LUNDI

JUILLET
2014
DEMAIN C'EST AUJOURD'HUI
 
Bernhard Riemann (1826-1866)
Pendant ses études à Göttingen et à Berlin, le jeune Riemann travaille avec le mathématicien Gauss, à qui l’on doit les premières études sur le magnétisme.
Nommé professeur à l’Université de Göttingen en 1859, il cherche d’abord à développer une géométrie qui puisse servir à l’étude des lignes de champ magnétique. Cela le conduit à proposer un formalisme mathématique qui soit applicable à toutes les géométries non-euclidiennes (c’est-à-dire dont les surfaces ne sont pas planes, mais courbées), quel que soit le nombre de dimensions. C’est cette mathématique qu’Einstein utilisera pour développer sa relativité générale.
Riemann poursuivra aussi d’importants travaux sur les fonctions complexes, sur le calcul intégral, sur la solution des équations quadratiques, sur la topologie et sur la distribution des nombres premiers (la plus célèbre de ses conjonctures n’a d’ailleurs pas encore pu être démontrée, après un siècle et demi). Mais ce mathématicien, parmi les plus brillants de l’histoire, meurt à 39 ans, emporté par la tuberculose.
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par MANTEAU  236

VENDREDI

JUILLET
2014
DEMAIN C'EST AUJOURD'HUI
 
Edwin Hubble (1889-1953)
Cet astronome américain est devenu célèbre en fournissant, en 1924, les premières mesures de la distance de nébuleuses d’intensité variable, les Céphéides, dont il a démontré qu’elles se trouvent à l’extérieur de notre galaxie. Il faisait, du coup, exploser les dimensions de l’Univers. Il a ensuite extrapolé sa méthode de détermination des distances, en se basant sur les étoiles les plus lumineuses de chaque galaxie.
C’est dans ce contexte qu’il a découvert que, plus les galaxies étaient éloignées de nous, plus leur rayonnement était " décalé " vers le rouge. Il propose une explication en 1929 : le décalage s’expliquerait par la fuite de ces galaxies lointaines, par rapport à nous.
En 1936, il formule la " loi de Hubble " (v = HL) qui stipule que la vitesse de fuite d’une galaxie (v) est égale à sa distance astronomique (L) multipliée par une constante (H), dite constante de Hubble. La détermination de la valeur exacte de la constante de Hubble (et donc de la dimension réelle de l’Univers observable) donne lieu, aujourd’hui encore, à de nombreux débats.
A suivre...
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par MANTEAU  198

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JUILLET
2014
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Alexander Friedman (1888-1925)
Né à Saint-Petersbourg, où il complète ses études en mathématiques, Alexander Friedman commence sa carrière comme météorologiste en 1913. Pendant la Première Guerre Mondiale, il est enrôlé comme pilote d’avion et met ses talents de mathématicien au service de la cause, en modélisant les trajectoires des bombes et en donnant des cours d’aéronautique aux pilotes. En 1916, il est nommé directeur de la station aéronautique de Kiev, puis devient professeur au département de physique et de mathématiques de l’Université de Perm. Mais la guerre civile fait rage, et Friedman doit revenir en 1920 dans sa ville natale (rebaptisée Petrograd) où il met les bouchées doubles : il enseigne à l’Université et à l’Institut polytechnique, tout en travaillant à l’observatoire géophysique, au département d’aéronautique de l’Institut des chemins de fer et à la Commission atomique.
C’est à cette époque qu’il découvre la théorie de la relativité générale d’Einstein, passée jusque là inaperçue en Russie. Il publie en 1922 une analyse des équations d’Einstein, où il montre que l’univers stable serait un cas d’exception, alors qu’il existe une infinité de solutions mettant en scène un univers dynamique. Einstein publie aussitôt dans les Annales de physique une réponse où il affirme que les calculs de Friedman sont erronés. Mais il se rétracte dans la même revue l’année suivante, ce qui donne à Friedman une réputation immédiate.
En 1925, Friedman bat le record d’altitude en ballon (7 400 mètres) lors d’une expédition de recherche météorologique. C’est le dernier exploit d’une carrière scientifique trop courte. Atteint de typhoïde, il meurt un mois plus tard.
A suivre...
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par MANTEAU  324

