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 20 grandes questions sur l'univers

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Adonis
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MessageSujet: 20 grandes questions sur l'univers   Dim 4 Jan - 14:50



20 grandes questions sur l'univers




1/l'âge de l'univers ?
2/Quelle est la taille de l'univers ?
3/A quoi ressemble  la forme de l'univers ?
4/L'univers aura-t-il une fin ?
5/Ou se trouve le centre de l'univers ?
6/Il grandit dans quoi ce/ces univers ?
7/D’où provient l’énergie noire ?
8/A quoi ressemble un trou noir de l'intérieur ?
9/Quelle est la réponse à la vie l'univers et le reste?
10/Existe-t-il quelque chose de plus rapide que la vitesse de la lumière ?
11/Existe-t-il plus de 3 dimensions ?, si oui quelles sont telle?
12/Que se passe t'il si on atteint le zéro absolu ?
13/Quel est la température la plus élever de puis l’existence de l'univers ?
14/Quel est la plus petit particule de l'univers ?
15/Comment se comporte la matière noire entre elle ? (je ne parle pas de la gravité qui attire la MN vers les galaxies).
16/Les Univers parallèle c'est possible? (comme dans la série sliders)
17/Pourquoi  l'univers est t-il dirigé par les mathématiques  Shocked
18/C'est quoi un photon ?
19/si on enlever le volume de l'atome est constitué à 99,9999999999999% de vide, que se passe-t-il ?
20/
L'évolution technologique possède-t-elle une limite ?


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Adonis
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MessageSujet: Re: 20 grandes questions sur l'univers   Mar 6 Jan - 12:53

9/Quelle est la réponse à la vie l'univers et le reste?

Ma question est pourtant simple: 42  : https://www.youtube.com/watch?v=jwEPCn6lRo4

Voilà ma vrais question: Comment passer du non vivant au vivant ?

C’est une drôle d’histoire, que celle de la vie. Une histoire pleine de rebondissements. Des espèces apparaissent, d’autres s’éteignent, parfois il y en a beaucoup, parfois beaucoup moins. Tout ça, depuis plus de 3 milliards d’années !

Cette histoire aura peut-être une fin, mais ce dont je veux parler maintenant, c’est de son début. : l’apparition de la vie.

Il y a environ 3,5 milliards d’année, la Terre ne ressemble en rien à celle qu’on connaît aujourd’hui. Tout simplement parce que la vie n’existe pas encore. Elle a été bombardée pendant des centaines de millions d’années par des météorites, qui lui ont (sans doute) donné toute l’eau des océans. Mais, pas de poissons, pas d’algues, pas de forêts… Que des roches partout, ou la mer. Rien d’autre. Il y a déjà de l’air, mais il est irrespirable : le dioxygène, qui permet aux êtres vivants de respirer, est totalement absent.
formation-terre


Et pourtant, tout est prêt pour que la vie apparaisse.

Mais d’ailleurs, c’est quoi, la vie ? Les scientifiques ne se sont toujours pas mis complètement d’accord pour donner une définition. Dans ces quelques lignes, on va parler « d’êtres vivants » lorsque de petites structures sont capables de se reproduire. C’est très simplifié, mais ça nous suffira !

On va essayer de répondre à deux des innombrables questions qui se posent sur la naissance de la vie : comment les composés chimiques des êtres vivants ont-ils pu apparaître ? Et où la vie est-elle apparue ?

Le premier problème, c’est celui des composés chimiques des êtres vivants.

Pour avoir de la vie, il faut énormément de composés chimiques différents. Le souci, c’est qu’on ne sait pas trop comment les fabriquer SANS la vie. Et pourtant, cela a bien du se produire, AVANT qu’elle n’apparaisse ! C’est le problème de « la soupe prébiotique » (« pré-biotique » veut dire avant (« pré ») la vie (« biotique »). Les scientifiques ont plusieurs hypothèses pour la formation de cette « soupe » :

   Elle aurait pu se former grâce aux éclairs des orages dans l’air. Les éclairs chaufferaient suffisamment l’air pour qu’il se transforme en composés plus complexes. Cette hypothèse est de plus en plus abandonnée, puisque lorsqu’on essaie de reproduire l’expérience en laboratoire, ça ne donne pas les composés dont la vie a besoin.

   Elle aurait pu venir… de l’espace !! C’est une hypothèse très très sérieuse ! Juste avant que la vie apparaisse, il y a eu un bombardement énorme de la terre. Et on s’est rendu compte que certaines météorites contenaient des composés nécessaires à la vie. La soupe prébiotique aurait pu donc se constituer grâce à ce bombardement.

   Elle aurait pu venir…de la profondeur des océans. Tout au fond des mers, il existe des « sources hydrothermales » : de l’eau très très chaude qui jaillit du sol, et qui renferme des composés chimiques capables de se transformer en molécules nécessaires à la vie.

C’est cette dernière hypothèse qui est la plus partagée par les scientifiques, puisqu’elle permet aussi de répondre à la seconde question : où la vie est elle apparue ?

Parce qu’une fois que la « soupe primitive » est constituée, rien n’est gagné ! Il faut encore que les molécules qui la composent puissent s’organiser en organismes vivants, ce qui suppose :

   La formation d’une membrane, qui va isoler l’être vivant du milieu

   Une « photocopieuse chimique » qui lui permet de se reproduire à l’identique, et se multiplier.

   Une « usine chimique » qui permet de récupérer de l’énergie de l’extérieur, pour faire fonctionner la photocopieuse…



En étudiants ces sources hydrothermales, on s’est aperçu que non seulement les composés de la soupe primordiale pouvaient s’y former, mais qu’il y avait aussi une source d’énergie importante, sous forme de produits chimiques (c’est un peu complexe à détailler en quelques lignes, mais pour se rendre compte que les produits chimiques peuvent être une source d’énergie, il n’y a qu’à penser aux piles : dedans, il y a plusieurs produits, qui vont se transformer peu à peu, en fournissant de l’énergie, sous forme électrique). Et en plus de cette source d’énergie,  il y avait aussi des composés métalliques dans les roches autour de ces sources hydrothermales, qui auraient pu servir d’usines chimiques… Bref, tout y est !!

Finalement, le seul moyen d’obtenir la réponse définitive sur l’origine de la vie, ce serait de réussir, à notre tour, à recréer de la vie près d’une source hydrothermale… Mais il va falloir accélérer le processus : n’oublions pas que cela s’est produit sur des centaines de millions d’années !

Et encore… Ce n’est que le début de l’histoire…

Lien direct: http://kidiscience.cafe-sciences.org/articles/comment-la-vie-est-elle-apparue-sur-terre/

Pour aller un peu plus loin :
http://pourquoilecielestbleu.cafe-sciences.org/articles/retour-sur-la-chimie-prebiotique-s-miller-et-les-autres-1/
http://pourquoilecielestbleu.cafe-sciences.org/articles/retour-sur-la-chimie-prebiotique-s-miller-et-les-autres-2/



Les acides aminés et leurs domaines d’application

Les acides aminés sont le fondement de tous les processus vitaux, car ils sont absolument indispensables à l'intégralité des processus métaboliques.

Leur tâche principale consiste à assurer :

   le transport optimal ainsi que
   le stockage optimisé de toutes les substances nutritives (c.-à-d.  de l'eau, des lipides, des glucides, des protéines, des minéraux et des vitamines).

La plupart des maladies liées au style de vie moderne telles que l'obésité, un taux élevé de cholestérol, le diabète, l'insomnie, les dysfonctions érectiles ou bien encore l'arthrite sont attribuables à des troubles métaboliques de base. Il en est de même pour la perte de cheveux, tout comme pour la formation accentuée de rides.

Il est donc judicieux de lutter à la source contre ces manifestations, et de veiller à ce que les acides aminés essentiels soient disponibles en quantité suffisante dans l'organisme.

Malheureusement, un apport suffisant en acides aminés n'est pas toujours assuré, en raison notamment de la dégradation qualitative de nos habitudes alimentaires. Pour cette raison, une supplémentation en acides aminés est fortement conseillée.

lien direct: http://www.acides-amines.com/domaines-d-application/


Nouvelle vidéo:
Et s'ils nous envahissaient ?


Il est probable qu'un jour nous puissions être envahis par des créatures venues d'un autre monde. Beaucoup se demandent comment ces dernières pourraient être tant au niveau physique qu'au niveau mental. Si elles venaient à arriver, serait-ce de façon pacifique ? Ou viendraient-elles nous faire la guerre ? Seraient-elles semblables à nous ? Ou seraient-elles totalement différentes ?

Lien direct: http://www.mystere-tv.com/et-s-ils-nous-envahissaient-v7191.html

Nouvelle vidéo 02/03/2015




Les astronomes partent à la recherche de la vie et de l'intelligence dans l'espace. Quelles sont les conditions permettant l'apparition de la vie sur les autres mondes ? A quoi pourrait-elle ressembler ? Comment communiquer avec elle ? Et comment se déroulerait le premier contact ? Igor et Grichka Bogdanoff reçoivent Athéna Coustenis, astrophysicienne, Annie Baglin, astronome, Olivier Vandermarcq, directeur d'exploitation de COROT, Marc Ollivier, astrophysicien, Michel Mayor, astronome, Geoffrey Marcy, astronome, François Raulin, exobiologiste, Shawn Domagal-Goldman, astrobiologiste, Michel Viso, exobiologiste, Duncan Forgan, astronome, Seth Shostak, astronome, Jean-Michel Martin, astrophysicien, Elisabeth Piotelat, ingénieur, Douglas Vakoch, responsable des messages interstellaires, Peter Ward, paléontologue.

FIN


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Adonis
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MessageSujet: Re: 20 grandes questions sur l'univers   Ven 23 Jan - 1:15


18/C'est quoi un photon ?

Définition de l'atome
Un atome est l'élément de base de la matière. Il est composé d'un noyau (composé de protons et de neutrons) autour duquel tourne des électrons. Pour prendre une métaphore, un atome se comporte un peu comme le système solaire, il y a le noyau représenté par le soleil et les électrons (les planètes) tournant autour.




Le terme nucléon désigne de façon générique les composants du noyau atomique, c'est-à-dire les protons et les neutrons qui sont tous deux des baryons


Par convention, un proton a une charge électrique positive, l'électron a une charge électrique négative et le neutron n'a pas de charge, il est neutre.


Les composants de l'atome (électron, proton et neutron) sont appelés particules.


Pour en revenir à nos atomes, dans la nature il existe naturellement 104 types d'atomes qui se différencient par le nombre de protons et d'électrons. Cela va de l'hydrogène qui a juste un proton avec un électron qui tourne autour, à Kourtchatovium qui possède 104 électrons et 104 protons.


Une molécule est une structure de base de la matière. C'est l'assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes. Les molécules constituent des agrégats atomiques liés par des forces de valence (liaisons covalentes) et elles conservent leur individualité physique.




Qu'est-ce qui lie les électrons au noyau ?


Les électrons et le noyau d'un atome sont liés par l'interaction électromagnétique. En effet, le noyau atomique a une charge électrique positive, grâce aux protons, alors que les électrons ont une charge électrique négative. Ainsi, parce que leurs charges électriques sont opposées, le noyau atomique et les électrons s'attirent, ce qui permet aux atomes de ne pas perdre leurs électrons.
Lorsque deux atomes sont suffisamment proches l'un de l'autre, ils peuvent échanger certains de leurs électrons, cet échange permet alors de lier ces deux atomes en un objet composite qui est une molécule. Ce processus est une réaction chimique.



Lien direct: http://voyage.in2p3.fr/atome.html



Une liaison covalente est une liaison chimique dans laquelle deux atomes partagent deux électrons (un électron chacun ou deux électrons venant du même atome) d'une de leurs couches externes afin de former un doublet d'électrons liant les deux atomes. C'est une des forces qui produit l'attraction mutuelle entre atomes. (Comme les noyaux ont une charge électrique positive, ils se repoussent mutuellement, ce qui les empêche de fusionner, il faut q'il soit dans un milieu chaud)




Lien direct :http://fr.wikipedia.org/wiki/Liaison_covalente

Ion
Un ion est un atome qui a perdu ou gagné des électrons. L'atome se retrouve donc avec plus (ou moins) d'électrons qu'il n'a de protons.
Un atome qui a perdu un ou plusieurs électrons et un ion positif puisqu'il se retrouve avec plus de protons que d'électron.
Un atome qui a gagné un ou plusieurs électrons et un ion négatif puisqu'il se retrouve avec moins de protons que d'électron.


Quark
On a longtemps crut que les particules étaient les éléments fondamentaux de base de la matière. En réalité ces particules sont composées d'un ou plusieurs des six quarks (up, down, strange, charmed, top et beauté).
Ces six quarks sont notés u, d, s, c, t et b.
Le proton est composé de deux quarks up et d'un quark down.
Le neutron est composé de deux quarks down et d'un quark up.
Pour l'anecdocte, le nom du site Alphaquark vient de là.
Alpha étant la première de l'alphabet grec. Chaque lettre étant les composants de base permettant de former les mots (atomes) et les phrases (molécules).
Quark pour les composants de base formant les particules.


