Sciences-Friction(s) (Nontron 2018)



Affiche réalisée par Studio iGraphics


Nouveau projet qui démarre en février 2018

« Le bon sens, quoi qu'il fasse, ne peut manquer de se laisser surprendre à l'occasion. Le but de la science est de lui épargner cette surprise et de créer des processus mentaux qui devront être en étroit accord avec le processus du monde extérieur, de façon à éviter, en tout cas, l'imprévu »


  • Public concerné
Élèves du collège et/ou du lycée

  • Objectifs :

Redonner un attrait aux sciences qui passe par la curiosité et le rêve.
Susciter un intérêt et une curiosité pour les sciences (sciences exactes et sciences humaines) en présentant un problème, une expérience, une phrase, un paradoxe, une situation (réelle ou imaginaire), une question, un événement de l’actualité (ondes gravitationnelles, boson de Higgs, ....), un extrait de film, un texte (extrait livre ou article scientifique).

A partir d’un ce ces ingrédients déployer un exposé qui apporte des éléments de réponses mais laisse une part inexpliquée qui devrait susciter chez le public une forme de frustration positive qui le pousse à approfondir la question par ses propres moyens.

  • Thèmes
Mathématiques
Physique
SVT
Philosophie

  • Approches envisagées : traitement par "paradoxe"

Qu'est-ce qu'un paradoxe ? 

Le paradoxe est le plus souvent un ensemble d’au minimum deux affirmations qui impliquent une tension conflictuelle entre elles, notamment lorsqu'elles semblent évidemment vraies. Toutefois, certains paradoxes, comme celui du menteur, ne sont formés que d'une seule affirmation, ayant plusieurs conséquences apparemment logiques, mais contradictoires.


Un paradoxe, d'après l'étymologie (du grec paradoxos, « παράδοξος » : « contraire à l'opinion commune », de para : « contre », et doxa : « opinion »), est une idée ou une proposition à première vue surprenante ou choquante, c'est-à-dire allant contre le sens commun. En ce sens, le paradoxe désigne également une figure de style consistant à formuler, au sein d'un discours, une expression, généralement antithétique, qui va à l'encontre du sens commun.
Le paradoxe, comme le précise la neuvième édition du dictionnaire de l'Académie française1, en est venu à désigner plus tard, de façon plus restrictive, une proposition qui contient ou semble contenir une contradiction logique, ou un raisonnement qui, bien que sans faille apparente, aboutit à une absurdité, ou encore une situation qui contredit l'intuition commune malgré la définition originelle dans la huitième édition de ce même dictionnaire.
Le paradoxe est un puissant stimulant pour la réflexion. Il est souvent utilisé par les philosophes pour nous révéler la complexité inattendue de la réalité. Il peut aussi nous montrer les faiblesses de l'esprit humain et plus précisément son manque de discernement, ou encore les limites de tel ou tel outil conceptuel. C'est ainsi que des paradoxes basés sur des concepts simples ont permis de faire des découvertes en science ou en philosophie ainsi qu'en mathématiques et en biochimie.
On trouvera une collection importante de paradoxes dans la catégorie Paradoxe. Voir aussi les petites expériences de pensée (de la physique), les raisonnements fallacieux ou sophismes (en rhétorique).


Séance N°1: Paradoxe de Fermi 

« S’il y avait des civilisations extraterrestres, leurs représentants devraient être déjà chez nous. Où sont-ils donc ? »





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Autres questions envisagées :
  • Pourquoi le ciel la nuit n’est il pas illuminé par le nombre infini d’étoiles 
  • Est-il possible de voyager dans le temps ? 
  • Paradoxe des jumeaux de Langevin 
  • Qu’est-ce que l’infini ?
  • Hôtel de Hilbert
  • Sommes-nous maîtres du temps ?
  • Pourquoi dit-on que le temps passe?
  • Le temps a-t-il une origine ?
  • Les paradoxes du temps
  • La falsification de la science
  • Comment calcule t-on l’âge de l’univers ? 
  • Qu’est-ce qu’une particule élémentaire ? 
  • Nucléosynthèse 
  • De quoi est composée la matière ? 
  • Problème de Monty Hall 
  • Embouteillages et mathématiques
  • Modélisation trafic routier 
  • Théorie du chaos   
  • Le chat de Schrödinger 
  • D’où vient la matière ?