VENDREDI

JUILLET
2014
DEMAIN C'EST AUJOURD'HUI
 
Le plus grand rêve d’Einstein est d’unifier l’électromagnétisme de Maxwell et la gravitation de Newton en une même théorie. Il énonce en 1907 le " principe d’équivalence " qui définit la force gravitationnelle comme une accélération, et prédit en 1911 que les rayons de lumière seront déformés par la gravitation.
Reconnu dès lors comme une figure de proue en physique, il est reçu comme professeur à l’Université de Zurich en 1909, à l’Université Karl-Ferdinand de Prague, en 1911, puis à l’Université de Berlin en 1914. Il publie en 1915 la version définitive de sa " Théorie générale de la relativité ", où la gravitation est traitée comme un champ, c’est-à-dire une déformation de l’espace.
En 1932, il accepte de partager son temps entre l’Université de Princeton, au New-Jersey, et l’Université de Berlin. Mais l’arrivée au pouvoir d’Adolf Hitler, en 1933, change ses plans : il s’installe en permanence aux États-Unis, où il poursuivra son effort infructueux visant à unifier les équations des champs électromagnétiques et gravitationnels.
A suivre...
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par MANTEAU  280

LUNDI

JUILLET
2014
DEMAIN C'EST AUJOURD'HUI
 
Albert Einstein (1879-1955)
Né à Ulm, en Allemagne, Einstein passe sa jeunesse à Munich où il étudie la musique (le violon), tout en poursuivant ses études, avec des résultats plutôt moyens. En 1900, il obtient un diplôme en physique de l’École polytechnique de Zurich et travaille de 1902 à 1909 au bureau suisse des brevets, à Berne.
Il complète en 1905 un doctorat à l’Université de Zurich (sur une nouvelle façon de mesurer la dimension des molécules) et publie aussitôt trois articles remarquables. Le premier, sur l’émission discontinue du rayonnement lumineux par les atomes, jette les bases théoriques d’une toute nouvelle physique des particules : la mécanique quantique. C’est cet article qui lui vaudra le Prix Nobel de physique, en 1921. Le deuxième article propose une extension du principe de la relativité classique, qui conduit à une hypothèse étonnante : la vitesse de la lumière serait invariable, quelle que soit la vitesse de l’observateur. C’est la base de la théorie de la relativité d’Einstein. Enfin, le troisième article de 1905 propose une description statistique du mouvement en apparence désordonné des molécules d’un gaz ou d’un liquide, le mouvement brownien.
A suivre...
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par MANTEAU  279

VENDREDI

JUILLET
2014
DEMAIN C'EST AUJOURD'HUI
 
Mais en 1998, deux groupes de chercheurs, en se fondant sur l’étude du rayonnement des supernovas les plus lointaines, ont toutefois apporté un début de réponse tout à fait inattendu : non seulement l’Univers est en expansion mais, surprise, cette expansion se ferait de plus en plus vite.
Comment l’expliquer ? Quelle force, encore inconnue en physique, repousserait ainsi les superamas galactiques, les uns des autres, contrant entièrement l’action de la gravitation ? On n’a pas encore la réponse, mais certains se demandent aujourd’hui si Einstein n’avait pas eu raison d’ajouter sa « constante gravitationnelle », faisant pression contre la gravitation !
Si ces données récentes se confirment, notre futur semble se dessiner : il n’y aura pas de renversement, de Big Crunch... « L’Univers va toujours continuer en expansion accélérée, la densité va se réduire jusqu’à zéro. La température va baisser et, dans des dizaines des centaines de milliards d’années, ce sera l’obscurité, le froid, le gel complet. L’Univers va finir dans un long silence. C’est pas un univers plaisant au point de vue conceptuel », dit l’astrophysicien René Racine, de l’Université de Montréal.
Puis il ajoute, en guise d’espoir : « Mais peut-être s’est-on trompé encore. On verra. »
A suivre...
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par MANTEAU  281

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LUNDI

JUILLET
2014
DEMAIN C'EST AUJOURD'HUI
 
En outre, le calcul de la distance parcourue et de la vitesse de fuite permet en principe de remonter dans le temps, à une date où tout l’Univers était concentré en un seul point. C’est ce qui a donné naissance au modèle cosmologique du « Big Bang »
Au fil des dernières décennies, d’autres découvertes — comme l’existence d’un rayonnement de fond dans l’Univers, puis la découverte de milliards de galaxies groupées en amas et en superamas — ont amené les spécialistes à réviser l’âge probable de l’Univers et à enrichir le scénario du Big Bang… sans jamais le remettre vraiment en question.
Mais une grande inconnue subsistait : l’avenir de notre Univers. Son expansion est-elle assez rapide pour se poursuivre indéfiniment, malgré l’action gravitationnelle qui tend à ralentir cette fuite, ou au contraire y aura-t-il un jour renversement du mouvement, suivi d’un " Big Crunch " qui nous ramènerait vers le noyau initial ? La réponse, a-t-on longtemps cru, dépend de la quantité de matière présente dans l’Univers, de sa densité.
A suivre...
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par MANTEAU  242