Info supplémentaire :
Un quark est une particule élémentaire et un constituant de la matière observable. Les quarks se combinent entre eux pour former des hadrons, particules composites dont les protons et les neutrons en sont des exemples connus, parmi bien d'autres. En raison d'une propriété dite de confinement les quarks ne peuvent être isolés ou observés directement; on les trouve dans certains hadrons tels les baryons ainsi que dans les mesons. En raison du confinement, tout ce que l'on sait des quarks provient indirectement de l'observation des hadrons.
Les quarks sont des fermions que la théorie du modèle standard décrit, en compagnie de la famille des leptons, comme les constituants élémentaires de la matière. Ce sont des particules de spin 1⁄2, des fermions en raison du théorème spin-statistique et ils sont les plus petites particules connues à ce jour dans la matière.




Antimatière
L'antimatière est la même chose que la matière à la différence que c'est la charge électrique qui change. Un proton a une charge électrique positive, l'antiproton a donc une charge électrique négative. L'électron a une charge électrique négative, l'antiélectron a une charge positive.

Les quatre forces fondamentales
Les quatre forces fondamentales sont :

    L'électromagnétisme agit entre les particules chargées (les électrons notamment).L'interaction faible est intervient dans certaines désintégration nucléaire.L'interaction forte permet aux protons du noyau atomique de rester ensemble, c'est cette force qui permet aussi aux quarks de rester ensemble pour former les particules.La gravitation est l'attraction réciproque entre les corps matériels. Pour Albert Einstein, la gravitation n'est pas une force mais une déformation de l'espace.


Nucléaire
Le nucléaire est l'étude de la transformation des atomes. Il ne faut pas confondre le nucléaire avec la chimie qui elle, est l'étude de l'assemblage d'atomes pour former des molécules. Chaque atome reste distinct dans chacune de ces molécules. La chimie étudie la propriété des molécules.
Le nucléaire s'intéresse plus à l'étude du comportement des particules composant les atomes.
Les deux mots clefs sont fusion et fission.

    La fusion est la réunion de deux noyaux d'atomes pour en former un autre.La fusion de deux atomes apparait lorsque les noyaux de ces deux atomes sont suffisamment proches l'un de l'autre pour fusionner, c'est à dire pour former un unique noyau.Comme les noyaux ont une charge électrique positive, ils se repoussent mutuellement, ce qui les empêche de fusionner. Si ces atomes sont dans un milieu très chaud, ils auront des vitesses suffisamment élevées pour pouvoir fusionner avant d'être séparés par la répulsion électromagnétique. C'est pourquoi on parle souvent de fusion thermonucléaire. Au coeur du Soleil, la température est suffisamment élevée pour que des réactions de fusion nucléaire aient lieu : c'est ce qui fait briller le Soleil, car ces réactions s'accompagnent de libération d'énergie.La fission est la séparation d'un noyau pour en former deux autres distincts.La fission d'un atome correspond à la séparation en deux morceaux du noyau de cet atome, avec en plus quelques neutrons. Les deux atomes restant sont en général radio-actifs.

Un atome peut fissionner soit de manière spontanée si son noyau est trop lourd, soit parce qu'il a été heurté par un neutron. Ainsi, les neutrons émis lors de la fission vont engendrer d'autres fissions, ce qui se traduit par une réaction en chaine. C'est ce processus qui est utilisé dans les réacteurs nucléaires et les bombes A, car la fission s'accompagne de libération d'énergie.
Un atome est dit radioactif quand il se brise (fission) en deux (ou plusieurs) en émettant un rayonnement.
Albert Einstein a découvert que masse et énergie sont équivalentes. Les particules (électron, proton, neutron...) peuvent se transformer en énergie et vice-versa. C'est son fameux E = MC2, M représente la masse, C la vitesse de la lumière (300000 km/s) et E l'énergie.
Nous en avons vu un exemple à travers la bombe atomique. C'est ce qui se passe aussi au coeur des étoiles, les atomes se percutant entre eux avec une telle énergie que les noyaux et les particules se transforment en énergie exactement comme dans les bombes atomiques.


Les électrons peuvent-ils tomber sur le noyau ?

Les électrons autour du noyau n'ont pas une orbite elliptique comme un satellite autour de la Terre. En effet, le mouvement des électrons obéit à la mécanique quantique et il n'existe donc pas de trajectoire de l'électron équivalente à la trajectoire d'un satellite. Ainsi, on peut seulement connaitre la probabilité de trouver un électron à une position donnée.
S'il n'est donc pas possible de calculer une éventuelle intersection entre la ``trajectoire'' de l'électron et la position du noyau, il est tout à fait possible de calculer la probabilité de trouver un électron à l'intérieur du noyau. Et cette probabilité n'est pas nulle ! Les électrons peuvent donc aussi se trouver dans le noyau ! Ce n'est pas si étonnant quand on se souvient qu'un noyau est essentiellement rempli de vide...
Ainsi, les électrons ne peuvent pas tomber sur le noyau puisqu'ils le traversent !



Quelle est la taille d'un atome ?

Un atome a une taille de l'ordre de 10-10m, soit un dixième de millionième de millimètre !
Un noyau d'atome a une taille de l'ordre de 10-15m, soit cent mille fois plus petit que l'atome lui-même !
Un électron est théoriquement une particule ponctuelle, elle ne doit donc pas avoir de taille... En tout cas, si l'électron a une taille, elle est inférieure à 10-18m, soit au moins cent millions de fois plus petit que l'atome !
Un atome est donc très petit: il y a onze milliards de milliards d'atomes de fer dans un milligramme de fer !

Quelle est la masse d'un atome ?

La masse d'un nucléon est de 1,7 10-27kg, soit moins de deux millièmes de milliardième de milliardième de milligramme ! Les protons et les neutrons ont quasiment la même masse.
La masse d'un électron est de 9,1 10-31kg, soit 1836 fois moins qu'un nucléon !
Ainsi, 99,97% de la masse d'un atome est dans son noyau !

Comme le noyau est très petit, la masse d'un atome est donc très concentrée. Ainsi, si on supprimait le vide qu'il y a autour des noyaux des atomes, la Terre pourrait tenir dans une sphère de seulement 180m de rayon !



Un atome est-il vide ?

Le volume du noyau est un million de millards de fois plus petit que celui de l'atome. Le volume de l'atome est donc défini comme le volume dans lequel on a une chance non négligeable de trouver un des électrons de cet atome.
Le volume de l'atome est donc constitué d'au moins 99,9999999999999% de vide !

En théorie, les particules qui forment les protons et les neutrons (les quarks) sont, tout comme l'électron, des particules ponctuelles, c'est à dire des particules sans volume. En théorie, un atome est donc constitué de 100% de vide ! Il n'est bien sûr pas possible de prouver que c'est vrai...



Qu'est-ce qui lie les nucléons entre eux ?

L'interaction qui agit entre les nucléons n'est qu'un effet secondaire de l'interaction forte. En effet, il ne peut pas y avoir d'échange de gluon (Un gluon est un boson, c'est la particule qui transmet l'interaction forte. ) entre les nucléons puisqu'ils n'ont pas de charge de couleur (ils sont ``blancs''). Ainsi, les nucléons s'attirent dans le noyau atomique en échangeant des pions.



Les pions sont des mésons. Ils sont donc formés d'un quark et d'un anti-quark. Il existe trois formes de pions :
-le pion chargé positif pi+, formé d'un quark up et d'un anti-down (+2/3+1/3=+1),
-le pion chargé négatif pi-, formé d'un quark down et d'un anti-up (-1/3-2/3=-1),
-le pion neutre pi0 formé de paires up-anti-up ou down-anti-down (+2/3-2/3=-1/3+1/3=0).



L'échange de pions neutres ne change pas la nature des nucléons alors que l'échange de pions chargés permet à un proton et un neutron de s'échanger leurs natures. Le schéma ci-contre représente l'exemple d'un proton et d'un neutron qui interagissent en échangeant un pion positif : le proton se transforme en un neutron en émettant un pion positif, lui-même absorbé par un neutron qui devient donc un proton.



Le noyau atomique est donc un objet très complexe, qui en plus des nucléons contient aussi des pions sans cesse échangés par ces nucléons. C'est cet échange incessant qui assure la cohésion du noyau.






Lien direct : http://voyage.in2p3.fr/noyau.html#liaison


État de la matière
En physique, un état de la matière correspond à un certain degré de cohérence de la matière (densité, structure cristalline, indice de réfraction…) qui se traduit par des comportements définis par les lois de la physique (malléabilité, ductilité, viscosité, loi des gaz parfaits, etc.).


Les différents états de la matière


Les trois états les plus classiques de la matière sont :

Cette classification est cependant incomplète. On peut y ajouter différents états plus exotiques :

Mais les comportements de la matière ne sont pas toujours uniformes au sein d'un même état. Ainsi existe-t-il des états intermédiaires où l'on observe un solide se comporter comme un fluide (matière pulvérulente ou granuleuse) ou au contraire un liquide avoir certaines propriétés propres aux solides. Ces comportements peuvent être issus de mélanges plus ou moins intimes entre plusieurs phases, appelés états polyphasiques (émulsions...).
On peut aussi rencontrer la matière dans un état hors équilibre thermodynamique ; les propriétés du matériau dépendent alors du temps, car le matériau se relaxe, sans jamais atteindre l'équilibre thermodynamique. Tout matériau spatialement hétérogène va rentrer dans cette définition dans la mesure où ces hétérogénéités spatiales vont se traduire par des contraintes internes impliquant ainsi un état non stable thermodynamiquement. Néanmoins, les temps de relaxation de tels systèmes peuvent atteindre des durées tellement longues qu'ils sont inobservables expérimentalement (allant jusqu'à plusieurs dizaines de milliers d'années).
Parmi ces matériaux on trouve de nombreux systèmes de la matière molle, ni solide, ni liquide tels que les verres, les gels ou bien les pâtes. Il n'est plus alors possible de parler de diagramme de phases (faisant référence à un état de la matière thermodynamiquement stable), le terme employé alors étant celui de diagramme d'état. Des diagrammes d'état unifiant les comportements des systèmes encombrés ont été établis pour de nombreux systèmes avec des interactions de type répulsif (granulaire, verres avec interaction de type volume exclu…) par Liu et Nagel en 1998, ainsi que pour les systèmes avec interaction de type attractif par Trappe, Prasad, Cipelletti, Segre, et Weitz, en 2001.

États classiques de la matière


État solide :
À l'échelle macroscopique, un solide :

À l'état solide, les particules (atomes, molécules ou ions) sont liées les unes aux autres par des liaisons chimiques qui fixent leurs positions relatives.


État liquide :

À l'échelle macroscopique, :

  • un liquide possède un volume propre ;
  • il ne possède pas de forme propre : il prend la forme du récipient qui le contient ;
  • la surface libre d'un liquide au repos est plane et horizontale (dans un champ de pesanteur uniforme)

À l'état liquide, les particules sont faiblement liées  : contrairement à l'état solide, elles peuvent se déplacer spontanément les unes par rapport aux autres (déformabilité) mais, contrairement à l'état gazeux, elles ne sont pas indépendantes (incompressibilité). On peut également dire que leur énergie thermique est suffisante pour leur permettre de se déplacer mais pas de s'échapper...
L'état liquide est un état fluide, c'est-à-dire parfaitement déformable.

État gazeux :

À l'échelle macroscopique, :

  • un gaz ne possède ni forme propre, ni volume propre ;
  • il tend à occuper tout le volume disponible.

À l’état gazeux, les particules sont très faiblement liées, quasiment indépendantes (on les considère indépendantes dans le modèle des gaz parfaits, qui décrit bien le comportement des gaz basse pression).
Comme l'état liquide, l'état gazeux est un état fluide.
Un corps à l'état gazeux n'est constitué que d'atomes et de molécules. Un gaz ionisé est appelé plasma.



Changements d'état de la matière :





Principaux changements d'état de la matière
Le passage d'un état de la matière à un autre est appelé changement d'état. Ce changement se fait sous l'effet d'une modification du volume, de la température et/ou de la pression.






