathématicien et astrophysicien du 20 ème siècle.

La double nature de la lumière

En 1905, Einstein révéla la double nature de la lumière: elle est constituée d'ondes électromagnétiques et elle est aussi constituée de particules, les photons. 

 

Lorsqu'une source lumineuse frappe une plaque métallique, les photons de cette source lumineuse arrachent des électrons de la plaque (sur la figure, les deux électrons arrachés sont au- dessus de la plaque). C'est l'effet photoélectrique qui valut à Einstein son prix Nobel en 1921.

Einstein et la physique quantique

Plus généralement dans la physique quantique la matière est constituée de quanta (quantités minimales) et à partir d'une situation donnée plusieurs issues sont possibles avec une certaine probabilité. Einstein ne l'admettait pas et le proclama au congrès de Solvay en 1927:

Einstein interpella Niels Bohr, l'un des fondateurs de la physique quantique:" Dieu ne joue pas aux dés". Bohr agacé lui répondit:"Qui êtes-vous, Einstein, pour dire à Dieu ce qu'il doit faire!"

 

La courbure de la lumière

L'une des prédictions les plus étonnantes de la théorie de la relativité générale d'Einstein est la courbure de la lumière lorsqu'elle passe au voisinage d'un corps massif, le Soleil par exemple:

Cet effet fut observé lors de l'éclipse de Soleil de 1919 par Sir Arthur Eddington:

Einstein et Sir Arthur Eddington

            

Eddington observa des étoiles situées dans l'amas des Hyades avant et pendant l'éclipse, il mesura les modifications de leurs positions apparentes prédites par Einstein.

 

Les lentilles gravitationnelles

Comme le Soleil, tout corps massif dévie les rayons lumineux qui s'en approchent.

Une galaxie, un amas de galaxies, un trou noir sont des corps massifs qui dévient et amplifient la lumière d'une galaxie plus lointaine, ils peuvent donner ainsi plusieurs images de cette dernière galaxie comme une lentille d'où le nom de lentille gravitationnelle. Exemple: la croix d'Einstein ci-dessous

 

 

 

La gravitation selon Einstein

Dans l'Univers, un évènement peut se produire en un lieu et à un instant déterminés. On associe à cet évènement un système de 4 coordonnées (x,y,z,t) où x,y,z sont les coordonnées de l'évènement dans l'espace et t l'instant de cet évènement. On peut concevoir une structure conciliant les deux concepts de l'espace et du temps: l'espace-temps.

Selon Einstein, la gravitation est une déformation de l'espace-temps c'est-à-dire des modifications de la courbure de l'espace et du temps provoquées par le mouvement à très grande accélération d'une masse énorme:

La masse énorme  creuse dans le tissus espace-temps une cuvette dans laquelle tombent les petites masses qui s'en approchent.

 

Les ondes gravitationnelles

Lorsqu'une étoile massive explose, lorsque deux étoiles à neutrons ou deux trous noirs fusionnent, ou encore au début du Big Bang, l'énergie énorme dégagée engendre un cataclysme cosmique, des déformations de l'espace-temps se propagent comme des vagues à la surface de l'eau lorsqu'on jette un caillou, ce sont des ondes gravitationnelles.

Les interféromètres Virgo (ci-dessus) et Ligo ont détecté, quasi simultanément et chacun de son côté, le 29 juillet 2017 des ondes gravitationnelles provenant de la fusion de deux trous noirs à environ 5 milliards d'années-lumière.

E=mc²

C'est la formule qui a rendu Einstein si célèbre, elle signifie qu'une particule de masse m possède une énergie propre E égale à mc² , c étant la vitesse de la lumière dans le vide. Du fait de l'énormité du facteur c² (puisque c= 300 000 km/s), une masse même très petite renferme une quantité considérable d'énergie susceptible d'être libérée.

Dans la fission nucléaire, des noyaux d'atomes sont divisés, cassés en noyaux plus petits, il y a une perte de la masse totale compensée par une émission d'énergie suivant la formule d'Einstein. Une telle fission nucléaire se produit dans les piles atomiques et les centrales nucléaires. Elle s'est produite dans le lancement des bombes atomiques A  d'Hiroshima et de Nagasaki les 6 et 9 Août 1945 (il y a eu

plus de 300 000 morts de civils et non de militaires!)

Dans la fusion nucléaire, au contraire, des petits noyaux fusionnent pour donner des noyaux plus gros, il y a encore une perte de la masse totale donc une émission d'énergie. Cette énergie est beaucoup plus grande que celle libérée dans la fission nucléaire. C'est le principe de la bombe H. La fusion nucléaire se fait aussi au coeur des étoiles, en particulier dans notre Soleil. Savez-vous que chaque seconde 700 millions de tonnes d'hydrogène fusionnent pour donner 695 millions de tonnes d'hélium. Où sont donc passés les 5 millions de tonnes perdues? Elles sont  converties en énergie pour nous chauffer et nous éclairer pendant encore 4 milliards et demi d'années..... environ!

