L’unité de mesure habituellement utilisée lorsque l’on parle de signification statistique est l’écart type (déviation standard), qui s’écrit avec la lettre grecque sigma en minuscule (σ). L’écart type mesure la dispersion d’une série de valeurs autour de leur moyenne.

Dans de nombreuses situations, les résultats d’une expérience suivent ce qu’on appelle une loi normale (distribution normale). Par exemple, si vous lancez une pièce 100 fois et que vous comptez combien de fois elle retombe sur Pile, le résultat moyen devrait être 50. Mais si vous faites ce test 100 fois, la plupart des résultats seront proches de 50, mais pas exactement. Vous obtiendrez presque autant de résultats avec 49 ou 51. Vous aurez quelques 45 ou 55 mais presque pas de 20 ou 80. Si vous reportez ces résultats sur un graphique, vous obtiendrez une forme bien connue appelée courbe de Gauss qui est en forme de cloche. C’est la distribution normale.

L’écart type permet de connaitre l’éloignement d’un point donné par rapport à la moyenne. Dans l’exemple du Pile ou Face, un résultat de 47 a une déviation de 3 par rapport à la moyenne de 50. L’écart type est la racine carrée de la moyenne des carrés des déviations par rapport à la moyenne. Une déviation standard, 1 sigma, tracé au-dessus ou en dessous de la valeur moyenne sur cette courbe de distribution normale, définirait une région qui inclurait 68% de tous les points de données. 2 sigmas au-dessus ou en dessous incluraient environ 95% des données, et 3 sigma en incluraient 99,7%.

Quand est-ce qu’un point de données particulier (ou un résultat de recherche) peut-il être considéré comme significatif ? La déviation standard peut nous fournir un critère : si un point de données se trouve à quelques déviations standard du modèle testé, c’est une preuve forte que le point de données n’est pas compatible avec ce modèle. Cependant, la manière d’utiliser ce critère dépend de la situation. John Tsitsiklis (professeur de génie électrique au MIT) qui donne un cours appelé « Fundamentals of Probability » explique « La statistique est un art, avec beaucoup de place pour la créativité et les erreurs ». Une partie de cet art se résume à décider quelles mesures ont du sens dans un cadre donné.

Par exemple, si vous faites un sondage sur les intentions de vote aux élections, la convention acceptée est que 2 déviations standard au-dessus ou en dessous de la moyenne nous donne un niveau de confiance de 95%, ce qui est raisonnable. Cet intervalle de 2 sigmas est ce à quoi les sondeurs font référence lorsqu’ils parlent de « marge d’erreur d’échantillonnage ».

Cela signifie que si vous faites un sondage sur une population entière et que vous obtenez une certaine réponse, et posez la même question à un 2ème groupe aléatoire de 1000 personnes, il y a 95% de chance que les résultats du 2ème groupe tombe dans les 2 sigmas du premier résultat. Si un sondage révèle que 55% de la population favorise le candidat A, alors, dans 95% du temps, un 2ème sondage pourrait indiquer un chiffre qui pourrait se situer entre 52 et 58%

Bien sûr, cela signifie aussi que dans 5% du temps, le résultat serait en dehors de l’intervalle de 2 sigmas. Cette incertitude est correcte pour un sondage d’opinion mais pas pour le résultat d’une expérience cruciale concernant la compréhension d’un phénomène important comme par exemple, l’annonce en automne dernier de la détection de neutrinos qui se déplacent plus vite que la vitesse de la lumière.

Techniquement, les résultats de cette expérience ont un très haut niveau de confiance : 6 sigmas. Dans la plupart des cas, un résultat de 5 sigmas est considéré comme une preuve suffisamment solide qui correspond à enciron 1 chance sur un million qu’une découverte soit simplement le résultat de variations aléatoires. Ce résultat de 6 sigmas signifie qu’il y a une chance sur 500 millions que la découverte soit un coup de chance.

Mais, pour cette expérience qui a le potentiel de remettre en question la physique moderne, 6 sigmas n’est pas un résultat suffisant. Pourquoi ? Parce que cela suppose que les chercheurs ont fait une analyse correcte et n’ont pas négligé la source d’une erreur systématique. Le résultat est si inattendu et révolutionnaire que c’est ce que la plupart des physiciens pensent qu’il est arrivé : une source d’erreur non détectée.

De manière intéressante, d’autres résultats provenant du même accélérateur de particules ont été interprétés assez différemment.