 

  • molécules ordonnées
  • très rapprochées
  • liées


  • molécules désordonnées
  • rapprochées
  • peu liées


  • molécules désordonnées
  • espacées
  • très agitées

caractéristiques :

  • Forme invariable
  • Volume invariable

caractéristiques :

  • Forme variable
  • Volume invariable

caractéristiques :

  • Forme variable
  • Volume variable




Lien direct : http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89tat_de_la_mati%C3%A8re


Un solide dont les atomes bougent librement

La fluidité est un terme réservé aux liquides ou aux gaz, qui se meuvent facilement. Dans les solides, au contraire, les atomes sont figés. Mais à l'échelle quantique ces deux notions ne sont pas incompatibles. Deux physiciens de l'université de Pennsylvanie ont probablement découvert le premier solide superfluide, dit également « supersolide ».
Qu'est-ce qu'un supersolide ?
GEORGE BATROUNI : Pour les solides, c'est l'équivalent des condensats de Bose-Einstein pour les gaz, ou de la superfluidité pour les liquides ; un solide dont les atomes bougent librement sans aucune résistance, tout en gardant intacte la structure du matériau. Une analogie permet de mieux comprendre ce phénomène : imaginons un mur en matériau supersolide sur lequel on jetterait une pierre, elle aussi supersolide. Elle traverserait le mur sans le détruire ni perdre d'énergie. Une telle propriété semble bizarre dans un solide où chaque atome est bloqué par les atomes voisins. Le secret tient dans les défauts du solide : certains atomes manquent, et les lacunes ainsi créées bougent librement.
Comment les deux physiciens ont-ils obtenu cette nouvelle phase ?
Ils ont introduit de l'hélium dans un disque de Vycor, un matériau très poreux et très désordonné, connu pour avoir beaucoup de défauts. Puis ils ont fortement refroidi l'ensemble, tout en lui appliquant une forte pression. Dans ces conditions, l'hélium est solide. Le disque est ensuite mis en rotation. En mesurant les vitesses de rotation de l'échantillon en fonction de la température, les chercheurs se sont aperçus qu'elles diminuaient brusquement en dessous de 175 millikelvins. Ils en ont déduit que l'hélium ne subissait plus de friction avec le Vycor : il était devenu supersolide. Ces résultats devront être confirmés, en particulier pour véri- fier que les auteurs n'observent pas de l'hélium solide normal entouré d'une mince couche d'hélium superfluide.
Quel est l'intérêt de ce résultat ?
C'est d'abord un intérêt fondamental. La supersolidité avait été envisagée dès les années cinquante par deux théoriciens, Penrose et Onsager [2]. Mais ils avaient peu d'outils théoriques à leur disposition, et ils avaient déduit de leurs calculs que la superfluidité n'existait pas dans les solides. D'autres travaux, dont des simulations numériques que nous avions effectuées en 1994, montraient le contraire. La confirmation est déjà un signe que nos modèles fonctionnent correctement. Par ailleurs, cette découverte va motiver les chercheurs travaillant sur les condensats de Bose-Einstein à tenter d'obtenir des supersolides sur des réseaux optiques. Avec, en ligne de mire, la fabrication d'ordinateurs utilisant les propriétés quantiques de la matière.


Lien direct : http://www.larecherche.fr/actualite/matiere/george-batrouni-solide-dont-atomes-bougent-librement-01-03-2004-71661


Température/ Couleur

Les particules qui composent un système matériel (molécules ou atomes) ne sont jamais au repos. Elles sont en vibration permanente et possèdent donc une certaine énergie cinétique. La température est une mesure indirecte du degré d'agitation microscopique des particules. Par ailleurs, un espace vide de matière mais dans lequel de la lumière se propage contient lui aussi de l'énergie. Dans de bonnes conditions2, on peut associer une température à ce rayonnement qui mesure l'énergie moyenne des particules qui le constituent. Un exemple important de rayonnement thermique est celui du corps noir dont un exemple est donné par les étoiles dont le rayonnement révèle la température des atomes qui sont à sa surface.
Lorsque deux corps entrent en contact, ils échangent spontanément de l'énergie thermique : l'un des deux corps a des particules qui ont plus d'énergie cinétique, en les mettant en contact, les chocs entre particules font que cette énergie cinétique microscopique se transmet d'un corps à l'autre. C'est ce transfert d'énergie qui, en sciences physiques, est appelé chaleur. Ces transferts d'énergie mènent spontanément à un état d'équilibre thermique où les deux corps en présence ont la même température.
L'agitation thermique des molécules d'un gaz donne
un aperçu de leur température.

Lien direct : http://fr.wikipedia.org/wiki/Temp%C3%A9rature









Couleur :
Lorsque le niveau lumineux est suffisant (vision photopique), l'être humain distingue des couleurs, correspondant à la répartition spectrale des lumières qui lui parviennent. La vision est une perception complexe, une activité cognitive dans laquelle plusieurs aires cérébrales collaborent, comparant les sensations à celles enregistrées dans la mémoire, avec plusieurs effets en retour. En particulier, la vision des couleurs s'adapte à l'éclairage ambiant, de façon à attribuer aux objets une couleur, même si, du fait d'une variation de la lumière, la rétine reçoit des rayonnements différents4.
L'être humain est trichromate, son œil comporte trois types de récepteurs, dont la sensibilité spectrale est différente ; les différences entre leurs réponses est à la base de la perception des couleurs. Par conséquent, deux lumières de composition spectrale très différente peuvent être perçues comme étant de la même couleur, si leur influence sur les trois types de récepteurs est égale. On dit alors que les lumières sont métamères. C'est cette particularité que l'on exploite dans la photographie et l'impression en couleurs, ainsi que dans les écrans de télévision et d'ordinateur. Avec trois couleurs bien choisies, dites couleurs primaires, on peut créer, soit par synthèse additive, soit par synthèse soustractive, la perception de très nombreuses couleurs. L'étude de la perception des couleurs, selon les caractéristiques physiques du rayonnement lumineux, est l'objet de la colorimétrie5.

Lien direct : http://fr.wikipedia.org/wiki/Lumi%C3%A8re


Le photon est une particule sans masse qui propage une vibration électromagnétique. Cette vibration reste de même valeur tout le long du parcours. Donc un photon du spectre lumineux ne peut pas changer de couleur au cours de son parcours.
Vibration lente = photon de faible énergie (exemple : couleur rouge, infrarouge, onde radio).
Vibration rapide = photon de haute énergie (exemple: couleur bleu, ultra violet, rayon X, rayon gamma)
Longueur d’onde = longueur parcourue par le photon en 1 oscillation (électromagnétique). Unité : le mètre et plus commodément le nanomètre (nm) dans notre cas.

L’œil humain est sensible à des photons de 400nm (distinguée comme étant bleu) à 800nm (distingué comme étant rouge).
Les photons peuvent réagir avec les nuages électroniques des atomes (mais pas avec leur noyau), et plus particulièrement (dans le cas de la lumière) avec les électrons des couches supérieures (les orbitales les plus extérieures).
En arrivant sur un nuage électronique, le photon peut être absorbé et transmettre son énergie à un électron : cela permettra à l’électron de sauter vers une orbitale plus élevé qui est stable. Cette énergie sera : soit transmise par voisinage d’atome, soit sera dissipée progressivement par émission de photons infra rouge (chaleur). Mais si l’électron ne trouve pas d’orbitale stable avec l’énergie donnée par ce photon, alors l’électron retombe immédiatement à son état initial en émettant un photon identique (=de même longueur d’onde = même couleur que le photon arrivant) ; ainsi, dans ce cas, le photon (= la couleur) est renvoyée (cas du verre opaque) et/ou transmise (cas du verre transparent), et nous pouvons la voir.
Aucun photon (couleur) renvoyé = couleur noire.
Toutes radiations renvoyées = couleur blanche.


Notre vision des couleurs et ses limites :
Si l’œil humain est effectivement sensible de 400 à 800 nm, il ne peut envoyer que 3 signals au cerveau= rouge et/ou vert et/ou bleu. Et ce, grâce à 3 sortes de « cônes » récepteurs (presque tous situés sur  la Fovéa de l’œil) . Par conséquent le cerveau invente arbitrairement les autres couleurs. Et oui !
Par exemple : nous ne distinguons pas de différence entre un objet qui émet du vrai jaune (= des photons de 590nm) et un objet qui émet du rouge (680 nm)  + vert (510 nm) mélangé. Démonstration : votre écran d’ordinateur n’émet pas de photons jaunes mais à la place : des pixels rouges + d’autres pixels verts. Par calcul et interprétation, votre cerveau y voit du jaune.
Certains animaux sont capables de discerner beaucoup plus de couleurs que nous humains, car ils possèdent plus de cônes discriminants (jusqu’à 12 types de cônes chez le stomatopode (la crevette mante), qui, d’ailleurs, possède 6 yeux et voit de l’infrarouge à l’ultraviolet ainsi que la polarité de la lumière). Ainsi, cet animal distingue parfaitement le jaune, du mélange rouge + vert.

Lien direct : http://ceraverre.free.fr/conference.html




Onde électromagnétique


Une onde électromagnétique est une onde qui peut se déplacer dans le vide (contrairement au son par exemple).



Aujourd’hui, les ondes électromagnétiques sont partout : elles sont responsables de nombreux phénomènes divers comme la lumière, les télécommunications, l’induction magnétique, la détection radar et certains types de radioactivité.

Qu’est-ce qu’une onde électromagnétique ?








La chute d’une goutte dans un liquide produit des vaguelettes. Ces vaguelettes sont le déplacement mécanique de la perturbation qu’a causée la chute de la goutte dans le liquide, c’est donc une onde mécanique.

Différence avec les ondes mécaniques :





Il existe deux grands types d’ondes en physique : l’onde mécanique et l’onde électromagnétique.
Une onde mécanique est le déplacement d’une perturbation mécanique (secousse, vibration, etc.) dans la matière. Des exemples bien connus d’ondes mécaniques sont :

Ces ondes mécaniques ne peuvent se déplacer (pour des ondes, on dit « se propager ») que dans de la matière : ici, de l’air, le sol, de l’eau, etc. C’est pour cela qu’il n’y a pas de son dans l’espace et que l’on n’entend pas un téléphone portable sonner sous une cloche à vide !
Les ondes électromagnétiques, elles, peuvent se déplacer dans le vide : c’est ainsi que l’on reçoit sur Terre la lumière du Soleil et que les astronautes en mission dans l’espace peuvent communiquer avec la Terre. Évidemment, elles se propagent aussi dans la matière : par exemple, on aperçoit bien le soleil à travers une vitre.

Nature des ondes électromagnétiques :





Toutes les ondes sont des déplacements d’énergie ; cependant, la différence fondamentale entre ondes électromagnétiques et mécaniques est le type de déplacement adopté par cette énergie. Les ondes mécaniques mettent en mouvement leur support (les vagues agitent le liquide, les tremblements de terre secouent le sol) et l’énergie est transmise par ce mouvement.
Ce n’est pas le cas des ondes électromagnétiques : elles n’interagissent pas mécaniquement avec leur environnement. Cela signifie que le support des ondes électromagnétiques n’est pas la matière : c’est grâce à cela qu’elles se déplacent aussi dans le vide, là où il n’y a pas de matière. Alors, que font-elles « vibrer » pour se déplacer et mériter le nom d’ondes ?



On voit le champ magnétique produit par un aimant grâce aux minuscules morceaux de fer soumis à sa force magnétique : cela dessine des lignes qui vont du pôle nord au pôle sud de l’aimant. On parle d’ailleurs de lignes de champ.
Il existe en physique des champs : cela désigne une partie de l’espace dont chaque point possède une propriété que l’on étudie. Par exemple, le champ de pesanteur terrestre est l’ensemble de l’espace où la Terre exerce une influence gravitationnelle : chaque point de cet espace est attiré par la force de pesanteur produite par la Terre. On peut définir de tels champs pour toutes les forces qui agissent à distance, et notamment les forces de type électromagnétique comme le magnétisme : on aura par exemple un champ magnétique tout autour d’un aimant, parce que chaque point de l’espace est soumis à la force produite par cet aimant. Lorsque l’on s’intéresse aux champs électrique et magnétique en même temps, on parle de champ électromagnétique.
Une onde électromagnétique est une vibration de ce champ électromagnétique. Un champ n’est pas quelque chose de matériel, donc on ne peut pas vraiment comparer la propagation électromagnétique à une propagation mécanique (comme des vagues). Il y a pourtant propagation parce que la modification de la valeur du champ électrique en un point entraîne celle du champ magnétique associé autour de ce point, et cette modification du champ magnétique entraîne à son tour une modification du champ électrique tout autour, etc. On peut considérer que l’onde électromagnétique, en modifiant la valeur des champs électrique et magnétique, « crée » en quelque sorte son support : en effet, même s’il n’existait pas, par exemple, de champ magnétique à un endroit, l’arrivée d’une onde électromagnétique va en créer un, à cause de la variation du champ électrique. Finalement, les champs électrique et magnétique « vibrent » (changent de valeur alternativement puis reviennent à leur valeur de départ) ensemble et l’énergie utilisée pour créer la première variation du champ électromagnétique est transportée à chaque variation successive.
Une onde électromagnétique est donc la propagation d’un signal (les variations) grâce à un champ électrique et un champ magnétique qui vibrent ensemble.



Lien direct : http://fr.vikidia.org/wiki/Onde_%C3%A9lectromagn%C3%A9tique



Pourquoi le Photon n'a Pas de Masse et juste une Énergie ?
Dire qu'un photon n'a pas de masse mais qu'il a une énergie, alors que la théorie de la relativité démontre l'équivalence entre les deux grandeurs (E=mc²), voilà qui peut en effet sembler illogique.