Lettre d'Einstein à Roosevelt. Dans une lettre célèbre du 2 août 1939, Einstein avertit le président Franklin Roosevelt de son inquiétude et des dangers d'une bombe atomique que pourrait préparer l'Allemagne nazie, de sa recherche de grandes quantités d'uranium pour la préparation de la bombe. Cette lettre n'empêcha pas, hélas, bien au contraire, le lancement des bombes atomiques par les États-Unis (Projet Manhattan).

Il faut bien que je m'arrête!.... Mais on peut aller plus loin. Einstein n'avait pas prédit l'assistance gravitationnelle, ces sondes que l'on envoie dans l'espace, qui se rapprochent d'une planète, la frôlent et sont renvoyées par effet de fronde beaucoup plus loin. Einstein ne pouvait pas prévoir une telle avancée technologique.

Jusqu'à la fin de sa vie, Einstein s'est débattu avec la physique quantique, persuadé qu'elle n'est qu'un cas particulier d'une théorie qui reste à découvrir, une théorie qui unifierait enfin ses deux enfants terribles: la relativité générale et la physique quantique.

 

La vie d'Einstein

Vaste programme! Il faudrait des pages et des pages pour vous raconter la vie et l'oeuvre d'Einstein, le plus grand mathématicien et astrophysicien du 20 ème siècle. Il me faut faire un choix.  Aujourd'hui je vais vous entretenir seulement de la vie d'Einstein, je vous parlerai de son génie et de ses travaux dans un autre article.

Biographie

Albert Einstein est né le 14 mars 1879 à Ulm en Allemagne. Les Einstein sont des juifs non pratiquants. A l'âge de 5 ans, Albert s'émerveille de voir l'aiguille d'une boussole pointée vers le Nord quel que soit l'endroit où il se trouve. Cette fascinante découverte serait à l'origine de son éveil scientifique.

Il éprouve dans son enfance des difficultés à s'exprimer: il  commence à parler très tard, à l'âge de 4 ans, et il est dyslexique. Il commence sa scolarité au Luitpold Gymnasium de Munich et il en est renvoyé à l'âge de 15 ans. Il se présente à l'École polytechnique fédérale de Zurich une première fois, à 16 ans, sans succès, et réussit l'année suivante. C'est un élève très médiocre (sauf en maths), étourdi, avouant lui même "qu'il est incapable de suivre des cours, de prendre des notes et de travailler de façon scolaire". En 1902, il est embauché à l'Office fédéral des brevets de Berne, petit emploi sans envergure.

Comment alors est-il devenu le plus grand génie du 20 ème siècle? L''insoumis, l'autodidacte travaille à sa façon, il apprend seul le calcul différentiel et intégral. 1905 est l'annus mirabilis: ses travaux (les photons, le mouvement brownien, la théorie de la relativité restreinte, E = mc²) sont enfin reconnus dans le monde entier. En 1908 il enseigne à l'université de Berne, en 1911 à celle de Prague, en 1915 il publie la théorie de la relativité générale, il obtient le prix Nobel de Physique en 1921 et enseigne à Princeton aux États-Unis en 1933 après avoir fui les nazis.

Il meurt d'une rupture d'anévrisme à Princeton le 18 avril 1955 à l'âge de 76 ans.

Le cerveau d'Einstein

On peut se demander si le cerveau d'un tel génie est fait comme les autres. Einstein avait déclaré: "Je voudrais être incinéré, afin que personne ne puisse idolâtrer mes ossements". Il fut incinéré, sauf son cerveau que garda précieusement dans le formol le pathologiste Thomas Harvey.

On a pu constater que le cerveau d'Einstein était bel et bien différent des autres (lobe pariétal 15 % plus grand que la normale, circonvolutions du cortex exceptionnellement complexes, etc).

Le musée national de la santé et de la médecine de Chicago a scanné et numérisé des centaines de lamelles du cerveau. Il était possible en 2012 de se procurer une application sur iPad permettant d'observer ces lamelles. Que le cerveau de ce génie soit ainsi dispersé est scandaleux!

Sa vie sociale 

Einstein rencontre Mileva Maric à l'École polytechnique fédérale de Zurich en 1896. En 1902 naît leur premier enfant, une fille, dont on ignore ce qu'elle est devenue. Ils se marient en 1903, naissance de Hans-Albert en 1904 et d'Éduard en 1910, deux fils qui lui causèrent beaucoup de problèmes. Divorcé en 1919, après avoir donné à son ex-épouse le montant de son prix Nobel, il épouse la même année sa cousine Elsa. Avec les deux filles d'Elsa d'un premier mariage, les Einstein forment, cette fois, une famille unie.