Une possible détection d’une particule appelée Boson de Higgs a été annoncée en fin d’année dernière. Les résultats avaient un niveau de confiance de seulement 2,3 sigmas, qui correspond à la probabilité d’une chance sur 50 que cela soit du à des erreurs aléatoires (niveau de confiance de 98%). Mais, parce que cela correspond à ce qui est attendu, la plupart des physiciens pensent que ce résultat doit être correct, malgré un niveau de confiance statistique beaucoup plus bas.

Cela devient encore plus compliqué dans d’autres domaines. Et particulièrement en sciences sociales et sciences médicales, comme l’explique Tsitsiklis. Un article de 2005 intitulé « Why most published research findings are wrong » (Pourquoi la plupart des résultats de recherche publiés sont faux) donne une analyse détaillée d’une variété de facteurs qui pourraient mener à de conclusions injustifiées. Cependant, ces facteurs ne sont pas pris en compte dans les mesures statistiques typiques utilisées, qui incluent la signification statistique.

L’article souligne que, en regardant de grands ensembles de données de suffisamment de manières différentes, il est facile de trouver des exemples qui passent les critères habituels de signification statistique même si ce ne sont que des variations aléatoires. Rappelez-vous l’exemple du sondage où une fois sur 20 (5%) le résultat tombe aléatoirement en dehors la zone de signification statistique. Même avec un niveau de confiance de 5 sigmas, si un ordinateur parcours des millions de possibilités il découvrira certains motifs totalement aléatoires qui répondent aux critères. Lorsque cela se produit, « vous ne publiez pas ceux qui ne passent pas » le test de signification statistique, mais certaines corrélations aléatoires donneront l’apparence de véritables découvertes. Et vous vous retrouvez à publier des résultats qui relèvent du coup de chance.

Un exemple : Plusieurs publications des 10 dernières années soutenaient qu’il y avait des corrélations significatives entre certains types de comportements ou processus de pensée et des images du cerveau obtenues grâce à l’imagerie par résonnance magnétique (MRI). Mais ces tests peuvent parfois trouver des corrélations apparentes qui sont seulement le résultat de fluctuations naturelles, ou « bruit », dans le système. En 2009, un chercheur a répété une telle expérience sur la reconnaissance des expressions faciales. Mais au lieu de réaliser cette expérience sur des sujets humains, il avait scanné un poisson mort (et avait obtenu des résultats « significatifs »).

Si vous regardez à suffisamment d’endroits, vous pouvez obtenir ce genre de résultat de « poisson mort », explique Tsitsiklis. Mais, à l’inverse, un résultat avec une faible signification statistique peut néanmoins soulever quelque chose qui mérite d’être étudié.

Il faut donc bien garder à l’esprit que ce n’est pas parce qu’un résultat répond à la définition acceptée de la signification statistique que cela en fait un résultat forcément significatif. Tout dépend du contexte.

Source : MIT

Le calendrier Maya, qui comprend en fait 3 calendriers en 1, est considéré par de nombreux experts comme étant le plus sophistiqué jamais produit par une civilisation. Il comprend plusieurs cycles appelés Tzolk’in, Ha’ab et Compte long. Ces cycles ont tous une base de calcul différente (respectivement 260, 365 et multiples de 360 jours). Le Tzol’kin et le Ha’ab nommaient et identifiaient les jours mais pas les années.

Les calculs des prêtres Mayas étaient d’une exactitude telle que le Ha’ab (365,2420 jours), le calendrier solaire, est plus précis que notre calendrier grégorien (365,2425 jours). Le chiffre exact est 365,2422 jours. Les 260 jours (environ 9 mois) du Tzolk’in, eux, correspondent à la période de gestation humaine.

La combinaison de ces 2 calendriers forme un cycle de 52 Ha’ab (18 980 jours) appelé Compte Calendaire [Calendar Round] qui servait à mesurer le temps de la vie quotidienne.

Pour désigner des périodes plus longues, les Mayas utilisaient le Compte long qui s’étend sur approximativement 5125 ans. Il commence le 11 août 3114 av-JC et se termine le 21 décembre 2012 (selon une correlation GMT). Ce jour là met un terme au 13ème Bak’tun. Un Bak’tun est une subdivision du Compte Long d’une durée de 144 000 jours (394 ans)

Le Compte Long est calculé depuis un certain point zéro. Arithmétiquement, ce point est noté 0.0.0.0.0 (4 Ajaw 8 Kumk’u). Ce jour est connu comme étant celui du commencement de la création actuelle. C’est le 11 août 3114 av-JC, jour où les êtres humains auraient été créés, selon les Mayas.

Dans les inscriptions classiques le Compte long concernant cet évènement n’apparait jamais dans sa forme mathématique « correcte » mais est noté 13.0.0.0.0 (4 Ajaw 8 Kumk’u). Dans ce système, la fin de période du 13ème Bak’tun partage la même notation que la date de création.