Pourtant, rien n'empêche d'attribuer une "masse" au photon à partir de l'équation d'Einstein : celle-ci serait tout simplement égale à son énergie divisée par c²... Mais ce qui est exact au regard des mathématiques perd son sens en physique. La difficulté tient à la définition même de la masse. Au sens classique, celui de Newton, il s'agit de la qualité intrinsèque d'un objet, mesurant sa quantité de matière et invariable quel que soit son mouvement.



LE PHOTON NE S'ARRÊTE JAMAIS
Newton a montré que c'est la masse qui fait accélérer un objet lorsqu'il est placé dans un champ de gravité ; qui le fait "peser" lorsqu'il ne peut bouger ou qui oblige à utiliser une force pour le mettre en mouvement. Une force d'autant plus intense que ladite masse est importante... La théorie de la relativité a intégré ce concept newtonien sous le terme de "masse au repos". Or, un photon n'a pas de masse au repos car il n'est jamais au repos : sa vitesse, qui vaut 299 792 458 mètres par seconde (c), est constante quelle que soit son énergie (couleur). Il ne sera ni accéléré ni freiné par un champ de gravité ; celui-ci modifiera son énergie mais pas sa vitesse. Enfin, quand on parle d'un photon qui "tombe" dans un trou noir, cela est dû à la courbure de l'espace-temps aux abords du trou et non à l'effet de l'attraction gravitationnelle au sens classique. Bref, le photon échappe à tous les phénomènes qui témoignent de la présence d'une masse au sens classique, ce en dépit des tentatives expérimentales menées pour la détecter. Donc, jusqu'à preuve du contraire, le photon n'a pas de masse, sans que cela contredise sa nature énergétique. Remarquons néanmoins que si on trouvait une masse au photon, cela ne mettrait pas à mal la théorie de la relativité : la célèbre "vitesse de la lumière" (c) demeurerait une constante universelle indiquant une limite physique indépassable - qu'il faudrait alors songer à rebaptiser puisque la lumière, si elle a une



Lien direct : http://planete.gaia.free.fr/sciences/physique/lumiere/photon.masse.html






Dernière édition par Adonis le Ven 23 Jan - 1:51, édité 2 fois
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MessageSujet: Re: 20 grandes questions sur l'univers   Ven 23 Jan - 1:42

Mince alors, sacré physique quantique ! Alors que nous nous sommes difficilement habitués au fait que la lumière peut agir comme une onde OU comme une particule, une nouvelle expérience de physique quantique a montré qu’elle peut agir comme une onde ET une particule en même temps.
Jusqu’à présent, les expériences ont révélé que la lumière pouvait agir soit comme une particule ou comme une onde, mais jamais les deux à la fois. Maintenant, pour la première fois, un nouveau type d’expérience a montré que la lumière se comporte à la fois comme une particule et une onde simultanément, offrant une nouvelle dimension à ce dilemme qui pourrait aider à révéler la vraie nature de la lumière et de tout l’univers quantique.
Image d’entête : Cette illustration montre la double nature de la lumière, qui agit à la fois comme des particules et des ondes. (S. Tanzilli, CNRS – traduit par votre Guru)
Le débat remonte à Isaac Newton, qui préconisait que la lumière était constituée de particules et James Clerk Maxwell, dont le succès de sa théorie sur l’électromagnétisme, unifiant les forces de l’électricité et du magnétisme en une seule, s’est fondé sur un modèle de la lumière comme ondes. Puis, en 1905, Albert Einstein a expliqué un phénomène appelé l’effet photoélectrique en utilisant l’idée que la lumière était constituée de particules appelées photons (cette découverte lui a valu le prix Nobel de physique).
En fin de compte, il y a de bonnes raisons de penser que la lumière est à la fois une particule et une onde. En fait, la même chose semble être le cas de toutes les particules subatomiques, y compris les électrons et les quarks et même pour la récente découverte du boson de Higgs. L’idée est appelé dualité onde-particule et c’est un principe fondamental de la théorie de la mécanique quantique.
L’expérience des fentes de Young a permis de mettre en évidence l’interférences des ondes par l’impact des particules, nous en apprenant un peu plus sur le comportement et la nature de la lumière. Elle est assez bien expliquée dans cette petite vidéo :


Selon le type d’expérience utilisé, la lumière, ou tout autre type de particules, se comporte comme une particule ou comme une onde. Jusqu’à présent, les deux aspects de la nature de la lumière n’ont pas été observés au même moment.
Les scientifiques se demandaient si la lumière basculait entre le fait d’être une particule pour être une onde, selon les circonstances ? Ou est-ce que la lumière est toujours à la fois une particule et une onde en même temps ?
Maintenant, pour la première fois, des chercheurs ont mis au point un nouveau type d’appareil de mesure qui permet de détecter à la fois les comportements de particules et d’ondes, en même temps. Le dispositif repose sur un étrange effet quantique appelé non-localité quantique, une notion contre-intuitive qui se résume par l’idée que la même particule peut exister à deux endroits à la fois.
Le physicien Alberto Peruzzo de l’Université de Bristol en Angleterre principal auteur de l’étude précise dans un communiqué :
Citation :
L’appareil de mesure a détecté une forte non-localité, qui a certifié que le photon, dans notre expérience, se comportait en même temps comme une onde et une particule. Cela représente une forte réfutation des modèles dans lesquels le photon est soit une onde ou une particule.
L’expérience s’appuie, en outre, sur un autre étrange aspect de la mécanique quantique : l’idée d’intrication quantique. Deux particules peuvent s’intriquer afin que les mesures effectuées sur une particule affectent l’autre. De cette façon, les chercheurs ont réussi à permettre aux photons, dans l’expérience, de retarder le choix d’être des particules ou des ondes.

Lien direct 
: http://www.gurumed.org/2012/11/07/la-vrai-nature-de-la-lumire-ondes-et-particules-en-mme-temps/



Intrication quantique
L'intrication quantique est un phénomène observé en mécanique quantique dans lequel l'état quantique de deux objets doit être décrit globalement, sans pouvoir séparer un objet de l'autre, bien qu'ils puissent être spatialement séparés. Lorsque deux systèmes – ou plus – sont placés dans un état intriqué, il y a des corrélations entre les propriétés physiques observées des deux systèmes qui ne seraient pas présentes si l'on pouvait attribuer des propriétés individuelles à chacun des deux objets S1 et S2. En conséquence, même s'ils sont séparés par de grandes distances spatiales, les deux systèmes ne sont pas indépendants et il faut considérer {S1+S2} comme un système unique.
L'intrication quantique a un grand potentiel d'applications dans les domaines de l'information quantique, tels que la cryptographie quantique, la téléportation quantique ou l'ordinateur quantique. En même temps, elle est au cœur des discussions philosophiques sur l'interprétation de la mécanique quantique. Les corrélations prédites par la mécanique quantique, et observées dans les expériences, montrent que la nature n'obéit pas au principe du « réalisme local » cher à Einstein, selon lequel les propriétés observées d'un système, bien définies avant toute mesure, sont attribuables à ce système et ne peuvent changer que par interaction avec un autre système.



Lien directe : http://fr.wikipedia.org/wiki/Intrication_quantique



Se qui permet de voir
Les gaz soumis à de fortes tensions électriques sont également capables d'émettre de la lumière.
Ces gaz renferment, en fait, des atomes possédant des électrons. Ceux-ci contiennent de l'énergie à différents niveaux, ils passent régulièrement d'un niveau "supérieur" à un niveau "inférieur".
Lorsqu'ils passent à un niveau supérieur on dit qu'ils sont excités.
Lorsque, au contraire, ils passent à un niveau inférieur, ils se désexcitent. Pour ce faire, ils émettent de la lumière. On dit qu'ils ont émis des photons : des particules élémentaires qui véhiculent des interactions éléctromagnétiques et qui sont spécifiques à la lumière.
Le spectre de la lumière émise est alors un spectre de raie.





On distingue trois mécanismes de base dans l'émission de la lumière :
- l'absorption des photons par les atomes lorsqu'ils sont soumis à une onde lumineuse
- l'excitation des atomes, ils gagnent en énergie
- le changement de niveau d'énergie éléctronique; du niveau fondamental (E1) au niveau supérieur (E2)

On peut distinguer plusieurs formes d'émissions :

- L'émission spontanée, les états électroniques ne sont pas stables. Plus ou moins vite, l'atome retombe dans l'état fondamental en émettant un photon. L'atome reste excité jusqu'à cette émission. Ce qui varie de 1 à 100 nanosecondes. Le photon peut être émis dans n'importe quelle direction.  


- L'émission induite, découverte par Einstein.
Un rayonnement incident peut induire un atome excité à émettre un photon ayant les mêmes caractéristiques que le photon incident. Cela à condition que l'énergie de ces photons soit "résonnante", c'est à dire que l'énergie du photon émis soit égale à l'écart d'énergie entre le niveau superieur et le niveau inferieur. Dans cette émission induite qui consitue la réciproque du processus d'absorption ; le photon créé par l 'atome, en se désexcitant, a la même fréquence et la même direction de propagation que le rayonnement incident.
La lumiére est donc émise par différentes sources.


Ensuite, il ya les sources secondaires. Ce sont des sources qui ne produisent pas de la lumière, elles diffusent les rayons reçus d'autres sources lumineuses. Elles renvoient des rayons dans toutes les directions.
Ainsi la plupart des objets et des personnes que nous observons autour de nous sont des sources lumineuses, nous voyons le monde extérieur grâce aux rayons diffusés, par les sources secondaires, qui atteignent nos yeux.
La Lune est une source secondaire qui diffuse la lumière du Soleil.
Un miroir ne diffuse pas mais réflechit la lumière dans une direction bien determinée, c'est donc également une source secondaire.


Lien direct: [url=http://www.ac-creteil.fr/lycees/94/lmichelchampigny/TPE Lumi%E8re/Pages Internet/emission de la lumiere.html]http://www.ac-creteil.fr/lycees/94/lmichelchampigny/TPE%20Lumi[/url][url=http://www.ac-creteil.fr/lycees/94/lmichelchampigny/TPE Lumi%E8re/Pages Internet/emission de la lumiere.html]%E8re/Pages%20Internet/emission%20de%20la%20lumiere.html[/url]



Autre schéma :







1ère étape : L'atome absorbe de l'énergie, par exemple de la lumière (photon)
2ème étape : L'absorption d'un photon suffisamment énergétique fait monter l'électron sur un niveau d'énergie supérieure : l’atome est alors dans un état excité instable.
3ème étape : L’état excité étant instable, l’électron va retourner à sa couche électronique initiale, niveau de moindre énergie. La désexcitation d'un électron et son retour vers un niveau inférieur entraîne l'émission d'un photon et l'énergie restituée sous forme de photon est égale à celle absorbée.



Paquet d'ondes

Les électrons sont en fait des paquets d'ondes, dont les longueurs d'onde sont des multiples des longueurs des orbites. Leur mouvement de rotation est d'autant plus rapide qu'ils sont les plus proches du noyau car la force centrifuge due à la rotation doit équilibrer la force d'attraction entre les charges électriques, positives du noyau et négatives de l'électron.
 
Lien direct : http://villemin.gerard.free.fr/Science/PaElectr.htm




Effet photoélectrique
Définition :
L'effet photoélectrique est l'émission d'électrons par un matériau, généralement métallique lorsque celui-ci est exposé à la lumière ou un rayonnement électromagnétique de fréquence suffisamment élevée, qui dépend du matériau.
Dans l'effet photoélectrique, on éclaire une plaque de métal et celle-ci émet des électrons.


Constatations expérimentales de l'émission photoélectrique :


  1. Les électrons ne sont émis que si la fréquence de la lumière est suffisamment élevée et dépasse une fréquence limite appelée fréquence seuil.
  2. Cette fréquence seuil dépend du matériau et est directement liée à l'énergie de liaison des électrons qui peuvent être émis.
  3. Le nombre d'électrons émis lors de l'exposition à la lumière, qui détermine l'intensité du courant électrique, est proportionnel à l'intensité de la source lumineuse.
  4. L'énergie cinétique des électrons émis dépend linéairement de la fréquence de la lumière incidente.
  5. Le phénomène d'émission photoélectrique se produit dans un délai extrêmement petit inférieur à 10-9 s après l'éclairage, ce qui rend le phénomène quasi instantané.


