Blogs Lalibre.be
Lalibre.be | Créer un Blog | Avertir le modérateur

01/11/2008

E = mc²

 

Modeste Toulemonde cherche à comprendre

Formule que  « Tout le monde » connaît bien depuis que les médias s’en sont emparés pour donner plus de piquant intellectuel à leur littérature.

 

Cette formule « magique » est toute simple : une équation avec un produit dont un élément est élevé au carré.  Cependant elle définit l’essentiel de tout … 

 

Einstein, ce fantaisiste qui nous passe la langue, a eu un jour un « éclair de génie » en découvrant une formule essentielle qui nous révèle ce que notre entendement de terrien ne voudra jamais admettre.

 

E    L’énergie  (donc quelque chose que nos sens ne peuvent saisir, mais qui fait que tout est en mouvement, que rien n’est statique, c’est-à-dire immobile)

 

=  m   c’est de la matière  (rappelons qu’elle peut être de trois sortes :  solide, liquide, gazeuse) … accélérée par c qui est la vitesse de la lumière (c étant la première lettre du mot latin céléritas qui veut dire vitesse),

 

Ce c étant lui-même accéléré par une valeur identique à lui (en mathématique algébrique on dit élevé au carré que l’on écrit c2)

                               

Donc, l’énergie qui est l’essentiel (le moteur) de l’Univers depuis qu’Einstein l’a compris, c’est de la matière (m) que nos sens peuvent percevoir par le toucher et la vue (sauf dans certains cas pour la matière gazeuse) qui est accélérée (du latin accelerare, venant lui-même de celer = rapide, donc rendu plus rapide) par le fameux facteur (c)qui se multiplie par lui-même (élévation au carré).

 

Il s’agit d’une loi spatiale qui n’a rien à voir avec nos lois terrestres.  Ce phénomène d’expansion atteint une vitesse limite de 300.000 kilomètres par seconde, c’est-à-dire celle des particules (les photons) qui composent la lumière depuis le Big Bang ou l’explosion initiale.

 

Au-delà de cette vitesse limite (300.000 km.sec.) la matière redevient énergie.

 

------

 

 

En principe, les photons de l’explosion initiale nous accompagnent depuis le « Big Bang » à la vitesse de la lumière, c’est ce qui a permis, en 1929 à Edwin Powell Hubble  (1889-1953) d’évaluer l’âge de l’univers à 14,7 milliards d’année (13,7 milliards d'années depuis la mesure établie par le satellite WMAP) par rapport à nous  (suivant la constante de Hubble : les galaxies s’éloignent les unes des autres à une vitesse approximative proportionnelle à leur distance). Le chanoine belge Georges Henri Lemaître (1894-1966) aurait déjà fait cette découverte deux ans avant lui.

 

Cependant les dernières avancées de la science ont permis de préciser que ces théories et ces chiffres ne seraient valables que pour les petites échelles de mesures que permettaient les moyens de l’époque.

 

A grande échelle, l’expansion de l’univers, correspondrait à un « gonflement » de l’espace avec un écartement mutuel des galaxies s’éloignant les unes des autres d’une manière égale, mais avec la particularité que la taille des composants de cet univers ne serait pas modifiée.

 

 Ce n’est  donc pas comme si on étirait une toile élastique sur laquelle on aurait dessiné des étoiles qui grossiraient avec l’étirement, mais ce serait plutôt comme si, au lieu de les dessiner, on avait collé des pièces de monnaie sur cette toile élastique et que la toile s’étendrait et non pas les pièces.

 

Cependant, il est aussi important de souligner que le seul élément que l’on puisse calculer c’est le temps mis par la lumière du rayonnement fossile pour parvenir jusqu’à nous, soit entre 13 et 15 milliards d’année,  ce qui n’a rien à voir avec la taille de l’univers en terme de mesure métrique qui pourrait être de l’ordre de 40 à 50 milliards d’années multipliés par 300.000 km. par seconde. (Soit en kilomètres : 60 secondes x 60 minutes x 24 heures x 365 jours x 300.000 km x 50 milliards soit 473.040 trillions ou environ 5 suivi de 23 zéros, comme il s’agit du rayon, le diamètre de l’univers devrait être du double de cette valeur.)