Les références écrites concernant la fin du 13ème Bak’tun sont rares. En fait, la plupart des spécialistes Maya en citent une seule : une tablette de pierre sur le Monument 6 du site archéologique de Tortuguero situé dans l’Etat Mexicain de Tabasco. Cette tablette constitue l’aile droite du Monument 6 qui est en forme de T et dont l’aile gauche est manquante.

Ce que dit exactement la tablette reste un mystère parce que les glyphes sont partiellement endommagés. Les spécialistes ont néanmoins tenté plusieurs traductions dont la plus importante date de 1996. Elle a été faite par Stephen Houston (Brown University) et David Stuart (University of Texas).

L’interprétation initiale de Houston et Stuart indiquait qu’un dieu, ou des dieux (Bolon Yokte’ K’uh signifierait « 9 dieux ») descendrai[en]t à la fin du 13ème Bak’tun. Ce qui se produirait ensuite est incertain. Les spécialistes ont suggéré qu’il pourrait s’agir d’une sorte de prophétie.

Cette analyse de 1996 a été présentée sur de nombreux sites New Age, des forums de discussion et même dans quelques livres, comme une preuve affirmant que les Mayas prédisaient la fin du monde.

Houston et Stuart ont récemment et indépendamment revisité les glyphes. Ils ont conclu que l’inscription pourrait ne contenir aucune affirmation prophétique concernant 2012. La mention de la fin du 13ème Bak’tun serait selon eux une déclaration prospective qui se réfèrerait au sujet principal de l’inscription.

Dans un article du mois d’octobre 2011 concernant ses conclusions, Stuart fait une analogie en imaginant un scribe qui voudrait immortaliser la victoire des Yankees de New York sur les Phillies de Philadelphie en 1950. Si ce scribe utilisait le dispositif rhétorique Maya qui se retrouve sur l’inscription du Monument 6, on pourrait lire : le 7 octobre 1950, les NY Yankees ont battu les Phillies, remportant ainsi la Série mondiale. Cela s’est produit 29 ans après la première victoire des Yankees de 1921. Et donc, 50 ans avant que ne se produise l’année 2000, les Yankees ont remporté la Série mondiale »

Stuart note que, écrit de cette manière, le texte mentionne une date d’importance historique située dans le futur (les 50 ans de la victoire) mais ne le fait qu’en référence à un évènement qui vient de se produire (le match de 1950)

« C’est précisément la manière dont plusieurs anciens textes Maya sont structurés, y compris celui du Monument 6 de Tortuguero » explique Stuart.

Selon Emiliano Gallaga Murrieta (directeur de la division de l’Etat du Chiapas à l’Institut National d’anthropologie et d’histoire du Mexique) cette structure des textes Mayas est ce qui a confondu les esprits modernes, étant donné notre penchant pour la lecture littérale. Même si l’inscription du Monument 6 fait référence à un dieu qui descend à la fin du 13ème Bak’tun, ce n’est pas une déclaration concernant la fin du monde.

Dans un commentaire sur le blog de Stuart, les spécialistes indépendants Barbara MacLeod et Sven Gronemeyer expliquent, quant à eux, que la phrase en question apporte bien une nouvelle information explicite : ce qui s’est produit sera réitéré

« Comme plusieurs auteurs (Erik Boot, Gunsenheimer Antje et Bodil Liljefors-Persson entre autres) l’ont noté, la prophétie Maya était une interprétation du passé et une attente pour le futur basée sur l’expérience ». Pour reprendre la même analogie que Stuart, ils expliquent que si un scribe Maya avait vu une équipe remporter plusieurs grandes finales en 2007, 2009 et 2011, sa « prophétie » aurait certainement été que cette équipe remporterait une nouvelle victoire en 2013.

Si l’on s’en tient à cette tablette du monument 6 de Tortuguero qui mentionne la date du 21 décembre 2012, on peut s’attendre à la venue d’un « dieu » (Bolon Yokte) mais pas à la fin du monde. Bolon Yokte est associé à la guerre et aux enfers mais il est également associé à la création et au changement.

Pour compliquer les choses, une nouvelle découverte a été annoncée en novembre dernier par des anthropologues mexicains du NIAH qui ont reconnu avoir retrouvé cette même date sur une brique des ruines de Comalcaco, près de Tortuguero

Arturo Mendez, un porte-parole de l’institut, a expliqué que ce fragment a été découvert il y a quelques années et a été l’objet d’une étude approfondie. Mais cette brique n’est pas exposée.