Interprétation et explication :





Cet effet ne peut pas être expliqué de manière satisfaisante lorsque l'on considère que la lumière est une onde, la théorie acceptée à l'époque, qui permet d'expliquer la plupart des phénomènes dans lesquels la lumière intervient, tel l'optique, et qui était traduite mathématiquement par la théorie de James Clerk Maxwell.
En effet, si l'on considère la lumière comme une onde, en augmentant son intensité et en attendant suffisamment longtemps, on devrait pouvoir fournir suffisamment d'énergie au matériau pour en libérer les électrons. L'expérience montre que l'intensité lumineuse n'est pas le seul paramètre, et que le transfert d'énergie provoquant la libération des électrons ne peut se faire qu'à partir d'une certaine fréquence.
L'effet photoélectrique, l'onde électromagnétique incidente
éjecte les électrons du matériau


L'interprétation d’Einstein, l'absorption d'un photon, permettait d'expliquer parfaitement toutes les caractéristiques de ce phénomène. Les photons de la source lumineuse possèdent une énergie caractéristique déterminée par la fréquence de la lumière. Lorsqu'un électron du matériau absorbe un photon et que l'énergie de celui-ci est suffisante, l'électron est éjecté; sinon l'électron ne peut s'échapper du matériau. Comme augmenter l'intensité de la source lumineuse ne change pas l'énergie des photons mais seulement leur nombre, on comprend aisément que l'énergie des électrons émis par le matériau ne dépend pas de l'intensité de la source lumineuse.
Après l'absorption du photon par l'atome, le photoélectron émis a une énergie

est l'énergie de liaison du photoélectron.
L'effet photoélectrique domine aux faibles énergies, mais la section efficace croît rapidement avec le numéro atomique Z :

Lien direct : http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_photo%C3%A9lectrique


Pourquoi les particules de lumière rebondissent sur un miroir?

Voici un phénomène très paradoxal, en effet, quand on sait qu'à peine un photon a-t-il frappé un objet qu'il disparaît instantanément, en cédant à la matière toute son énergie.
Pourtant, quand cette insaisissable particule rencontre un miroir, elle semble rebondir. Sauf que ce n'est là qu'une apparence! Car un photon ne rebondit pas à proprement parler: il est absorbé par un atome du miroir, qui va réémettre un autre grain de lumière quasi simultanément.
Ce n'est donc pas le même photon qui paraît se réfléchir! Pour comprendre, il faut savoir que lorsque lumière et matière se rencontrent, deux modes d'interaction entrent en compétition dans le matériau :l'absorption et la diffusion.
Et la réflexion n'est qu'une interprétation macroscopique de cette dernière. Pour qu'il y ait absorption d'un photon, son énergie doit correspondre exactement à la fréquence de ce qu'on appelle la résonance de l'atome. En clair: ce dernier exploite cette énergie pour faire passer un de ses électrons de l'état fondamental à un état excité. Oui, mais l'atome cherche aussitôt à retourner dans son etat le plus stable, souvent en dissipant ce trop plein d'énergie dans le matériau sous forme de chaleur, qui n'est autre que que le rayonnement lumineux.
C'est ainsi que l'absorption donne la couleur aux objets. En effet, la lumière blanche du soleil contient toutes les couleur visibles; lorsqu'elle tombe sur une pomme, par exemple, celle-ci absorbe toute la lumière bleue, ainsi que du vert et du jaune, mais le reste, c'est-à-dire le rouge, est renvoyé vers notre œil. La pomme nous paraît donc rouge.
Les objets réfléchissant eux, n'absorbent aucune couleur particulière. Mettez au soleil une pomme et un miroir: la première chauffe beaucoup plus que le second, parce que le miroir est recouvert d'une fine couche d'argent qui, comme tous les métaux, n'absorbe pas la lumière.
LE NUAGE D'ÉLECTRONS OSCILLE
Pourtant, cela n'empêche pas les objets réfléchissants d'interagir. De fait, l'arrivée des photons met en oscillations forcées le nuage électronique des atomes métalliques. Lesquels, en réponse, émettent instantanément chacun un nouveau photon, de même énergie que celui qu'ils ont reçu, mais dans une direction aléatoire.
Ce phénomène semble continu car ce sont des milliards de photons qui frappent l'objet à chaque instant. Au final, tout se passe comme si l'atome émettait des photons tout autour de lui, créant une onde sphérique, comme un caillou jeté dans l'eau. Or, si le milieu est assez dense, les différents atomes seront si proches que ces ondelettes vont interférer. Elles pourront donc, par définition, soit s'ajouter, soit s'annihiler. Concrètement, à la surface d'un matériau réfléchissant, elles s'annulent dans toutes les directions, excepté celle qui correspond à la réflexion.
Si la surface est assez lisse, toutes les ondelettes sont même réfléchies de manière à ce que l'angle d'incidence soit égal à l'angle réfléchi. On retrouve ainsi â l'échelle microscopique la première loi de la réflexion en optique géométrique. Il suffit donc de polir une pierre ou une pomme pour y distinguer son propre reflet. Les photons "rebondissent" d'autant mieux que les atomes de la surface qu'ils rencontrent sont bien ordonnés et forment un matériau conducteur. Ils diffusent alors la totalité de la lumière, sans absorber et dissiper en chaleur le moindre photon.

Lien direct : https://fr.answers.yahoo.com/question/index?qid=20080928040400AAEhW1i





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MessageSujet: Re: 20 grandes questions sur l'univers   Ven 23 Jan - 14:08

LE VIDE



Wikipedia nous dit que le vide est défini comme l’absence de matière dans une zone spatiale. Alors faisons l’exercice d’imaginer une région de l’espace où règnerait un monde sans vie, sans planète, sans étoile, sans atomes susceptibles de s’organiser un jour en quelque chose…un monde sans matière, rempli de vide, imaginons un monde dans un état où il n’y a strictement rien…on se rend vite compte qu’il est difficile de penser le rien. D’ailleurs “Penser le rien, ce n’est jamais penser à rien” (Etienne Klein).
Grèce antique
Chez les philosophes grecs, Aristote soutenait qu’il ne pouvait exister un endroit vide. Pour lui la nature a horreur du vide. Aristote avait une conception de l’univers comme d’un « espace clos », organisé, ordonné et harmonique.
Thalès de son côté refusait aussi l’existence du vide et du rien. Il affirmait que quelque chose ne peut émerger du rien, et de même les choses ne peuvent disparaître dans le néant. Il éleva même ce principe à l’échelle de l’univers tout entier: pour lui, l’univers ne peut être issu du néant.
Parménide s’est aussi posé la question si on pouvait parler du vide comme d’une entité en soi, ou uniquement comme une absence? Il disait « l’être est, le non-être n’est pas »; le vide était pour lui un non-être, et ne pouvait donc exister.

Mais les grecs avaient aussi déjà émis l’hypothèse que la matière peut adopter des formes granulaires. Si on empile des grains, il y a des espaces libres entre eux. Pour qu’il n’y ait pas de possibilité qu’une sorte de “vide” s’instaure dans les espaces libres, Empédocle fit l’hypothèse de l’éther, plus léger que l’air, pour remplir tous ces espaces. Selon lui, l’éther est une substance qui s’introduit partout, et empêche le vide de se former. Il imagina même que cet éther omniprésent servait à transmettre les influences d’un corps sur un autre, une sorte d’équivalent précurseur au champs gravitationnel.
Épicure, reprenant les idées de Démocrite, continuait à nier que quelque chose puisse sortir de rien. Mais Epicure et Démocrite sont aussi des atomistes, et ce sont les premiers à avoir émis l’idée de l’atome, le plus petit élément de base indivisible et commun à toutes les formes de matière. Et de là naquit pour la première fois chez les grecs l’idée de l’existence du vide, un espace sans rien dans lequel les atomes pouvaient se déplacer. Epicure affirmait que l’existence du vide était nécessaire au déplacement des atomes.
Renaissance
Les idées sur le vide des philosophes grecs ont perduré jusqu’à la Renaissance. Au XVIIème siècle, avec l’introduction de la méthode expérimentale, les physiciens de l’époque ont pu montrer que la croyance en la nature qui a horreur du vide est tout simplement le résultat d’une mauvaise interprétation des phénomènes physiques.  Si la nature a horreur du vide comme le préconisaient les philosophes grecs, c’est tout simplement parce nous sommes soumis à une chape de plomb qui est notre atmosphère et qui exerce une pression considérable sur chaque cm2 (1kg/cm2 = 10 tonnes/m2) de tout ce qui se trouve sur le sol, forçant l’air à s’infiltrer dans tous les orifices possibles, même les plus petits. Mais on sait aussi tous plus ou moins intuitivement qu’il est possible d’éliminer l’air d’un récipient et de faire le vide. En 1643, c’est Evangelista Torricelli (un élève de Galilée) qui mis en évidence expérimentalement pour la première fois l’existence du vide grâce à son expérience du baromètre au mercure. L’expérience consiste à utiliser un tube creux en verre vertical d’environ 1 mètre de long rempli complètement de mercure et ouvert à une extrémité (longue pipette de chimiste). On bouche l’extrémité ouverte avec son doigt (la précaution vaut qu’on utilise un gant, le mercure est toxique), on retourne le tube tout en le plongeant avec précaution dans une cuvette elle aussi remplie de mercure. Tant que le doigt bouche l’extrémité immergée, le mercure reste en place dans le tube. Si on enlève le doigt, alors on constate que le mercure dans le tube descend jusqu’à ce que la colonne ne soit plus que de 76 centimètres (au lieu d’un mètre), puis se stabilise à cette hauteur et ne bouge plus. Par cette expérience Torricelli a mis en évidence le lien direct entre le poids du mercure (ou du liquide utilisé) et la contrainte de l’atmosphère environnante (altitude/pression/température). La pression de l’air équilibre la pression de la colonne de mercure. Mais cette expérience mais aussi en évidence un autre phénomène qui nous intéresse dans ce dossier: qu’y a-t-il dans les 24 centimètres restant au sommet du tube? Là où il y avait du mercure, il y a en apparence plus rien. De l’air n’a pas pu y entrer, Torricelli réalisa pour la première fois qu’il avait créer du vide.

Un tout petit peu plus tard en 1654, au moyen d’une expérience publique spectaculaire, Otto Von Guericke, inventeur allemand de la pompe à air, démontra la force de la pression atmosphérique en accolant deux hémisphères de cuivre d’environ 50 cm de diamètre de manière à former un sphère creuse. Il commença par montrer qu’il était aussi facile de les réunir que de les séparer. Ensuite à l’aide d’une pompe pneumatique connectée à un valve présente sur l’une des deux hémisphères, il aspira l’air contenu à l’intérieur de celles-ci. Il attacha ensuite chacun des hémisphères à un attelage de huit chevaux et montra que ceux-ci n’étaient pas capables de les séparer en tirant dans des directions opposées. Les hémisphères restaient collées. Il ouvrit alors la valve, laissant l’air à pression atmosphérique rentré à l’intérieur des hémisphères , et ceux-ci se séparèrent alors facilement. Dans cette expérience de von Guericke, quand on pompe l’air contenu dans la sphère, le poids de l’atmosphère extérieure exerce une importante pression à sur la sphère (10 tonnes/m2), sans qu’il y ait de pression à l’intérieur pour la contrebalancer. Le métal était suffisamment solide pour résister à l’écrasement dû à la pression atmosphérique, et même des chevaux n’étaient pas assez puissant pour fournir les tonnes de traction nécessaires pour triompher de la pression extérieure.
 

Un peu plus tard, Blaise Pascal répéta l’expérience de Toricelli mais en utilisant comme liquide du vin bien moins dense que le mercure, mais bien plus volatil. Il s’aida d’un tube bien plus long, car le vin est moins dense que le mercure, ce qui fait que la pression atmosphérique peut soutenir une colonne de vin bien plus haute. Il a pu vérifier que l’espace en haut du tube est bien vide et qu’il ne contient pas de vapeur de vin, le vin se stabilisait à la hauteur prévue par les calculs, et la volatilité du vin n’était pas la cause de l’espace libéré au dessus du liquide, c’était bien la pression atmosphérique qui déterminait la hauteur de cet espace rempli de vide. Il y a bien un peu de vapeur de vin qui se répand dans l’espace vide créé, sa pression de vapeur appuie très légèrement sur la colonne du liquide, mais son effet est négligeable par rapport à la pression exercée par l’atmosphère.
Un autre expérience historique de Blaise Pascal effectuée en 1648 montra que la hauteur d’une colonne de mercure décroit quand l’altitude augmente, c’est-à-dire la pression atmosphérique décroît avec l’altitude. Cela vient du fait que l’atmosphère est limitée; à haute altitude, la pression est plus basse parce qu’il y a moins d’atmosphère au-dessus…l’atmosphère se raréfie graduellement jusqu’à disparaître. Il semblerait que les philosophes grecs avaient eu tort, la nature n’a pas particulièrement horreur du vide. Comme Pascal l’a lui-même noté, la nature n’a pas moins horreur du vide au sommet d’une montagne que dans la vallée, par temps humide ou par temps ensoleillé; c’est le poids de l’air qui donne l’illusion que la nature a horreur du vide.
D’ailleurs lorsque l’on dit dans le langage commun qu’un récipient est vide, il est en fait rempli d’air. Un verre vide, une bouteille vide, un carton vide… contiennent en fait des milliards de molécules d’air. Même avec les meilleurs pompes à vide, il est en pratique impossible de faire le vide parfait. Il existera toujours une très faible pression. Dans un vide considéré comme excellent (10-8 Pa) il contient encore 2,4 millions de molécules par centimètre cube à température ambiante.
A cette époque on a aussi montré qu’une lampe placée dans un volume transparent vidé d’air, grâce à des pompes pneumatiques, continue à être vue, ce qui démontre que la lumière peut voyager dans le vide. Par contre le son d’une cloche, lui, s’éteint quand on pompe l’air. Au moyen de cette expérience, on avait réussi à mettre en évidence que la nature du son est profondément différente que celle de la lumière.
XIX-XXème siècle
Fin du XIXème – début du XXème siècle, c’est Philippe Lenard, l’un des co-découvreurs de l’électron, qui apporta grâce à sa découverte une nouvelle dimension à la notion de vide. En envoyant des faisceaux d’électrons sur des atomes, il observa que les électrons passaient au travers comme s’ils n’avaient rien vu sur leur passage. On se rend alors compte que la matière semblant solide à l’état macroscopique, est transparente à l’échelle atomique. Ce qui poussa Lenard à remarquer: “l’espace occupé par un mètre cube de platine massif est aussi vide que l’espace interstellaire au-delà de la Terre.” On découvre donc qu’un atome est constitué d’un noyau avec des électrons infiniment plus petits et plus légers qui orbitent autour de celui-ci. Tout ce qui dans l’atome n’est pas électron ou noyau est du vide. On peut en dire autant des entrailles du noyau atomique, les protons et neutrons sont constitués de particules infiniment plus petites appelées les quarks baignant dans le vide du noyau de l’atome. Un atome est est essentiellement de l’espace vide à 99,9%. Si les atomes sont vu comme d’immenses vides du point de vue des particules qui le composent, leur volume intérieur néanmoins lui est rempli de champs de forces électriques et magnétiques extrêmement puissants qui assurent la solidité de la matière, et ces champs baignent dans l’espace vide à l’intérieur de l’atome.