     


Pourquoi le ciel nocturne est-il noir ? Paradoxe d'Olbers

Depuis toujours les hommes ont constaté qu'après le coucher du Soleil, le ciel noircit, piqueté ça et là de points brillants, les étoiles. Personne ne trouvait cela anormal jusqu'à ce qu'en 1823, Heinrich Olbers, médecin allemand passionné d'astronomie, remette en cause cette évidence. Dans un ouvrage intitulé "La transparence cosmique", Olbers écrivait : "S'il y a réellement des soleils dans tout l'espace infini, leur ensemble est infini et alors le ciel tout entier devrait être aussi brillant que le Soleil. Car toute ligne que j'imagine tirée à partir de nos yeux rencontrera nécessairement une étoile fixe quelconque, et par conséquent tout point du ciel devrait nous envoyer de la lumière stellaire."

Si l'astronome allemand exposa clairement le problème qui prit le nom de "paradoxe d'Olbers", d'autres avant lui l'avaient évoqué. Képler le premier au 17ème siècle s'était interrogé sur la contradiction qu'il y avait d'un côté entre l'aspect du ciel nocturne que tout un chacun observait, et de l'autre l'idée d'un espace peuplé d'étoiles distribuées uniformément. En 1720 Halley évoqua le problème à nouveau et en 1744 l'astronome suisse Jean-Philippe Loys de Chéseaux alla même jusqu'à calculer que la luminosité du ciel nocturne devrait égaler 100 000 fois l'éclat du Soleil !
On commença alors à chercher des réponses à ce paradoxe. L'astronome F. Struve proposa de faire intervenir des nuages de gaz et de poussière mais J. Herschel fit remarquer que si de telles régions existaient, elles seraient lumineuses, chauffées par les étoiles en arrière-plan.
En 1848 le poète et écrivain américain Edgar Poe eut une intuition géniale qu'il présenta dans un texte intitulé "Eurêka". Il expliqua le paradoxe de la façon suivante : "La seule manière de rendre compte des vides que trouvent nos télescopes dans d'innombrables directions est de supposer cet arrière-plan invisible placé à une distance si prodigieuse qu'aucun rayon n'ait jamais pu parvenir jusqu'à nous". Edgar Poe s'appuyait sur l'idée que la vitesse de la lumière était finie (ce que Roemer avait déterminé en 1676) et que les étoiles n'étaient pas immortelles.
La cosmologie moderne est venue apporter une seconde explication au paradoxe d'Olbers : la découverte de l'expansion de l'Univers dans les années 1920 a montré que les astres s'éloignent de nous de plus en plus vite, une accélération qui s'accompagne d'un décalage du rayonnement vers des grandes longueurs d'onde. Comme le pensaient Olbers et de Chéseaux, le ciel est très lumineux, mais pas pour nos yeux.



  • Phénomènes pouvant servir d’appui :
Éclipse solaire
Aurore boréale
Éloignement de la lune
Tous les corps chutent à la même vitesse (expérience de pensée avec 2x 1 objet et 1x2 objets) Galilée Newton Einstein
Universalité de la chute libre.
Expérience des horloges


Point de départ possibles :
Expédition pour vérifier théorie Einstein (éclipse)

  • Extraits de films : 
Interstellar (relativité)
L’homme qui défiait l’infini (démonstration)
Un homme d’exception
Inception
Matrix (chute libre)
Exoconference (Astier Alexandre)




EXEMPLES 
  • Poussières d’étoiles
93% de votre masse corporelle est en réalité de la poussière d’étoile. La majorité des éléments qui composent votre corps (vos os, organes, muscles … sont faits de divers atomes et molécules) ont été créés par les étoiles.
Mais il y a mieux ! En suivant la célèbre loi de Lavoisier « rien ne se perd, rien ne se créé, tout se transforme », il y a fort à parier que certains atomes de notre corps aient appartenus à d’autre formes de vies par le passé.
Ainsi, certains d’entre nous sont peut-être constitués d’atomes de… dinosaures !

  • Des milliards d’étoiles
Restons dans les étoiles. Saviez-vous que si celles-ci avaient la taille d’un grain de sable, on pourrait en remplir une piscine olympique… rien qu’avec celles contenues dans la Voie Lactée ?
Voilà qui nous fait relativiser sur la taille de l’Univers, et sur la place que nous y occupons !
Supermassive !

  • Un dé à coudre d’une étoile à neutrons pèserait plus de 100 millions de tonnes.
Une étoile à neutrons est ce qui reste après qu’une étoile se soit effondrée et soit devenue une supernova.
Cela signifie qu’une poignée de la masse d’une étoile à neutrons pèserait plus que toutes les voitures de la planète réunies !

  • Superpuce
Quand une puce saute, son taux d’accélération est 50 fois celui d’un lancement de fusée.
Qui pourrait croire qu’un si petit insecte possède une telle puissance ? Si nous pouvions construire un engin générant autant de puissance que le saut de cet insecte, nous nous retrouverions quasi-instantanément dans l’espace.
Le problème resterais alors de pouvoir encaisser une telle accélération !