Hors mariage, la vie amoureuse d'Einstein est bien tumultueuse! La photo ci-dessus montre qu'il était un fort bel homme. Il était plein d'humour, les citations sur son humour sont tellement nombreuses! Je n'en citerai que deux, les plus belles, à mon avis:

• 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. 

• Placez votre main sur un poêle une minute et ça vous semble durer une heure. Asseyez vous auprès d'une jolie fille une heure et ça vous semble durer une minute. C'est ça la relativité.

Quelques "aventures amoureuses". Des amis offrent à Einstein un voilier qu'il barre lui-même et où il embarque ses admiratrices. Une jeune blonde autrichienne Margerete Lebach ne le quitte plus pendant l'été 1931. Il tombe dans les bras d'une espionne soviétique Margarita Konenkova en 1935, c'est un grand amour qui va durer 10 ans jusqu'au retour de l'espionne en 1945 en URSS, il continueront à s'écrire.

Einstein était très doué pour le violon. Il joua du violon avec la reine Élisabeth de Belgique.

Ses multiples nationalités: il renonce à la nationalité allemande en 1896, obtient la nationalité suisse en 1901, qu'il conserve avec la nationalité américaine en 1940.

Il refuse en 1952 d'être vice-président  d'Israël. Pour se justifier, il répondra: "Si je connais les lois de l'Univers, je ne connais presque rien aux êtres humains".

Einstein, le judaïsme et Dieu

Son judaïsme. De parents juifs non pratiquants, il ne fait pas sa Barmitsva, et se détache très tôt du judaïsme. Mais, plus tard, il se sentit Juif essentiellement par l'effet des persécutions commises à l'encontre des Juifs. Sa sensibilité juive fut d'ordre culturel et non d'ordre religieux.

Einstein croit au Dieu de Spinoza qui se révèle dans l'ordre harmonieux de ce qui existe, et non en un Dieu qui se soucie du destin et des actions des êtres humains.

La religion cosmique pratiquée par Einstein est une contemplation de la structure de l'Univers. Elle est compatible avec la science et ne connaît ni dogme ni Dieu à l'image de l'homme, et donc aucune église ne l'enseigne.


Voilà une vie riche, bien remplie et extraordinaire! Je vous raconterai dans mon prochain article le génie et les travaux du plus grand mathématicien et astrophysicien du 20ème siècle.

 

 

 

L' Homme de Vitruve

Au Musée du Louvre, à l'occasion des 500 ans de la mort de Léonard de Vinci, une  exposition de plus de 150 oeuvres se déroule du  24 octobre 2019 au 24 février 2020. Le Louvre a-t-il reçu le fameux Homme de Vitruve tant attendu? Finalement, oui! Sans plus attendre, je vais vous décrire ce célébrissime dessin.

Une brève biographie de Léonard de Vinci

Léonard de Vinci est un peintre, sculpteur, architecte, scientifique, inventeur, incarnant à lui seul la Renaissance, né le 15 avril 1452 à Vinci, petite ville de Toscane proche de Florence.

Après avoir travaillé à Florence, Milan, Venise et Rome, il rejoint en 1516 son nouveau mécène et protecteur, le roi François 1er, apportant avec lui trois de ses toiles majeures: "Saint-Jean Baptiste", "La Vierge, l'enfant Jésus et Sainte-Anne "et la toile la plus célèbre au monde "La Joconde". François 1er installe le peintre au château du Clos Lucé, à proximité de sa résidence du château d'Amboise.

Hélas, son séjour auprès du roi ne dure que trois ans: il s'éteint le 2 mai 1519 au château du Clos Lucé.

Origines de l'Homme de Vitruve 

Vitruve est un architecte romain qui vécut au 1er siècle avant J.C. Il est l'auteur d'un célèbre traité "De Architectura" dédié à l'empereur Auguste, on peut y lire sa conception de l'architecture:

• Pour qu'un bâtiment soit beau, il doit posséder une symétrie et des proportions parfaites comme celles que l'on trouve dans la nature.

• L'homme est le modèle géométrique idéal pour l'architecture. 

C'est Vitruve qui conçut le premier Homme Vitruvien et c'est beaucoup plus tard, vers 1490, que Léonard de Vinci s'en inspira pour faire son fameux dessin.

L'Homme de Vitruve  

 
  
Le dessin
Ce dessin est réalisé à la plume, à l'encre et au lavis  (technique picturale n'utilisant qu'une seule couleur, de l'encre de Chine par exemple, diluée pour obtenir différentes intensités de la couleur), sur papier de 35 cm x 26 cm. Il se trouve à la Galleria del'Academia de Venise.
Le texte est rédigé par le peintre en vieux toscan, de sa main gauche, à l'envers, de droite à gauche. En regardant dans un miroir on peut le lire correctement. Le texte explique avec beaucoup de détails comment a été construit cet homme parfait.

Analyse du dessin
Il représente un homme en deux positions superposées, avec ses bras et ses jambes écartées inscrits dans un cercle et un carré.