Les Champs
Il faut distinguer deux type de champs (scalaires et vectoriels):

  • Champs Scalaires: Prenons le cas de l’atmosphère à la surface de la Terre (on aurait aussi pu choisir l’océan). En tout point de l’atmosphère, un thermomètre ou un baromètre permet d’observer et de définir respectivement une température ou une pression. Il existe donc un champ de température et un champ de pression. Ces champs sont définis par une collection de nombres qui sont des quantités dites scalaires. Pourquoi ce mot ? Tout simplement parce que scala en latin signifie « échelle », « escalier » et que bien sûr quand la température monte, le liquide dans un thermomètre grimpe le long des graduations comme on franchirait les barreaux d’une échelle. Sur une carte de pression de l’air, comme sur une carte de niveaux (cartes de gradients), les points où la pression est la même peuvent être reliés par des lignes (les isobares).  El même chose pour la températures avec les isothermes.
  • Champs Vectoriels: Mais dans l’atmosphère, il existe aussi du vent. Pour caractériser le vent, on utilise des anémomètres qui mesurent une vitesse dans une direction et un sens donnés en chaque point de la Terre. Une intensité d’une grandeur, comme la vitesse, une direction et un sens c’est un vecteur pour un physicien. On a donc défini un champ vectoriel.


Dans le cas de la pression/température atmosphérique et des vents, il y a un milieu physique, l’air, dont les variations de densité déterminent les champs, de sorte qu’on peut visualiser la réalité de ce modèle. Mais le concept de “champ” s’applique aussi même s’il n’y a pas de milieu matériel apparent. C’est le cas des champs gravitationnels, électriques ou magnétiques (champs vectoriels) qui représentent l’intensité, la direction et le sens de leurs forces respectives dans tout l’espace. Le champ gravitationnel de la Terre tapisse l’espace et attire les parachutistes en chute libre vers le sol, celui du Soleil maintient la Terre sur son orbite annuelle. On peut ainsi se représenter le champs gravitationnel comme une sorte de “tension” dans l’espace apparemment vide, qui se manifeste par des forces appliquées à des corps qui se trouvent dans le voisinage. La sphère d’influence de cette tension est appelée champ.
Ondes
La notion d’onde est liée directement à celle du champ. Il faut bien saisir la différence entre un champ et une excitation de champ, c’est-à-dire la différence entre l’océan et une vague sur l’océan. Si on agite un bâton sur la surface d’un étang calme (champ), une vague (onde) se propagera sur la surface. Cette onde correspond en réalité à la perturbation crée au sein des molécules d’eau, qui se mettent à se cogner entre elles en chaîne. Pour les tremblements de terre, ce sont des ondes de compression qui se propagent dans les couches terrestres. Les sons que nous entendons correspondent à des ondes de pression dans l’air qui font vibrer la membrane de notre tympan. Dans tous ces exemples, il y a un milieu bien identifié (eau, terre, air) dont la compression et dilatation créent l’onde. Mais quel est le milieu de propagation (qui oscille) d’une onde électromagnétique, comment une onde peut-elle se propager dans le vide?

L’Ether
Lorsqu’un électron est au repos, il est entourée d’un champ électrique. S’il est accéléré ou secoué, une onde électromagnétique se crée et se propage dans l’espace jusqu’à rencontrer un nouvel électron qui sera à sont tour mis en mouvement et accéléré à l’arrivée de l’onde électromagnétique. Comme pour la vague sur l’eau et l’onde sonore, l’onde électromagnétique a transporté de l’énergie de l’émetteur au récepteur. Les champs magnétiques et électriques remplissent l’espace vide et leurs excitations sont les ondes électromagnétiquesEn théorie, les champs gravitationnels ont également la propriété d’être le siège d’ondes gravitationnelles. Mais il y a une profonde différence entre les ondes électromagnétiques/gravitationnelles et les ondes de type vagues sur l’eau ou sons dans l’air. La vitesse de déplacement des vagues sur l’eau dépend de la longueur d’onde (distance creux+bosse) et du milieu de propagation. Au contraire toutes les ondes électromagnétiques (et gravitationnelles) vont à la même vitesse, à la vitesse de la lumière. En résumé,  on a des ondes électromagnétiques et gravitationnelles capables de se déplacer à la vitesse de la lumière…mais dans quoi? Quel est ce milieu, ce soit-disant vide, qui est le siège de la propagation des ondes électromagnétiques et gravitationnelles. Si le vide est le siège de quelque chose, est-ce encore du vide? Depuis les grecs et Empédocle, en passant par Newton, et de nombreux scientifiques du XVIIIème siècle comme Euler, tous ces derniers ont émis l’idée de l’éther,  un milieu plus subtil que l’air qui remplirait tout l’espace. L’hypothèse de l’éther leur était bien utile, car elle répondait à l’énigme du milieu de transmission des ondes électromagnétique et plus particulièrement celui de la lumière. Les ondes électromagnétique ne se transmettraient pas dans le vide mais au sein d’une substance universelle présente partout que serait l’éther. Les idées sur l’éther proliférèrent durant de nombreux siècles jusqu’à qu’elles soient sérieusement remises en cause par la théorie de la relativité d’Einstein.
L’Espace

Aristote définissait l’espace par les corps qu’il contient. Il considérait les corps comme réels, mais pas l’espace. Pour lui des corps situés les uns par rapport aux autres définissent l’espace, et si on enlève les corps, alors selon Aristote on élimine aussi l’espace. Une telle vision implique que le vide ne peut exister, car en enlevant le contenu (matière), on enlèverait aussi son contenant (espace). Straton, un autre philosophe grec lui dit le contraire. Pour lui les corps se déplacent dans un espace vide bien réel. L’espace comme contenant existe bel et bien qu’il y ait quelque chose dedans ou non. S’il n’y a rien dedans, alors l’espace continue d’exister, mais entièrement vide. Newton suit aussi la même idée que Straton,  il pense que l’espace a une existence propre. Et son existence a quelque chose d’absolu, même en l’absence de corps. L’espace vide est ce qui reste quand on a enlevé tous les corps. L’absence de matière entraînerait aussi pour Newton l’absence de forces gravitationnelles. Newton considérait aussi que la vitesse de la lumière était infinie, que les informations pouvaient donc se transmettre à vitesse infinie, et que par conséquent la force de gravitation était supposée se propager instantanément. Pour Newton il en découle une notion de simultanéité: si deux événements se sont produits à la même heure pour un observateur, il en est de même pour tout autre observateur. Dans cet espace absolu de Newton les mesures de distance et du temps sont les même pour tous.
L’Espace-Temps
Einstein renonça aux idées de Newton. Il doutait sérieusement de la réalité d’un espace référentiel absolu.

Relativité Restreinte (1905)

Einstein avait compris que les mesures et perceptions d’espace et de temps étaient en réalité différentes pour des gens qui sont en mouvement les uns par rapport aux autres. Pour bien le comprendre, imaginez que vous êtes assis au milieu d’un train à l’arrêt et que vous envoyez un signal lumineux au conducteur qui est en tête du train et un autre au gardien qui est en queue du train. Ils recevront le signal au même instant. Le passager au milieu du wagon arrêté, tout comme un autre voyageur qui serait sur la quai de gare à la même hauteur que le passager au milieu du wagon constatent bel et bien que le conducteur et le gardien en queue de train reçoivent le signal en même temps. Maintenant, supposons qu’au lieu d’être à l’arrêt, le train se déplace à une vitesse constante. Lorsque le passager du milieu du train passe devant le voyageur attendant sur la quai de gare, un signal lumineux est à nouveau envoyé au conducteur et au gardien. Pour le passager se déplaçant avec le train, les deux signaux arriveront simultanément au conducteur et au gardien (car il se déplace avec eux). Par contre, du point de vue du voyageur sur la quai de gare, la réalité est bien différente: pendant le bref instant que prend la lumière pour aller du milieu vers la queue du train, la wagon de tête se sera éloigné et le wagon de queue se sera rapproché du voyageur sur la quai de gare. Du point de vue du voyageur sur le quai de gare, le signal parviendra au gardien avant d’arriver au conducteur. La simultanéité vue par quelqu’un à bord du train n’en est plus une pour quelqu’un resté au bord du quai. Newton est pris à défaut.

Ces phénomènes de modulations du temps peuvent s’appliquer exactement de la même manière à l’espace. Donc un observateur 1 qui se déplace à la vitesse v1 n’aura pas la même perception des intervalles d’espace et de temps qu’un observateur 2 qui se déplace à la vitesse v2. La mesure de l’espace et du temps dépend de la vitesse à laquelle se déplace l’observateur. Dit autrement il n’existe pas de règle ou chronomètre universel capable de mesurer les distances et les intervalles de temps de façon absolue.

Peinture de Salvador Dali mettant en scène des horloges fondantes représantant la dilatation du temps
Et c’est parce que la vitesse de la lumière a une valeur finie (qui ne dépend ni de la vitesse de la source ni de celle du récepteur) que la structure de l’espace et du temps dépend de notre vitesse. Mais heureusement c’est parce que la vitesse de la lumière a une valeur finie mais grande que nous ne remarquons pas ces phénomènes de contraction et dilatation de l’espace et du temps dans notre vie quotidienne (ils sont négligeables). Heureusement, moi, vous et votre voisin avons tous la même perception de l’espace et du temps quand nous roulons en voiture à des vitesses différentes.

Relativité Générale (1915)

Einstein a conçu sa théorie de la relativité restreinte grâce à des expériences de pensée mettant en jeu un rayonnement électromagnétique, la lumière. A la suite de quoi il fît de même pour la force de gravitation, ce qui le mena à sa théorie de la relativité générale. Dans cette théorie, il généralise son modèle d’espace et de temps appliqués initialement aux forces électromagnétiques (comme la lumière) et le rend compatible avec la force de gravitation. La structure de l’espace-temps est la même pour les deux interactions (gravitationnelle et électromagnétique). Il montre qu’en absence de matière l’espace-temps est plat. Quand de la matière est présente, l’espace-temps devient courbe. Dans la conception newtonienne, l’espace est un espace plat, dans lequel les parallèles ne se rencontrent jamais (géométrie Euclidienne). Dans un espace courbe de telles lignes se rencontreront (géométrie non euclidienne). Pour bien comprendre, il faut imaginer les méridiens (géodésiques de longitude) de la Terre qui sont parallèles, mais qui cependant convergent tous vers les pôles. La vitesse à laquelle cette convergence a lieu donne une mesure de l’intensité de la courbure de l’espace-temps. Si comme dans la conception newtonienne, la vitesse de la lumière avait une valeur infinie, alors l’intensité de la courbure de l’espace-temps deviendrait nulle, ce qui est une autre façon de dire que l’espace-temps est plat. C’est en accord avec l’image newtonienne d’un espace dans lequel les corps se déplacent sans affecter ni l’espace et ni le temps, ou des lignes parallèles ne se rejoignent jamais. Ce modèle d’espace newtonien s’inscrit donc, dans la théorie de la relativité générale d’Einstein, comme un cas particulier de celle-ci où la vitesse de la lumière est infinie. Pour Einstein, des signaux ne peuvent se propager plus vite que la vitesse de la lumière, et la simultanéité n’existe pas, tandis que pour Newton la gravitation agit instantanément, et la vitesse de la lumière est infiniment grande.