VENDREDI

JUILLET
2014
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Finalement, c’est l’astronome américain Edwin Hubble, grâce au grand télescope nouvellement construit sur le mont Wilson, en Californie, qui apporte les preuves définitives de l’expansion de l’Univers, en 1929.
D’abord, bien au-delà de notre Voie Lactée, Hubble découvre une cinquantaine de galaxies contenant chacune des milliards d’étoiles, ce qui recule les limites de l’Univers.
Mieux encore, l’étude spectrale de ces galaxies montre un décalage vers le rouge (voir l’extrait vidéo), ce qui est l’indication irréfutable que les galaxies se fuient les unes les autres de plus en plus vite.
comme un ballon que l’on gonfle. Les points à la surface du ballon s’éloignent les uns des autres à mesure que le ballon augmente de volume. Plus les points sont éloignés les uns des autres, plus leur vitesse d’éloignement sera rapide. C’est exactement ce que donne la mesure du décalage vers le rouge que découvre Hubble.
A suivre...
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par MANTEAU  287

LUNDI

JUIN
2014
DEMAIN C'EST AUJOURD'HUI
 
Comme la plupart des physiciens et astronomes au début du 20e siècle, Einstein est convaincu que l’Univers est statique. Il n’est ni en expansion, ni en contraction. Il restera toujours tel qu’il est aujourd’hui. Pourtant, les équations de la relativité générale d’Einstein n’autorisent pas un tel Univers stable. Il devrait en principe rapidement s’effondrer sur lui-même. Einstein ajoute donc un élément à ses équations, une pression constante qui s’opposerait à cet effondrement. Il l’appelle la constante cosmologique.
Pourtant, le mathématicien russe Alexander Friedmann, un mordu de la théorie de la relativité générale, propose en 1922 une autre solution aux équations d’Einstein. Une solution qui réfute un univers statique, mais qui permet un univers en expansion ou en oscillation.
C’est une idée qu’Einstein rejette d’abord. Mais, comme l’explique l’historien des sciences Yves Gingras, de l’Université du Québec à Montréal, Einstein va finir par reconnaître le mérite de cette nouvelle hypothèse. « Einstein est quand même intelligent. Au bout d’un an, il va comprendre son erreur et admettra que la solution de Friedmann à ses équations est bonne. Et cette solution mène automatiquement à un Univers en expansion. »
A suivre...
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par MANTEAU  286

VENDREDI

JUIN
2014
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Malgré tout son génie, Einstein commet quand même une erreur. « La plus grande bourde de toute mon existence », reconnaît-il, plus tard.
Il faut dire qu’en 1915, ni la structure ni les dimensions de l’Univers ne sont encore bien connues. La Voie lactée, notre galaxie, représente alors tout l’Univers connu. Et on ne connaît ni ses dimensions exactes ni ce qu’il y a au-delà.
A suivre...
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par MANTEAU  329

LUNDI

JUIN
2014
DEMAIN C'EST AUJOURD'HUI
 
Pour Einstein, la gravité n’est donc pas une force mais une géométrie de l’espace. Une nouvelle cosmologie est née; elle donne le vertige.
Pour l’astrophysicien René Racine, de l’Université de Montréal, les conséquences de la relativité sont ahurissantes : « Einstein nous présente un concept de l’Univers tout à fait différent de celui qu’on avait auparavant. De penser que l’espace a une géométrie variable, qu’il peut être courbe, qu’on peut même y créer des trous, dans lesquels on pourrait mettre quelque chose… et que ce quelque chose puisse disparaître. Ce n’est pas de la magie, c’est de la physique. La physique d’Einstein annonçait les « trous noirs ». C’est un concept complètement étranger à la mécanique newtonienne. »
A suivre...
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par MANTEAU  279

VENDREDI

JUIN
2014
DEMAIN C'EST AUJOURD'HUI
 
Dans la mécanique de Newton, les masses s’attirent. Elles exercent une force d’attraction l’une sur l’autre. C’est la loi de la gravitation universelle.
Avec Einstein, ce concept de force de gravitation devient superflu. Autour d’une masse, le Soleil par exemple, la géométrie de l’espace se déforme, comme celle d’une toile souple sur laquelle on aurait déposé un objet lourd. La Terre, qui est à proximité, n’a pas le choix. Elle suit la seule trajectoire possible : celle de l’espace courbé par le Soleil. Elle tourne autour.
A suivre...
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par MANTEAU  279

              
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