 

-------

 

Réalisant l’énergie inouïe que l’on dégagerait en « cassant » sa formule dans un engin de destruction, Einstein, ce génial chercheur, en avertira le président Roosevelt (nous étions en 1939),  supposant modestement que s’il l’avait découvert, d’autres chercheurs (ennemis) le feraient également, (heureusement, il se trompait), aussi en secret les alliés s’empressèrent-ils  de créer une bombe à « fission nucléaire » dont la puissance de destruction serait inouïe.  On connaît la suite atroce déterminant la fin des hostilités.

 

Comment le génial Einstein en est-il venu à proclamer cette loi fondamentale de E = mc2, tellement aberrante pour l’entendement des physiciens de l’époque ?

 

Pénétrons-nous du climat scientifique qui entourait les chercheurs des années du conflit mondial  qui embrasa le monde jusqu’à son paroxysme monstrueux de la destruction d’Hiroshima (6/8/1945 – 100.000 victimes) et Nagasaki (9/8/1945 - 80.000 victimes).

 

Einstein et les chercheurs de l’époque disposaient des avancées prodigieuses de la science, cependant toujours influencées par les grandes lois proclamées par les maîtres du passé : Kepler, Galilée, Copernic et autres Newton.

 

Aussi sera-t-il intéressant de se pencher sur l’histoire de la formule :  E = mc2 

 

E,  c’est l’énergie dans l’espace et le premier qui découvrit cette notion d’énergie dans l’espace fut un modeste employé-chimiste, Michael Faraday (1791-1867) qui constata en 1812 que l’aiguille d’une boussole « perdait le nord » et se tournait dans la direction d’un câble électrique sous tension dès qu’on s’en approchait. 

 

L’aiguille aimantée était donc attirée par l’influx électrique circulant dans le câble, or à cette époque, on estimait que l’électricité ne pouvait s’échapper de son câble et y circulait comme l’eau dans un tuyau. Dès lors on se mit à concevoir que l’énergie occupait une place dans l’espace, pour plus tard admettre qu’elle occuperait tout l’espace.

 

Cette découverte amena Faraday à inventer, dès les années 1831, l’électro-aimant qui fait tourner les moteurs électriques ouvrant ainsi la voie aux applications tels les dynamos, les générateurs et les transformateurs.  Il se distingua dans tous les domaines de la chimie et de l’électricité donnant son nom à de nombreux  concepts  ou techniques (le Farad, la constante de Faraday, l’instabilité de Faraday, la cage de Faraday) et introduira les termes d’anode, de cathode, d’anion, de cation et d’ions.  Il fut le premier à affirmer que la lumière est une énergie.  

 

Modeste, il refusa les honneurs de l’anoblissement, la Présidence de la Royal Society et d’être enterré dans l’Abbaye de Westminster.

 

Déjà avant lui, une autre loi avait été énoncée et expérimentée par Antoine Lavoisier   (1743-1794) c’est la conservation de la matière : « Rien ne se crée, rien ne se perd, tout se transforme » bien que cette phrase lui soit injustement attribuée, (elle daterait pour d’autres raisons d’avant Jésus-Christ et aurait été énoncée par Anaxagore de Clazomènes qui parlait de l’énergie et pas de la matière), elle résume cependant bien le principe tel que l’a déterminé Lavoisier de la façon suivante en parlant de la fermentation : « … Il faut bien connaître l’analyse et la nature du corps susceptible de fermenter, et les produits de la fermentation ; car rien ne se crée, ni dans les opérations de l’art, ni dans celles de la nature, et l’on peut poser en principe que, dans toute opération, il y a une égale quantité de matière avant et après l’opération ; que la qualité et quantité des principes est la même, et qu’il n’y a que des changements, des modifications » .