La quadrature du cercle consiste à construire un carré de même aire que celle limitée par un cercle, avec la règle et le compas. Pendant des siècles les mathématiciens ont cherché à résoudre ce problème, en vain. La quadrature du cercle est impossible. Néanmoins, dans son dessin Léonard de Vinci a bien construit un carré de même aire que celle limitée par un cercle mais sans la règle et le compas.

Le carré et le cercle sont des formes géométriques considérées comme parfaites, riches en symboles. Le carré symbolise la stabilité de l'homme, la raison, le calcul, son aspect matériel et physique.
Le cercle symbolise la voute céleste de l'Univers, l'infini, l'idéal, la perfection. L'homme inscrit dans un carré et dans un cercle transcende la matière pour le spirituel.

Les proportions de l'homme de ce dessin sont parfaites:

• Le nombril de l'homme se trouve au centre du carré et du cercle.
• Les jambes écartées forment un triangle équilatéral.
• La longueur des bras étendus horizontalement est égale à la hauteur de l'homme.
• Soit c le côté du carré (ou la hauteur de l'homme) et R le rayon du cercle (ou la distance du nombril à ses pieds), le quotient c /R est proche du nombre d'or (1,6 environ) qui est en architecture le rapport le plus harmonieux entre deux longueurs.

Dieu ne joue pas aux dés

"Dieu ne joue pas aux dés" est la phrase célèbre prononcée par Einstein au congrès de Solvay en 1927. "Gott würfelt nicht".






Par cette phrase, Einstein exprimait son opposition à l'interprétation probabiliste de la mécanique quantique.

A partir d'une situation donnée, plusieurs issues sont possibles, une même cause donne lieu à  plusieurs effets entre lesquels Dieu choisirait d'un coup de dé. Pour Einstein cela heurte bien trop sa vision du monde. La nature n'obéit pas au pur hasard. 

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.

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 superposition de plusieurs états

La position, la vitesse, l'énergie, etc,.... sont des états d'une particule. En physique quantique un état est lui-même la superposition de plusieurs états simultanément.
Par exemple un électron envoyé sur un écran peut se trouver, en même temps, à un endroit, à un autre, à un autre,.... et atteindre plusieurs vitesses à la fois.
C'est cette simultanéité qui est surprenante.

Le hasard

Einstein disait "Dieu ne joue pas aux dés" car les mesures d'un état sont bien aléatoires, elles sont le fruit du hasard, avec une probabilité de se réaliser et non une certitude.
Dans l'exemple précédent, chacune des positions ou des vitesses de l'électron ont une certaine probabilité (nombre compris entre 0 et 1) de se produire.

La décohérence quantique

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.

L'intrication

Une interaction en un endroit d'une particule a une répercussion immédiate sur une autre particule en un autre endroit. On dit alors que les deux particules sont intriquées : les états de l'une dépendent des états de l'autre.

La vitesse de calcul des algorithmes quantiques

C'est en un temps record que ces algorithmes décomposent un nombre en produit de nombres premiers, cassent la plupart des systèmes de cryptographie, cassent le chiffrement des transactions bancaires ou les codages permettant d'échanger des secrets d'état.

 

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.

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 la plus importante coopération industrielle franco allemande depuis Airbus.

Conclusion

Comme l'Intelligence Artificielle, comme les robots, nous devons prendre garde des effets néfastes et dangereux de ces nouvelles technologies. Mais ces technologies sont tellement surprenantes et nous apportent des progrès partout, dans tous les domaines!

Jusqu'à la fin de sa vie, Einstein s'est débattu  avec la physique quantique, persuadé qu'elle n'est qu'un cas particulier d'une théorie qui reste à découvrir, une théorie qui unifierait enfin ses deux enfants terribles: la relativité générale et la physique quantique.

Matière noire et énergie noire

On est toujours intrigués et fascinés à la fois par la matière noire et l'énergie noire, ces deux composantes mystérieuses de l'Univers . On sait qu'elles existent et qu'elles se manifestent partout dans l'Univers.

On ne voit pas la matière noire, mais on sait qu'elle est à l'intérieur des galaxies et qu'elle entoure aussi chaque galaxie.

 

La matière noire est à l'intérieur des galaxies

Donnons un exemple:

Une galaxie spirale est un ensemble de quelques centaines de milliards d'étoiles rassemblées en spirales dans un disque avec un renflement central sphérique lumineux appelé bulbe (notre Voie Lactée est une galaxie spirale barrée, le bulbe étant traversé par une barre d'étoiles,voir "les galaxies" du 18/02/2018).

Voici deux graphiques représentant la vitesse de rotation d'une étoile en fonction de sa distance au centre du bulbe. On a remarqué que l'étoile tourne à une vitesse non pas décroissante selon les lois de Képler (courbe A), mais à une vitesse constante (courbe B ). C'est la matière noire qui maintient cette vitesse  constante. L'étoile est comme dans un cocon de matière noire.