David Stuart explique que la date inscrite sur cette brique pourrait évoquer une date passée. Le 3e glyphe sur la brique semble dire « il/elle/ça arrive » mais il n’y a pas d’indication concernant un évènement futur. Il s’agirait d’une date historique plutôt que prophétique.

A gauche, le dessin du panneau droit du Monument 6 (par Sven Gronemeyer, le 25 octobre 2009) révisé par Barbara MacLeod, Hutch Kinsman et Erik Boot (le 13 avril 2010) // A droite, la mosaïque photo basée sur les photos de Donald Hales et Elisabeth Wagner qui a été assemblée par Paul Johnson.

Les dessins existant du panneau latéral droit étaient basés sur des photos dispersées. A l’aide des principales sources photographiques, Paul Johnson a assemblé une mosaïque photo qui a servi de base au nouveau dessin.

A partir de cette mosaïque photo, Barbara MacLeod et Sven Gronemeyer ont tenté de reconstruire une phrase décrivant une future « grande investiture » de la divinité Bolon Yokte’ K’un.

Webographie : National Geographic / Blog de David Stuart / MSNBC

Des effets visuels étranges apparaîtraient comme on peut le voir sur la vidéo ci-dessous. Dans cette simulation on considère que la vitesse de la lumière est de 1 mètre par seconde (en réalité elle est de 299 792 458 mètres par seconde).

La vidéo commence à montrer la scène sans aucun effet relativiste puis présente tous les effets les uns après les autres.

- Aberration relativiste [1:03]

Dès que l’on commence à accélérer, la compression angulaire crée l’impression que l’on recule. Lorsqu’on dépasse un panneau situé sur le côté, il semble tourner sur lui-même. Cette aberration angulaire (effet Terrell-Penrose, 1959) conserve le panneau dans notre champ visuel alors que nous le dépassons. Cette distorsion extrême affecte tous les objets. Remarquez le ciel qui semble rétrécir et disparaitre

- Effet Doppler [1:54]

Tout se qui se situe devant vous vire vers le bleu et tout ce qui se situe derrière vous vire vers le rouge. Le désert se décale vers le bleu puis vers le vert et le rouge, ce qui donne un effet d’arc-en-ciel. En se décalant de plus en plus vers le bleu, le ciel perd sa couleur. Près des angles de l’image le ciel prend une teinte rouge et la route perd sa couleur alors que le désert se décale vers l’infrarouge.

- Effet de phare ou de projecteur [2:44]

Si l’on inclut tous les effets relativistes, l’image devient rapidement monotone : les objets situés près des bords s’assombrissent et le centre de l’image s’illumine intensément

Un jeu vidéo en temps-réel pour simuler un voyage à la vitesse de la lumière

A part cette vidéo de très mauvaise qualité qui a déjà 15 ans, j’ai cherché d’autres simulations de voyages à la vitesse de la lumière et je n’ai trouvé qu’une simulation d’un groupe de l’Université de Hildesheim mais la résolution de la vidéo n’est pas très élevée non plus et tous les effets relativistes ne sont pas représentés.

Mais j’ai eu la très bonne surprise de trouver beaucoup mieux qu’une vidéo : un jeu vidéo permettant d’expérimenter un voyage à la vitesse de la lumière. Encore le fruit du travail du groupe de visualisation relativiste de l’Australian National University.

Ce jeu vidéo s’appelle RTR (Real Time Relativity). Il a été développé par Lachlan McCalman, Antony Searle (qui a réalisé la vidéo que je présente dans cet article), Craig Savage et Michael Williamson. La dernière version est sortie en avril 2009.

Un portage sur iPad est prévu apparemment, si l’on en croit cette page de projet

Il existe plusieurs techniques de fabrication additive.

Stéréolithographie

Cette technologie a été inventée en 1986 par Chuck Hull, fondateur de 3D Systems. La machine de stéréolithographie ci-dessous (la « Mamouth » de imaterialise) dessine la première tranche de l’objet sur la surface d’un polymère liquide qui se durcit au contact d’un laser contrôlé par ordinateur. Cette tranche est ensuite abaissée pour que la machine puisse dessiner la tranche suivante. Le processus est répété jusqu’à l’obtention de l’objet.

3DP

La technologie 3DP a été inventée au MIT. La société Z Corporation, basée à Burlington, détient une license qui lui permet d’intégrer cette technologie dans ses imprimantes 3D ZPrinter

Un rouleau étale une fine couche de poudre sur la plateforme d’impression 3D. Une tête d’impression dépose de minuscules gouttes de glue pour dessiner la première tranche. La plateforme s’abaisse ensuite pour dessiner la tranche suivante, et ainsi de suite. La colorisation s’effectue en combinant 4 glues pré-colorées pour obtenir la couleur désirée.