Einstein formalisa sa théorie de la relativité générale en reliant la courbure de l’espace-temps et le champs gravitationnel. C’est comme si le poids de la matière, des corps célestes distend et déforme la trame de l’espace-temps. Et ce sont les déformations de l’espace-temps qui sont responsables de l’action de la force de gravitation. Donc pour Einstein, il y a uniquement des mouvements relatifs de corps par rapport à d’autres qui par leur simple mouvement dilatent et rétrécissent l’espace et le temps. Pour Einstein les objets physiques ne sont pas dans l’espace, les objets physiques ont une étendue spatiale. Vu comme ça, pour Einstein, le concept d’ «espace vide» perd son sens.
Einstein formalisa les concepts d’espace et de temps en un seul espace à quatre dimensions (3 d’espace + 1 du temps). L’espace et le temps passent donc d’un statut d’entité absolue, uniforme et universelle (conception newtonienne) à un statut élastique et relativiste.  Petite réflexion au passage, la théorie de la relativité générale n’implique pas forcément qu’il n’y a pas d’éther, mais simplement que tout ce qui se trouve de cet éventuel éther doit se comporter selon les principes de la relativité. On pourrait légitimement imaginer que le champs électromagnétique que l’on ne peut pas voir à moins de le faire osciller est “une sorte de d’éther”. De manière analogue, on pourrait considérer le champs gravitationnel comme un éther qui deviendrait visible via les ondes gravitationnelles.

Ondes Gravitationnelles

Une des solutions, la plus simple, des équations d’Einstein dit que s’il n’y a pas d’énergie (matière), l’espace-temps n’a pas de courbure, et l’univers est plat. Une autre solution des équations nous dit qu’il peut exister un espace-temps sans énergie (matière), mais pas forcément plat pour autant. Cela peut paraître paradoxal, un espace-temps sans matière, mais tout de même déformé? Si dans l’espace-temps il se produit quelque chose qui engendre un changement brusque de la distribution d’énergie (matière), comme une explosion de supernova ou l’effondrement d’une étoile en un trou noir, des ondes gravitationnelles vont rayonner à la vitesse de la lumière. Si la cause matérielle à l’origine de ces ondes gravitationnelle disparaît, l’onde continue néanmoins de se propager. On peut donc imaginer une région de l’univers vide de matière mais dont l’espace-temps est animé de frissons d’ondes gravitationnelles, un espace-temps vide mais qui vibre. Et c’est l’idée du vide que se faisait Einstein.  Si on pousse le raisonnement à l’extrême, on peut imaginer qu’on retire tous les corps de l’univers sauf un seul, sa masse produira un champ gravitationnel qui s’étendra dans l’espace-temps tout entier (en diminuant avec le carré de la distance). On pourrait donc bien contempler une région de l’espace-temps dénuée de tout corps matériel, mais ce ne sera pas réellement du vide tant qu’il restera un seul corps n’importe où dans l’univers: le champs gravitationnel de ce corps lointain remplira tout l’espace vide . Si on analyse plus en détail la raison de l’existence possible d’un espace-temps vide mais qui ondule, ça tient finalement au fait que la vitesse limite et maximale autorisée pour la propagation d’information est la vitesse de la lumière, la propagation de tout type d’information, dont les ondes gravitationnelles, ne peut pas être instantanée (de vitesse infinie).

Comment détecter ces ondes gravitationnelles? Tout comme un tremblement de terre provoque des ondes à la surface de la Terre, perturbant les géodésiques de celle-ci, les ondes gravitationnelles provoqueraient des oscillations des géodésiques de l’espace-temps. Leurs effets peuvent être comparés aux marées, étirant et comprimant toute matière se trouvant sur le chemin de l’onde. Actuellement les scientifiques ont seulement des indications indirectes de l’existence de ces ondes gravitationnelles, et différents projets sont en route afin de pouvoir observer et effectuer des détections directes des ces ondes (LIGO, LISA). Les scientifiques cherchent à observer des ondes gravitationnelles provenant d’évènements cataclysmiques comme des collisions d’étoiles, de trous noirs, de supernovæ…

Le Vide Quantique
On a vu qu’à grande échelle un espace-temps vide mais qui vibre sous l’effet d’ondes gravitationnelles est compatible avec les équations d’Einstein. Et si on pouvait regarder le vide à toute petite échelle avec un microscope ultra-puissant, à une échelle si petite que la force de gravitation n’a plus aucun effet sur les particules élémentaires de la matière, que verrait-on dans ce monde quantique infiniment petit?

L’énergie du point zéro

Imaginez un petit volume de vide, disons un mètre cube d’espace intergalactique, dont on a retiré tout l’hydrogène et toute autre particule qui pourrait s’y trouver. Ce m3 d’espace peut-il être réellement vide de matière et d’énergie? Et bien dans le monde quantique, la réponse est non. Bien loin d’être sans contenu, le vide est toujours bouillonnant d’activité. En mécanique quantique, les particules élémentaires satisfont à des lois fondamentales plutôt étranges, on sait par exemple qu’on ne peut pas décrire exactement à la fois la position précise et la vitesse (mouvement) d’une particule. La mécanique quantique permet de mesurer exactement l’une ou l’autre de ces grandeurs, mais pas les deux à la fois! C’est le principe d’indétermination ou d’incertitude d’Heisenberg. Revenons à notre m3 d’espace auquel on enlevé toutes les particules, cela revient à dire que l’on sait précisément qu’il n’y a aucune particule en n’importe quel point de cette espace, on a donc une information précise sur la position (il y aucune particule en aucune position), ce qui, selon les lois quantiques, nous amène à dire que l’on ne connaît rien sur le mouvement et l’énergie présente dans ce m3 d’espace. On peut enlever toute matière et toute masse, l’indétermination quantique nous dit qu’il y aura tout de même de l’énergie, l’énergie ne peut être nulle. On ne peut à la fois avoir une quantité de matière nulle et une énergie nulle, on peut avoir l’un ou l’autre, mais pas les deux à la fois. Ces idées nous amènent à des situations plutôt bizarres. Pour mieux le comprendre, on peut imaginer un pendule quantique constitué d’un petit aggrégat de molécules suspendus à un fil d’atomes et oscillant comme un pendule classique. Selon les lois quantiques, un tel pendule quantique ne pourra jamais arriver à un état de repos où il resterait pendu immobile verticalement. Un pendule quantique, lorsqu’il se trouve en son point le plus bas (énergie potentielle nulle), le mouvement est indéterminé (son énergie cinétique ne peut pas être connue), il oscillera donc légèrement autour du point le plus bas. Inversement si le pendule est au repos (énergie cinétique nulle), son énergie potentielle et donc sa position sont indéterminés, et il oscillera légèrement de position de haut en bas. La mécanique quantique impose que la somme de l’énergie cinétique et énergie potentielle ne peut descendre en dessous d’un minimum: les deux ne peuvent être simultanément nulles. Au mieux on peut dire qu’il existe une quantité d’énergie minimum, connue comme l’énergie du point zéro

Dans la nature, le mouvement des molécules dans la matière est à l’origine de ce que nous appelons la température (plus la température est élevée, plus l’agitation des molécules est grande), et nous sommes constamment entourés de particules excitées qui passent d’un état énergétique à un autre et qui rayonnent de l’énergie. Par exemple un objet qui est chauffé augmente sa température et va émettre de la chaleur, il va donc rayonner de l’énergie. Si on regarde comment se comportent les atomes de l’objet qui a été chauffé, on voit que les électrons passent d’un état énergétique stable à un état énergétique excité en rayonnant de l’énergie. Si au contraire on refroidit l’objet, la théorie quantique nous dit que c’est impossible d’atteindre le zéro absolu en température (0°K / -273°C), une situation où toutes les particules sont gelées en position, sans mouvement et sans énergie est impossible. Il existera toujours une énergie intrinsèque du point zéro, même lorsqu’on s’approche du zéro absolu en température. Retirer ou éliminer des particules de matière pour obtenir du vide est une terminologie qui ne fait pas vraiment de sens dans le langage quantique. Le vide quantique est en réalité rempli de particules mais toutes se trouvant dans leur état énergétique minimal, le plus petit possible, dans une configuration d’énergie la plus basse possible. C’est un état fondamental dans lequel on ne peut plus retirer aucune énergie supplémentaire aux particules.
Le vide quantique est donc l’état dont l’énergie est la plus petite possible, un état fondamental d’énergie qui sera néanmoins toujours soumis à des fluctuations énergétique, qu’on appelle fluctuations quantiques.
On peut se représenter le vide comme une mer (quantique) bouillonnante d’ondes électromagnétiques, contenant toutes les longueurs d’ondes possibles, en allant des minuscules longueurs d’onde même plus petites que l’échelle atomique jusqu’à celle ayant une longueur d’onde à l’échelle cosmique. Le point zéro correspondrait à la surface de cette mer quantique, en moyenne la surface de la mer est plane (en moyenne il n’y a aucun champ électromagnétique, dit autrement c’est un milieu statistiquement sans particules élémentaires), mais en réalité cette mer est agité constamment par les vagues (oscillations) des ondes électromagnétiques de tout les longueurs d’ondes possibles (fluctuations quantiques).

L’Effet Casimir

Mais alors comment se convaincre de la réalité de l’énergie du point zéro, et que ce n’est pas un artéfact mathématique. Vous pouvez commencer d’abord par réécouter le dossier Zéro et Infini, l’histoire d’amour de Nicotupe, dossier dans lequel il nous explique qu’un monde où le zéro est présent ne peut exclure l’infini! Dit autrement que le vide ne peut exclure de l’énergie. Mais plus concrètement c’est le physicien Hendrik Casimir qui suggéra et prédit en 1948 l’existence de l’énergie du vide via un effet, qu’on appelle effet Casimir, qui a pu être démontré expérimentalement en 1996. Plaçons dans le vide deux plaques de métal légèrement séparées et parallèles entre elles. Une force attractive commencera à les attirer l’une vers l’autre. Il existe bien sûr une attraction mutuelle due à la gravitation, mais cette force est insignifiante et négligeable à l’échelle quantique. Cette attraction en réalité est due à l’effet Casimir qui résulte de la façon dont les plaques ont perturbé les ondes remplissant le vide quantique. Les métaux conduisent l’électricité, et cela affecte toutes les ondes électromagnétiques présentes dans le vide à l’énergie du point zéro. La théorie quantique nous dit que entre ces deux plaques il ne peut exister que des ondes ayant exactement un nombre entier de longueurs d’ondes. Seules les ondes accordées à l’intervalle entre les plaques pourront exister et vibrer, alors qu’au dehors des plaques toutes les longueurs d’onde peuvent exister. Dit autrement, il manque certaines ondes (photons) entre les plaques, il y a donc moins de pression sur l’intérieur des plaques que sur leurs faces extérieures. Il en résulte une force globale qui les rapproche. Quand les plaques sont trop éloignées cette force disparaît, inversement cet effet Casimir augmentera quand les plaques sont très proches. Cette force a été mesurée et l’effet Casimir vérifié. Le modèle d’énergie du point zéro dans le vide a donc été confirmé expérimentalement.

L’effet Casimir montre qu’un changement de l’énergie du point zéro peut être bien réel, qu’il peut être mesuré. Même si l’énergie du point zéro elle-même n’est pas accessible, on peut en connaître sa variation sous certaines conditions. Bien que l’énergie du vide est l’état minimum d’énergie que peut avoir un système, la quantité d’énergie au point zéro est néanmoins infinie. D’ailleurs les effets d’agitation énergétique du point zéro peuvent être ressentis par des particules traversant le vide. Par exemple, un électron d’un atome d’hydrogène en vol oscille légèrement lorsqu’il ressent l’agitation du point zéro des champs électromagnétiques, il passera d’une orbite à une autre (d’un état énergétique à un autre). La différence énergétique entre ces deux orbites rayonnera de la lumière, ce rayonnement lumineux est une indication des fluctuations quantiques du point zéro.

La Gravitation Quantique

La mécanique quantique produit des formulations précises pour les phénomènes infiniment petits, à l’échelle subatomique, mais elle ignore complètement les effets de la force de gravitation, qu’elle considère comme négligeable et insignifiante à l’échelle quantique. Les scientifiques n’arrivent pas à combiner la mécanique quantique (décrit le monde microscopique) et la théorie de la relativité générale (décrit le monde macroscopique) en une théorie unifiée cohérente et expérimentalement vérifiée. Néanmoins ces deux théories sont chacune valide dans leur domaines respectifs. Le problème qui se pose c’est qu’au tout début de l’univers, celui-ci était si petit, si dense, si compressé et si compact, que la force de gravitation devait être prédominante et agir au niveau quantique. De nombreux physiciens travaillent actuellement sur une théorie de la gravitation quantique, ayant pour objectif d’unifier la mécanique quantique et la relativité générale. La gravitation quantique nous dit que les fluctuations quantiques apparaissent aussi dans la trame de l’espace-temps d’Einstein.