 

 

La matière noire entoure chaque galaxie

Chaque galaxie est aussi dans un cocon de matière noire. C'est un halo qui enveloppe la galaxie et la maintient par la gravitation.

On a observé (photo ci-dessus) avec le télescope spatial Hubble et le VLT(l'ensemble de télescopes de l'ESO au Chili) un halo de matière noire enveloppant quatre galaxies de l'amas de galaxies Abell 3827. Chance inespérée: ces observations ont été faites précisément au moment où ces galaxies sont sur le point de fusionner.

On voit aussi un grand arc bleuté entourant les galaxies, c'est l'image d'une galaxie lointaine. Cette image est donnée par la matière noire fonctionnant comme une lentille, une lentille gravitationnelle.

 L'énergie noire

L'Univers est en expansion
Au début du Big Bang l'Univers gonfle, gonfle comme un ballon, indéfiniment. La vitesse de fuite v d'une galaxie est donnée par la loi de Hubble: v = H₀ d , H₀ étant la constante de Hubble et d la distance de la galaxie à la nôtre (la Voie Lactée). Cette fuite se traduit par un redshift, décalage vers le rouge du spectre d'une étoile qui s'éloigne (voir mon article"redshift et blueshift" du 09/01/2017)

L'énergie noire accélère l'expansion

 En 1998 deux équipes, l'une de Saul Perlmutter (États Unis), l'autre de Brian Schmidt (Australie) et Adam Riess (États Unis), 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 en fin de vie). Ces supernovae se révélèrent moins lumineuses et plus éloignées que ce que l'on pouvait déduire de la loi de Hubble. Ces résultats furent confirmés par la suite et les deux équipes eurent le prix Nobel de Physique en 2011.

Alors que la matière noire exerce une force d'attraction, la gravitation, l'énergie noire au contraire est une force répulsive entre les galaxies qui surmonterait l'attraction de la gravitation et expliquerait que l'expansion de l'Univers s'accélère.

L'énergie noire est la composante la plus importante de l'Univers

Pourcentages déduits des observations du satellite Planck, l'énergie noire (appelée aussi énergie sombre) est la composante principale de l'Univers.

Origines de la matière noire et de l'énergie noire

De quoi est faite la matière noire? C'est un grand mystère. Il y a deux sortes de matière noire:

• La matière noire baryonique composée, comme la matière ordinaire, de particules élémentaires appelées baryons: les protons et les neutrons.
• La matière noire non baryonique ou exotique composée de particules hypothétiques : neutralino, WIMP (weakly interacting massive particle),  MACHO (massive astronomical compact halo object), Axion, boson de Higgs peut-être??

Certains cosmologistes pensent qu'il y aurait eu une succession d'univers qui constitueraient ce qu'on appelle le multivers dont notre Univers (avec un U majuscule) ferait partie. La matière noire et l'énergie noire de notre Univers proviendraient de l'un de ces univers, comme l'origine du Big Bang (voir mon article "Avant le Big Bang"du 22/12/2017). 

Nombreux sont ceux qui pensent que les origines sont divines. C'est Dieu qui a créé l'Univers avec de la matière noire et de l'énergie noire pour parfaire ce monde merveilleux dans lequel nous vivons et que nous devons ménager!.....






 

La poussée d'Archimède

Cessons de visiter les musées, n'observons plus les étoiles, restons sur Terre et faisons un peu de Physique. Éloignons nous de l'Intelligence Artificielle et revenons sur l'intelligence d'Archimède bien réelle qui découvrit une loi tellement simple!

 

 

Eureka!

Eureka! (j'ai trouvé!) s'écrie Archimède en sortant de son bain.

Toutankhamon

En Mai 2001 j'avais vu au musée du Caire quelques merveilles du trésor de Toutankhamon. J'étais bien loin de penser que je reverrai encore, 18 ans plus tard avec mon fils et mes petits-enfants, d'autres merveilles de ce trésor à la Grande Halle de la Villette à Paris. C'est l'occasion, pour moi, de revenir sur l'histoire de ce célèbre pharaon.

La découverte du tombeau de Toutankhamon

C'est le 4 novembre 1922 que l'archéologue britannique Howard Carter découvre dans la Vallée des Rois en Égypte, après de longues années de recherches, le tombeau KV62 d'un pharaon inconnu appelé Toutankhamon. A sa grande stupeur, il remarque que le tombeau est intact! Inviolé depuis 3300 ans! Il découvre aussi dans une chambre voisine un trésor incroyable, inimaginable, fabuleux, une véritable caverne d'Ali Baba.

Voici le tombeau découvert par Howard Carter:




Le tombeau contient trois sarcophages emboités les uns dans les autres. Vous voyez sur la photo le sarcophage extérieur qui est en or massif de 110 kg!





En vous rapprochant vous pouvez voir le pharaon  représenté avec la crosse (en forme de crochet) et le flagellum ou fléau (le fouet).