  • Anticorps
Des chercheurs ont créé un anticorps ayant tué ou réduit significativement toutes sortes de cellules cancéreuses.
Dans une étude récente, des scientifiques ont rapporté avoir testé avec succès un traitement contre le cancer par transplantation d’anticorps chez des souris. Celui-ci aurait diminué des tumeurs du sein, de l’ovaire, du côlon, de la vessie, du cerveau, du foie et de la prostate chez ces animaux génétiquement très proches de l’humain.
Les anticorps bloquent une protéine appelée CD47, qui se trouve normalement à la surface de la cellule en émettant un signal indiquant de ne pas s’attaquer à elle. Ce signal empêche ainsi le système immunitaire de nuire aux cellules saines du corps.
Des expériences sur des sujets humains sont espérées pour 2014. Un grand pas de franchi dans le traitement de ces maladies !
ADN

Vous disposez de 2 mètres d’ADN dans chaque cellule de votre corps, qui en compte 10 trillions (soit 10 000 milliards de cellules). Si l’on mettait bout à bout tout cet ADN, on pourrait réaliser 52028 fois le trajet Terre-Lune !
Et si l’on étirait l’ADN des 7 milliards d’individus que compte la Terre, on pourrait se rendre 5,8 fois jusqu’à la galaxie d’Andromède (2,54 millions d’années-lumière).
La vraie vitesse de la lumière
La lumière du soleil met un peu plus de 8 minutes à parvenir jusqu’à la Terre. Et pourtant, les photons composant les rayons de lumière ont mis bien plus de temps à atteindre la surface de l’astre depuis son noyau.
En effet, si le photon se déplace extrêmement vite dans l’espace où il ne rencontre aucun obstacle, il en va autrement à l’intérieur du soleil. L’étoile étant très dense, le photon progresse très lentement et de façon aléatoire.
Le soleil faisant environ 696 000 km de circonférence, notre photon doit parcourir 348 000 km depuis son centre à raison de quelques centimètres (voir millimètres) par seconde. Ainsi, certains des rayons qui nous atteignent ont peut-être commencé leur chemin depuis le centre du soleil à l’époque des pyramides


On aurait posé la question : « combien de temps met la lumière au centre du Soleil pour atteindre la Terre », il n’y a pas si longtemps, votre Guru aurait répondu : “un peu plus de 8 minutes…” et c’est faux, sans doute vrai à partir de la surface du Soleil, mais à partir du centre nous pouvons compter en terme de milliers d’années.


  • Paradoxe de la pomme de terre

Le paradoxe de pomme de terre est un casse-tête fameux qui montre que l'on peut facilement aboutir à une conclusion erronée en appliquant une simple règle de trois.
Les données sont les suivantes : un agriculteur a 100 kg de pommes de terre. Au début, elles se composent de 99 pour cent d'eau et donc 1 % de matière sèche. Plus tard, en cours du stockage, leur teneur en eau descend à 98 %. Quel est alors le poids total des pommes de terre ?
On est tenté de raisonner comme si on perdait 1 % d'eau et donc d'écrire :


résultat manifestement faux puisque le taux de matière sèche ne serait que de 1,02 %.
Il faut tenir compte du fait que la matière sèche, qui représente 1 kg au départ, n'est pas touchée par le processus de séchage, seule une partie de l'eau étant évaporée. Puisqu'à la fin la teneur en eau est de 98 %, la matière sèche représente 2 % de la masse totale. Il faut raisonner sur la matière sèche pour appliquer la règle de trois et obtenir :

 

  • Le raisonnement sournois
Ce genre de paradoxe est construit comme une démonstration recelant une erreur sournoisement dissimulée ; c'est donc un sophisme. Il s'agit alors plus d'un exercice destiné à piéger l'étudiant ou tester sa vigilance. Par exemple, le paradoxe des trois pièces de monnaie, le paradoxe des deux enveloppes.
Cette célèbre démonstration mathématique en est aussi un :
Soit a = b
On multiplie par b : ab = b²
On soustrait cette expression à "a² = a²" et on obtient : a²-ab = a²-b²
On factorise les expressions : a(a-b) = (a+b)(a-b)
On simplifie par (a-b) : a = (a+b)
Or a = b
Donc a = 2a
Soit 1 = 2
L'erreur, à première vue inexistante, est pourtant simple : il est interdit de diviser par 0 (précisément, entre autres, pour éviter ce genre de paradoxe ; on trouvera des arguments plus précis à l'article division par zéro). Or, l'étape de la simplification par (a-b), revient à diviser les expressions par (a-b), et a-b = 0.
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