La Mer de Dirac

Le physicien Paul Dirac (dont j’avais déjà parlé dans le dossier sur l’Origine de l’Univers) fut le premier à prédire en 1931 l’existence d’une autre particule, identique à l’électron, mais ayant une charge électrique opposée (positive) qui a été baptisée le positron (anti-électron). Il bâtit un nouveau modèle du vide faisant apparaître cette nouvelle particule d’antimatière qu’est le positron. Paul Dirac suggéra que l’on considère le vide quantique pas seulement comme une mer dans laquelle baigne une infinité d’ondes, mais comme une mer remplie d’électrons, de profondeur infinie, présente constamment partout, calme et indécelable tant que rien ne la perturbe. Chaque électron remplissant la mer de Dirac occuperait un niveau d’énergie propre, s’étalant sur une échelle allant de l’infini négatif (fond de la mer) jusqu’à une certaine valeur maximale (surface de l’eau). Cette valeur maximale étant considérée comme le « niveau de la mer », autrement dit l’état fondamental, le point zéro d’énergie du vide. Ce paisible « océan électronique » resterait virtuel et indétectable tant que rien ne le perturbe.

Mais on sait depuis la fameuse équation d’Einstein E=mc2, que la masse (matière) peut être produite à partir d’énergie. Si tout d’un coup les fluctuations d’énergie du vide dépassent un certain seuil d’énergie (si une vaguelette se transforme en vague), une paire d’électron et positron peut émerger spontanément. Cela veut dire que les fluctuations d’énergie du vide peuvent spontanément se transformer en électrons et positrons (sous certaines condition d’énergie et de temps). Plus précisément, une fluctuation quantique peut éjecter un électron de cette mère infinie de Dirac, ce qui laisse un “trou” dans la mer d’énergie négative. L’absence d’un électron chargé négativement par rapport au niveau de la mer se traduit par un trou d’énergie positive par rapport au niveau de la mer, c’est-à-dire par l’apparition d’une particule dotée d’énergie positive, le positron. On ne peut malheureusement pas observer la transformation des fluctuations quantiques du vide en électrons et positrons, mais on peut par contre mettre en évidence ce phénomène lorsqu’on fournit volontairement un tout petit peut d’énergie supplémentaire au vide, comme par exemple si on bombarde le vide (par ex. le champs électrique d’un atome) avec un photon de lumière (d’énergie égale à deux masses électroniques 2mc2), et bien dans ce cas on observe (indirectement) qu’une paire de positron-électron est bien créée spontanément pendant une durée de vie très courte (10 puissance – 21seconde).  Ce mécanisme est à l’origine de l’apparition de ce qu’on appelle de paires de particules virtuelles. Le vide est le siège de matérialisations spontanées et fugaces de particules et de leur antiparticules associées qui s’annihilent presque immédiatement après leur création. Le vide est rempli de particules virtuelles apparaissant pendant un temps très bref avant de disparaître.
 
Pour Dirac, le vide serait donc rempli de particules virtuelles qui peuvent émerger et se matérialiser sous l’effet de fluctuations d’énergie du vide, laissant derrière elles des trous d’antiparticules. On sait aujourd’hui que non seulement la paire électron-positron, mais également les quarks et d’autres particules remplissent virtuellement cette mer sans fond, qu’on peut voir comme un entrepôt infini qui nous approvisionne en particules matérielles. Le vide contient une “mer” infiniment profonde de particules fondamentales. Dans cette interprétation le vide devient un milieu. Et cela implique des conséquences d’une portée considérable: si le vide est un milieu comme le décrit Dirac, on peut imaginer que l’on puisse ajouter quelque chose au vide afin d’abaisser son état fondamental d’énergie. On obtiendrait alors un nouvel état du vide plus vide que l’état du vide antérieur. Une transition entre ces deux états du vide est appelé changement de phase. Les scientifiques pensent qu’un changement de phase du vide ai pu avoir lieu au cours de l’histoire de l’univers. Il se peut donc que la nature du vide ai pu ne pas être la même au fil de l’évolution de l’univers! 
Le Vide de Higgs
Le modèle standard de la physique des particules veut que dans l’univers primordial l’état du vide avait au début une phase symétrique où toutes les forces agissaient avec la même intensité, et étaient de ce fait unifiées (10 puissance -31 mètre). Quand l’univers s’est refroidi, des transitions de phase se seraient produites et l’état symétrique du vide a été remplacé par des états de plus en plus asymétriques, amenant la séparation des forces en intéractions forte, faible et électromagnétique. La structure quantique de la nature donnerait donc la possibilité à un système dans un état stable de haute énergie de choisir un état d’énergie plus bas dans lequel la symétrie est spontanément brisée. Les formes prises par les particules et les forces qui nous gouvernent seraient donc des résidus accidentels de la brisure de symétrie provoquée par le refroidissement (“gel”) de l’univers (à une température d’environ 10 puissance 17 degrés).
La question qui se pose est que les bosons W et Z (particules qui véhiculent l’intéraction faible) ont une masse, alors que les photons (véhicule de la force électromagnétique) et les gluons (véhicule de l’intéraction forte) n’en ont pas. On pense que la réponse est due à une propriété du vide, et c’est Peter Higgs qui a élaboré cette théorie, le même qui a prédit l’existence du boson de Higgs. Dans cette théorie, le vide baigne dans le champs de Higgs, responsable de donner la masse aux particules élémentaires comme les bosons W et Z, quarks…(à écouter l’épisode de la 100ème de PodcastScience et le dossier sur le boson de Higgs). En l’absence du champ de Higgs, les particules ne peuvent pas être arrêtées et se déplaceraient toutes à la vitesse de la lumière. Mais l’espace est rempli par le champ de Higgs, ce qui a pour conséquence de fraîner la vitesse de certaines particules et de leur attribuer une masse (les photons eux n’interagissent pas avec le champ de Higgs et se déplacent donc à la vitesse de la lumière). De la même manière que les ondulations des champs électromagnétiques produisent les photons, le champ de Higgs se manifeste sous forme de boson de Higgs. Mais le boson de Higgs qui est l’expression du champ de Higgs sous forme de particule a-t-il une masse? On est pas loin du problème de l’oeuf et la poule. Le boson de Higgs ressent aussi lui-même le champ de Higgs partout présent et a donc une masse.
Le vide de Higgs est une approche qui est profondément différente de celle du vide quantique. On a vu que le vide quantique est rempli d’ondes électromagnétiques, avec des fluctuations d’énergie autour du point zéro qui peuvent se matérialiser en nouvelles particules si l’énergie nécessaire est fournie. Le vide de Higgs lui est rempli du champs de Higgs. L’espace vide sans le champ de Higgs aurait plus d’énergie que lorsque le champ de Higgs est présent. Autrement dit, si on met un champ de Higgs dans le vide, l’énergie globale est diminuée. Le vide baigné par le champ de Higgs n’est l’état de plus basse énergie qu’à des températures suffisamment “basses” (10 puissance 17 degrés)! Au dessus de cette température, la théorie indique que l’état fondamental de l’univers n’inclut pas le champ de Higgs.
A ses tout débuts, l’univers était extrêmement chaud et dense (bien plus chaud que 10 puissance 17 degrés) et le champ de Higgs n’existait pas, et c’est soudainement, lorsque l’univers s’est suffisamment refroidi, que le champ de Higgs a rempli le vide et a donné la masse aux particules.
Conclusion
Les dernières théories physiques suggèrent que notre univers tel qu’on l’observe actuellement “serait” apparu suite à une fantastique fluctuation quantique du vide. En se refroidissant le vide serait passé par une transition de phase dans laquelle le champ de Higgs se serait figé et les particules auraient pu ainsi acquérir de la masse. Le vide n’a donc pas toujours été le même au cours de l’évolution de l’univers!
On voit que la science moderne postule qu’il est impossible de faire un vide complet. L’espace vide sera toujours remplie d’énergie. Il ne peut exister quelque chose de littéralement vide. Finalement les philosophes grecs n’avaient pas totalement tort, la nature semble avoir horreur du vide.
Cependant, à mesure que la science apporte des réponses, elle fait surgir de nouvelles questions encore plus profondes et fondamentales. Pour ma part et à titre personnel un certain nombre de questions restent encore ouvertes:

  • D’où vient la potentialité quantique du vide? Pourquoi le vide est-il régit par les lois quantiques et non par des lois d’une autre nature? L’univers met-il en place des lois à sa mesure? Si l’univers est immanent, on peut alors penser qu’un autre univers pourrait être régi par d’autres lois, et que le vide y serait de nature différente. Si au contraire les lois physique sont transcendantes, alors elles sont les mêmes pour tous les univers possibles et les lois qui régissent le vide sont les mêmes partout.
  • Dans quoi l’univers existe-t-il et est-il en expansion?
  • Si on peut définir le rien comme l’absence de quelques chose, alors pourquoi le quelque chose (notre/nos univers), plutôt que le rien (un monde réellement vide d’énergie et de toute chose)?


Lien direct:http://www.podcastscience.fm/tag/espace-temps/

Sources:
Qu’est ce que le vide?Frank Close
http://fr.wikipedia.org/wiki/Vide
http://fr.wikipedia.org/wiki/Mer_de_Dirac
http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/non-le-boson-de-higgs-nexplique-pas-la-masse-du-soleil_39947/

Où va la lumière quand elle rencontre un corps opaque noir ? 02/03/2015

En général, quand la lumière rencontre un corps (quel qu'il soit) plusieurs phénomènes peuvent avoir lieu simultanément :
1. Une partie de la lumière sera réfléchie (une très grande partie si le corps est un miroir ou s'il est bien brillant).
2. Une partie de la lumière sera diffusée (d'autant plus grande que le corps est clair et mat ; une feuille de papier blanc ou un écran de cinéma diffusent beaucoup de lumière).
3. Une partie de la lumière sera absorbée (d'autant plus grande que le corps est opaque et sombre). Un corps opaque noir absorbe beaucoup de lumière, c'est à dire, l'énergie lumineuse qu'il reçoit est transformée en une autre forme d'énergie, en particulier cela augmente sa température. Si vous éclairez une feuille de papier moitié blanche, moitié noire avec une forte source de lumière (halogène) pendant une bonne dizaine de minutes, la différence des températures entre la partie blanche et la partie noire sera sensible. Si l'effet vous semble peu convaincant (la partie noire ne vous brûle pas assez) alors vous pouvez rapprocher la lampe de la feuille, ou prolonger la durée de l'expérience.
4. Une partie de la lumière peut être transmise (réfractée) si le corps est transparent.
Les corps opaques ne peuvent que renvoyer (réfléchir et/ou diffuser) une partie de la lumière reçue et absorber le reste.





Dans certains livres le mot "réflexion" désigne à la fois la réflexion classique de la lumière par les miroirs (ou autres surfaces brillantes) et la diffusion par des surfaces mates ou satinées. Or, il existe une différence "optique" entre la réflexion et la diffusion de la lumière. Cette différence peut être associée à la "production" des images. En effet, les surfaces réfléchissantes se comportent comme des miroirs, c'est à dire, produisent des images des objets éclairés, tandis que les surfaces diffusantes peuvent servir comme des écrans, mais pour y obtenir une image il faut un système optique, par exemple une lentille ou un projecteur de cinéma. Pour résumer : des écrans sans images ne surprennent personne, un miroir sans image n'existe que dans les contes (par exemple les vampires n'ont pas d'images dans la glace). Mais un écran bien blanc peut "renvoyer" plus de lumière qu'un miroir pas terrible.
Même un corps "très" noir diffuse un peu de lumière. Un faisceau de lumière produit sur sa surface un impact lumineux qui en témoigne, car si toute la lumière était absorbée on ne verrait aucune différence entre sa surface éclairée et non-éclairée. On peut d'ailleurs facilement montrer que cet impact lumineux se comporte comme une "source" de lumière si l'on place un autre objet de telle façon que la lumière du faisceau n'y parvienne pas directement, mais pourra l'éclairer par "ricochet" sur le corps noir.



Pour se convaincre d'une autre façon qu'un impact lumineux correspond à la surface qui renvoie la lumière dans l'œil de l'observateur, on peut faire l'expérience suivante :
découper une petite fenêtre (1 cm de côté) dans un carton noir et produire un impact lumineux sur le carton autour de la fenêtre. Vous verrez que l'impact lumineux rend le carton gris clair et que la fenêtre est très noire (laissez au moins une bonne dizaine de cm derrière la fenêtre pour que la lumière qui l'a traversée ne puisse pas rebondir sur une surface claire). L'explication vient de l'idée que pour voir un objet l'observateur doit recevoir la lumière issue de cet objet. Or, la lumière qui arrive sur le carton traverse la fenêtre mais ne peut pas revenir et n'est donc pas renvoyée vers l'observateur qui voit ainsi un trou noir.
Essayez également des écrans troués de couleurs vives. Le trou, qui ne diffuse pas la lumière reçue, sera toujours très noir, contrairement à l'impact lumineux sur l'écran qui diffuse la lumière colorée. Il en diffuse beaucoup plus qu'un écran noir (vous pouvez voir vous-même en éclairant par "ricochet" l'objet utilisé tout à l'heure pour visualiser la diffusion par le corps noir).


Petit rappelle :


  • L'addition des trois couleurs primaires donne du blanc.


  • Le noir est une absence de couleur.



Lien direct : http://www.fondation-lamap.org/fr/topic/12417

FIN, concernant la question 18
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