La momie de Toutankhamon

Dans le premier sarcophage, intérieur, repose la momie du pharaon. Elle a été extraite de son sarcophage, autopsies, radiographies, analyses ADN, scanners ont été pratiqués sur la momie et ont permis de mieux connaître ce pharaon.

La momie est maintenant installée dans une vitrine en plastique transparent la protégeant de l'humidité due aux visiteurs trop nombreux venant la regarder. La tête et les pieds sont visibles et montrent une peau noire, le corps entouré de bandelettes est revêtu d'un drap de lin.

Qui est Toutankhamon?  

Ce n'est sûrement pas son règne si court (de 9 ans à 19 ans) qui l'a rendu célèbre, mais les péripéties de sa découverte, la malédiction (non fondée) des archéologues visitant le tombeau et surtout son fabuleux trésor qui ont fait de Toutankhamon le plus célèbre de tous les pharaons.

Selon les dernières études génétiques de la momie, Toutankhamon était le fils d'Akhénaton et de sa  sœur la Younger Lady. L'examen de la momie révèle qu'il serait mort à la suite d'une chute accidentelle de son char ayant entrainé la gangrène. Toutankhamon a épousé, lui aussi, une sœur : Ankhésenamon. Son père Akhénaton était monothéiste, il n'adorait qu'un seul dieu Aton (le Soleil). Mais Toutankhamon est vite revenu aux multiples divinités des pharaons précédents.

 

L'exposition au musée du Caire

Je ne citerai que les deux merveilles que j'ai vues en 2001, on est éblouis par tout cet or à profusion et par la perfection de ces objets restés intacts pendant plus de 3300 ans. On ne se lasse pas de les regarder, fascinés:

Fauteuil en or du pharaon.
Le disque solaire envoie ses rayons au-dessus du pharaon et de son épouse.

Masque funéraire en or (11 kg) du pharaon.
C'est un chef d'œuvre de l'orfèvrerie égyptienne! 
Le souverain porte la barbe postiche et le némès (coiffe rayée à bandes dorées et bleues), il arbore un large collier composé de plusieurs rangées de perles précieuses bleues ou blanches.

L'exposition à la Grande Halle de la Villette 

C'est une exposition exceptionnelle, éblouissante, malgré quelques absences de taille (comme les deux merveilles précédentes).150 chefs d'œuvre  du trésor sont partis du musée du Caire pour être montrés à Los Angeles  puis à Paris à la Grande Halle de La Villette et plus tard dans d'autres métropoles, avant leur installation permanente dans le nouveau Grand Musée Égyptien actuellement en construction. Il est très difficile de faire un choix parmi ces chefs d'œuvre que j'ai vus, voici quelques uns de mes coups de cœur:

 Fauteuil de Toutankhamon enfant, en bois incrusté d'ébène et en ivoire et plaqué de feuilles d'or.

Lit en ébène recouvert de feuilles d'or.
C'est dans ce lit que le pharaon s'endormit pour sa résurrection.

Figurine d'Horus sous les traits d'un faucon.

 

 Toutankhamon debout sur une panthère noire

Coupe en forme de lotus ouvert avec deux boutons de fleurs prêts à éclore.

Pectoral en or de l'oiseau Ba à tête humaine

Statue en bois d'un gardien du tombeau, taillée à l'effigie de pharaon.

Le dieu Amon protégeant Toutankhamon.

 Vases rituels en calcite

Petit  cercueil canope en or, verre coloré et cornaline, de 40 cm de haut.Il fait partie d'un ensemble de quatre petits cercueils destinés à recevoir les viscères embaumés du pharaon.







Désolé! Mais je dois m'arrêter!

L'exoplanète Proxima b

Nous allons faire un long voyage, beaucoup plus long qu'un voyage vers Mars. Nous allons partir vers  Proxima b l'exoplanète la plus proche de nous de toutes les exoplanètes.

Qu'est-ce qu'une exoplanète ?

Rappelons qu'une exoplanète est une planète tournant autour d'une étoile, comme les planètes  et la Terre qui tournent autour de notre étoile, le Soleil.
La première exoplanète "51 Pegasi b" a été découverte en 1995 par les astronomes suisses Michel Mayor et Didier Queloz. Cette découverte a bouleversé notre manière de voir l'univers. Depuis, plus de 4 000 exoplanètes ont été découvertes.

Alpha Centauri

Alpha Centauri est un système stellaire formé de trois étoiles liées entre elles par l'attraction gravitationnelle, de ce fait leurs orbites sont aussi liées. Le schéma ci-dessous vous montre les trois étoiles:

• Alpha Centauri A
• Alpha Centauri B
• Proxima Centauri

Ces trois étoiles sont dans la constellation du Centaure, elles sont à plus de 4 années-lumière (4 light-years) du Soleil.
Plus précisément Proxima Centauri est à 4,22 années-lumière de la Terre, elle est presque invisible à l'oeil nu, "à côté " des très brillantes étoiles Alpha Centauri A et Alpha Centauri B situées à 4,23 années-lumière de la Terre.