 

Antoine Lavoisier était un avocat, bourgeois aisé, attiré par  les sciences et la chimie.  A 25 ans, il obtient la charge de « Fermier général » c’est-à-dire celle de percevoir les impôts, ce qui lui vaudra d’être guillotiné sous la « Terreur » avec les 28 fermiers généraux le 8 mai 1794.

 

Lavoisier, mathématicien par son métier de financier, cherche à donner à la science des outils mathématiques en recherchant l’équilibre, comme les comptables le font dans leur balance, entre ce qui sort et ce qui entre dans l’espace où se situe  l’expérience, ce qui le poussera à  mettre au point des outils donnant des pesées précises. Toujours obsédé par ce qu’on a appelé  « la loi de la conservation de la masse », grâce à ses gros moyens financiers,  il mit au point des appareils de pesée extrêmement précis fabriqués par les plus grands artisans, ce qui lui permit de prouver cette théorie. (Rien ne se perd, tout se transforme)

 

Autre personnage surprenant pour l’époque, tant par son esprit, son génie que la liberté de ses mœurs fut Emilie de Breteuil (1706-1749), devenue marquise du Châtelet par mariage en 1725.

 

Elle eut de nombreux amants, comme le mathématicien Maupertuis, le petit neveu du cardinal de Richelieu, et le marquis de Guébiant. Elle s’initiera aux travaux d’Isaac Newton (1642-1727)  et de Leibniz  (1646-1716) ce qui l’amènera à une expérience étonnante faite avec d’une bille de plomb tombant sur de l’argile à des hauteurs différentes qui lui fit constater que l’écrasement provoqué correspondait au carré  de la masse et non à son addition.  Cette expérience lui permit déjà d’augurer de  la fameuse formule d’Einstein (E = mc2).

 

Madame du Châtelet ne fut pas seulement la maîtresse de Voltaire pendant quinze ans mais elle fut aussi sa collaboratrice (ils traduiront ensemble « les Principia » de Newton) .  Elle mourut en couches, en 1749, à la naissance d’un enfant (qui n’a pas survécu) qu’elle eut d’un autre amant (le beau chevalier de Saint-Lambert, poète).

 

On ne peut pas non plus passer sous silence d’autres chercheurs, Pierre Curie 1859-1906) et sa femme Marie (1867-1934)  qui feront faire un pas important à la science en découvrant le radium et la radioactivité ainsi que Antoine  Henri Becquerel   (1852-1908)  et Ernest  Rutherford  (1871-1937)

 

Mais celui qui fit faire l’avancée la plus significative dans les domaines que l’on dénommera ultérieurement « relativité restreinte » et « mécanique quantique », ce fut James Clerk Maxwell  (1831-1879) :  ses contributions à la science sont considérées par certains comme aussi importantes que celle de Newton ou Einstein.

 

En 1864, il écrit : « L’accord des résultats semble montrer que la lumière et le magnétisme sont deux phénomènes de même nature et que la lumière est une perturbation électromagnétique se propageant dans l’espace suivant les lois de l’électromagnétisme. » 

 

Maxwell supposera que la propagation de la lumière nécessite un milieu (l’éther) pour support des ondes.  Einstein, plus tard, en formulant ses théories de la « relativité» démontrera que l’existence de l’éther n’était pas nécessaire.

 

Maxwell calculera avec les moyens limités de l’époque la vitesse de la lumière à 310.740.000 mètres par seconde (des mesures plus précises l’évalueront à 299.792.458 kilomètres à la seconde ou environ 300 millions de kilomètres)

 

Au delà de cette vitesse cosmique, l’énergie se transforme en masse, révélant ainsi le mécanisme de l’univers qui n’a rien à voir avec celui que nous expérimentons tous les jours sur notre planète qui subit les lois de son environnement.

 

Maxwell fréquenta Lavoisier en fin de vie (il était 40 ans plus âgé que lui) avec beaucoup de considération pour le vieux savant dont l’esprit n’était plus aussi alerte.  Ont-ils dans leurs entretiens évoqué cette éventualité de libérer dans la matière une force capable de détruire une ville ou de produire une énergie gigantesque ?