Un petit calcul

Voici un petit calcul que  nous avons déjà donné, vous pouvez le laisser de côté et ne retenir que le résultat:
Une année-lumière est une distance, c'est la distance parcourue par la lumière dans le vide en une année. La vitesse de la lumière dans le vide est, en arrondissant, 300 000 km/s cela signifie qu'en 1 seconde la lumière parcourt 300 000 km. Dans une année il y a 365,25 x 24 x 3600 secondes, la distance parcourue par la lumière en une année est donc 300 000 x 365,25 x 24 x 3600 km =  9,46728.10¹² km soit en arrondissant 9500 milliards de km

En résumé on retiendra que: 1 année-lumière est égale approximativement à 9500 milliards de km. 

Les trois étoiles de Alpha Centauri sont à 4,23 ou 4,22 années-lumière de la Terre, soit 4,23 x 9500 ou 4,22 x 9500 milliards de km c'est-à-dire à plus de 40 000 milliards de km, c'est la proche banlieue de la Terre! à l'échelle des galaxies. "Tout est relatif!" dirait Einstein. 

Proxima b

Des petites oscillations de l'étoile Proxima Centauri dues à la présence d'une exoplanète ont pu être observées par l'ESO (European Southern Observatoty) avec le radiotélescope ALMA au Chili. Ces petites oscillations, périodiques, se traduisent par un décalage alternativement vers le rouge (le redshift) ou le bleu (le blueshift) du spectre de l'étoile (voir notre article "Redshift et blueshift" du 08/01/2017).

C'est le 24 août 2016 que fut annoncée par l'ESO la présence d'une exoplanète gravitant autour de l'étoile Proxima Centauri. On la nomma Proxima Centauri b ou plus simplement Proxima b. Si l'on découvrait d'autres exoplanètes gravitant autour de la même étoile, elles seraient appelées: Proxima c, Proxima d, etc.

Dans cette vue d'artiste, nous nous trouvons sur l'exoplanète Proxima b . Vue de sa surface, son étoile Proxima Centauri apparaît trois fois plus grande dans le ciel, que le Soleil vu de la Terre. Plus loin, deux étoiles très proches sont visibles: Alpha Centauri A et B.

Proxima b est-elle habitable? 

Depuis la découverte des exoplanètes, nous recherchons toujours celles qui seraient semblables à la Terre, dont les conditions d'habitabilité (ou d'existence d'une forme de vie) seraient réalisées. Proxima b si" proche"de nous répond assez bien à ces conditions:

• C'est une planète rocheuse de masse comparable à celle de la Terre (1,3 fois la masse de la Terre environ).
• Sa température n'est pas trop élevée.
• On a détecté des zones d'eau liquide très étendues, ce qui est un élément essentiel d'habitabilité.
• Son étoile Proxima Centauri autour de laquelle elle gravite est une étoile naine rouge très colérique. Une éruption bien plus spectaculaire que celles du Soleil a été observée au radiotélescope ALMA. Mais on pense que les colères de l'étoile ne sont pas préjudiciables: il y a 3,9 milliards d'années la Terre a essuyé des tempêtes solaires bien pires.

Toutefois nous ne savons rien encore sur l'atmosphère pouvant envelopper Proxima b.

 

L'exoplanète est-elle accessible?

Sa détection indirecte a été faite comme nous l'avons dit par le radiotélescope ALMA mais pourrait-on l'atteindre directement? Pourrait-on envoyer une sonde à  plus  de    40 000 milliards de km? (voir le petit calcul). Une sonde envoyée en utilisant un carburant chimique comme nous le faisons habituellement mettrait plus de 100 000 ans pour y parvenir!

Une sonde emportée par une voile photonique

Des chercheurs du projet Starlight de l'université de Santa Barbara en Californie, soutenus par la NASA et la fondation Breakhrough Initiatives, font des recherches afin d'envoyer sur Proxima b une sonde minuscule emportée par une voile photonique. Cette voile est un système de réflecteurs propulsés par des photons, particules élémentaires de la lumière ou des rayons laser.

On pourrait piloter cette voile à la manière d'un voilier en orientant les réflecteurs et en modifiant leur surface (la voilure). Cette voile voguerait dans l'univers, emportée par un vent de photons! On croit rêver.
Si les photons sont ceux d'un faisceau laser envoyé depuis la Terre, la sonde pourrait atteindre Proxima b, sans carburant, en quelques dizaines d'années seulement!

   Vue d'artiste d'une voile photonique propulsée par les photons d'un rayon laser depuis la Terre.

Ce n'est pas de la science-fiction, il existe déjà des voiles solaires construites sur le même principe, propulsées par les photons de la lumière du Soleil.