 

-----------

 

 

Conclusions :   E = mc2   

 

Cette formule révèle le mécanisme de notre univers

 

1.        Notre univers c’est de l’énergie.

2.        Notre univers c’est aussi de la matière en expansion continue (le facteur c au carré)

3.        Notre planète « terre » est un « excédent partiellement  éteint » détaché d’une étoile (soleil)

4.        La terre est constituée de roches et de sédiments résultant de l’évolution de la vie, d’une épaisseur de 35 kilomètres sous les continents, 5 à 7 km. et sous les océans et 60 km. sous certaines chaînes de montagne (cordillère des Andes), autour  d’une masse dont une partie mobile ou  en fusion de 6344 kilomètres (centre de la terre = 40.000 kilomètres divisé par 3,14 divisé par 2 = le rayon d’environ 6379 kilomètres – 35 kilomètres   = 6344 kilomètres)

 

C’est sur cette « pelure » de 35 kilomètres que la vie s’est manifestée pour aboutir après bien des avatars à « l’homme intelligent » que nous sommes.

 

Suivant des théories avancées actuellement, notre univers ne serait qu’un univers-bourgeon qui se serait développé accidentellement et en excédent dans un univers-total dont nous ignorerions et les lois et le mécanisme.

 

Fondé en 1952 par 12 états européens, le Cern (Centre européen pour la recherche nucléaire) établi près de Genève, a construit à 100 mètres sous terre, depuis 1996, le plus grand collisionneur de Hadrons  (LHC) existant  au monde (un anneau de 27 kilomètres refroidi pendant deux ans pour obtenir  -271,3° (presque le zéro absolu) qui créerait les conditions qui prévalaient dans les millièmes de secondes qui ont suivis le Big Bang.

 

0n y traque le Boson de Higgs  Rappelons que les chercheurs,  l’anglais Higgs et les belges Englert et Brout, avancent une théorie suivant laquelle la découverte de cette particule, (tellement cachée qu’il faut un instrument de la taille de celui que l’on a construit à Genève pour la traquer – certains ont  la taille d’une cathédrale sous terre – et aurait dû donner des résultats en 2009 si un problème de fonctionnement n’avait pas provoqué un retard d’un an) permettrait de connaître la taille de notre univers et de mieux le comprendre. 

 

Notre univers serait-il un univers-bourgeon, survenu accidentellement sur un univers-total beaucoup plus complexe dont nous n’imaginerions même pas les loi ?.  Cette thèse apporterait une solution au dilemme d’Einstein concernant la mise en concordance de ses théories sur la relativité restreinte et relativité générale, puisqu’il existerait d’autres lois que nous ne pouvons pas appréhender.

 

Tout cela démontre notre insignifiance.

 

 

-------------

 

 

 

Ceux qui voudraient approfondir ou vérifier « ce condensé » écrit par un modeste profane « Monsieur Toulemonde » pourront consulter la documentation suivante :

 

-          Les différents sites de Wikipédia sur Internet

-          Le site Internet de vulgarisation sur la mission Planck (planck.fr) qui doit mesurer avec grande précision un certain rayonnement présent dans l’univers, appelé le rayonnement fossile.

-          L’émission E = mc2  produite par ARTE (adaptation française)

-          Les articles sur le Grand Collisionneur de Guy Duplat dans la Libre Belgique

-          Le livre de Brian Greene, La Magie du cosmos  (Robert Laffont)

 

 

 

 

 

 

Commentaires

Formidable pédagogie, Monsieur Toulemonde!
La curiosité et la volonté de comprendre débouchent ici sur le désir de partager ses recherches. Plus d'un, jeune ou vieux, pourra y rafraîchir ses connaissances. On a vraiment compris quand on peut expliquer clairement, cela se vérifie.
Bonne continuation.

Écrit par : Tania | 04/11/2008

Les commentaires sont fermés.