Prototype très agrandi d'une sonde interstellaire miniature

Les chercheurs du projet Starlight ont envoyé par ballon à une altitude de plus de 32 000 m dans la stratosphère un prototype d'une sonde interstellaire miniature. Tous les éléments nécessaires à l'exploration (caméras, capteurs, systèmes de navigation, de communication) étaient installés dans la sonde miniature. Leurs fonctionnalités et leurs performances ont été couronnées de succès.






Ce n'est qu'un début, les chercheurs projettent  de tester beaucoup plus loin dans l'espace un autre prototype d'une sonde miniature.

Ils envisagent d'envoyer par des voiles photoniques une flottille de petits satellites pour dévier des astéroïdes dangereux et les débris orbitaux menaçant la station spatiale internationale, l'ISS.

Plus tard on enverra des centaines de vaisseaux propulsés par des rayons laser envoyés depuis la Terre pour visiter Proxima b et d'autres exoplanètes.

On pourrait aussi envoyer de la même façon une sonde sur Mars, son voyage ne durerait que 3 jours seulement au lieu de 6 mois.

Des sondes interstellaires, des vaisseaux à voiles photoniques emportant ces sondes miniatures! On sera toujours surpris par les technologies galopantes des Terriens qui ont soif de connaissances et cherchent sans cesse à voir et à comprendre ce qu'il y a dans notre merveilleux univers!

Calder et Picasso

En visitant le musée Picasso à Paris, je fus très surpris d'y trouver des oeuvres de Calder. L'exposition Calder-Picasso fait un rapprochement pour le moins inattendu d'oeuvres des deux maîtres.  

Des rapprochements difficiles

Alexander Calder (1898-1976) était un sculpteur et peintre américain, Pablo Picasso (1881-1973) un sculpteur et peintre espagnol ayant passé l'essentiel de sa vie en France. Tous deux étaient donc contemporains, mais ils ne se voyaient guère. Ils se sont vus seulement quatre fois dans leur existence et on ne peut pas dire qu'ils furent pris d'amitié l'un pour l'autre. Néanmoins, de temps à autre, chacun d'eux se déplaçait pour jeter un regard sur l'oeuvre de l'autre. Il suffisait d'un regard de Picasso pour "voler" et reproduire chez lui, à sa façon, une oeuvre de Calder.

L'exposition Calder-Picasso 

Du 19 février au 15 août 2019 l'exposition Calder-Picasso rassemble environ 150 oeuvres des deux artistes. Enfin un rapprochement de chefs-d'oeuvre de deux  génies du XX ème siècle!
Mais qu'ont-ils en commun? L'exploration du vide ou de l'espace. Les deux artistes sont passionnés, fascinés par l'espace, les volumes, que chacun représente à sa façon.
L'exposition se tient aux niveaux 0 et 1 du musée. Voici quelques unes de ces oeuvres que j'ai prises en photo. On les confond parfois, sont-elles de Calder ou de Picasso?

Figures de fils de fer et de tôles.
Sont-elles de Calder ou de Picasso?
Elles sont de Picasso!

Calder
Hercule et le lion
(fait avec du fil de fer)

Calder
Joséphine Baker
(fait avec du fil de fer)

Picasso
Nu couché. 1932

Calder
Le lanceur de poids

Picasso
La femme au jardin. 1930
(sculpture en fer soudé et peint en blanc)

















                   





Picasso
Portrait de jeune-fille. 1936

 Picasso
 Femme dans un fauteuil

                                                                                   

Mobile de Calder
Quatre feuilles et trois pétales. 1939
(assemblage de plaques articulées qui se balancent, oscillent, se meuvent doucement dans l'air)


















Un mobile de Calder (60 cm x 190 cm) réalisé en 1952 et dédicacé à Jean Vilar
a été vendu le 31 mai 2010 à un collectionneur suisse pour un montant de 
2 287 000 euros.

Calder
Éléphant rose avec personnes roses

    


Picasso   
Femme au fauteuil rouge.1929                                                                      

 

 

 

 

 

 

Picasso                                                            

Le chapeau de paille au feuillage bleu. 1936

 

 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

Encore  Picasso !

Après avoir pris les photos ci-dessus je me suis empressé de monter aux niveaux 2 et 3 du musée afin de voir les peintures de Picasso. Voici quelques merveilles:
 

Homme au chapeau de paille et au cornet de glace. 1938

Nu au bouquet d'iris et au miroir. 1934

Vous pouvez acheter sur internet un carré de soie (90 cm x 90 cm) avec cette belle image, au prix de 120 euros.

Le déjeuner sur l'herbe de Manet selon Picasso. 1960

Nature morte au verre sous la lampe. 1962

Portrait de Dora Marr. 1937

Paysage de Juan les Pins.1920                   















Je m'arrête là, mais je reviendrai. J'ai la chance d'habiter Paris où je peux visiter les plus beaux musées du monde!