C’est la seule technologie qui autorise l’impression 3D couleur pour le moment

Laser Sintering

La technologie de Laser Sintering de la société EOS fabrique les objets en utilisant un laser qui durcit une couche de poudre. La couche de poudre de la chambre d’impression est préchauffée à une température qui se situe juste en-dessous du point de fusion. Le laser envoit l’énergie nécessaire pour faire fondre la poudre et la solidifier.

Polyjet

Cette technologie brevetée par la société Objet Geometries fonctionne en envoyant des jets de matériaux photopolymères pour créer des couches ultra-fines qui sont immédiatement durcies par un traitement Ultraviolet. Le matériau de support sur lequel sont déposées ces couches peut être enlevé facilement en les passant sous un jet d’eau.

FDM

(Fuse Deposition Modeling)

Le principe de la technologie FDM, inventée et brevetée par Stratasys, est très simple. De longs fils de plastique sont utilisés comme matériau de base. Une buse liquéfie le plastique pour le déposer sur une plateforme où il redurcit immédiatement. La buse se déplace de gauche à droite et d’avant en arrière pour dessiner le modèle 3D. Dès que la première tranche du modèle est dessinée, la plateforme s’abaisse pour dessiner la 2ème tranche (et ainsi de suite). Lorsque le modèle contient des sections qui sont en surplomb, l’imprimante 3D doit créer un matériau de support pour l’empêcher de tomber. Ce matériau de support est déposé via une autre buse. Une fois terminé, le modèle est déposé dans un bain spécial qui permet de dissoudre ce matériau de support.

Une technologie similaire est utilisée par les imprimantes 3D personnelles comme MakerBot, Ultimaker, RepRap (Mendel et Darwin), fab@home

EBM

(Electron Beam Melting)

La technologie EBM, développée par la société suédoise Arcam, permet d’imprimer des objets avec de la poudre de métaux. Le processus se déroule dans une chambre à vide à une température comprise entre 700 et 1000°C. La poudre de métal est fondue par un laser à électron

EBF3

(Electron Beam Freeform Fabrication)

EBF3 est un procédé développé par le Langley Research Center de la NASA. Il utilise un canon à électrons, une buse avec une alimentation à double fil (dual wire feed) pour fabriquer des pièces en quelques heures au lieu de quelques jours ou semaines. Cette technologie utilisée pour fabriquer des pièces en titane pour l’avion de chasse F-35 pourrait être utilisée à bord de la Station Spatiale Internationale ou bien sur la Lune ou sur Mars.

Sources : imaterialise et NASA

La Terre est en mouvement, ce qui signifie que même lorsque vous êtes immobile vous êtes quand même en mouvement. Vous vous déplacez à la fois dans l’Espace et dans le Temps. En permanence. Aucun lieu ou objet ne peut servir de cadre de référence absolu puisque tout est en mouvement.

Les deux postulats de la relativité restreinte sont les suivants :
- Les lois de la physique restent les mêmes dans tous les cadres de référence
- La vitesse de la lumière dans le vide reste constante dans tous les cadres de référence

Le premier postulat est facile à comprendre mais le 2ème est complètement contre-intuitif quand on le compare à notre expérience de tous les jours :

Imaginez un cabriolet roulant à 100 Km/h. Son passager sort un lance-pierre et éjecte une pierre à 50 Km/h vers l’avant. Si vous mesurez la vitesse de la pierre, vous obtiendrez 150 Km/h (la vitesse de la voiture + la vitesse de la pierre à partir du lance-pierre). Si le conducteur du cabriolet mesurait la vitesse de la pierre il obtiendrait 50 Km/h puisqu’il se trouve dans le cadre de référence du cabriolet (il bouge à la même vitesse).

Maintenant, imaginez que cette même voiture approchant à 100 Km/h allume ses phares. La vitesse de la lumière étant de 299 792 458 m/s (1079 milliards de Km/h), on pourrait penser que la vitesse de la voiture + la vitesse de la lumière des phares donne un total de 100 + 1079000000000 = 1079000000100. Mais ce n’est pas le cas. La vitesse mesurée par un observateur extérieur sera de 1079000000000.

Quelque soit votre vitesse, que vous soyiez en voiture, en fusée ou dans un vaisseau spatial, la vitesse de la lumière que vous mesurerez sera toujours la même. Les conséquences de cette constance de la vitesse de la lumière sont la contraction des longueurs et la dilatation du temps.

Contraction des longueurs

Du point de vue d’un observateur extérieur, la longueur d’un objet en mouvement se réduit dans la direction de son mouvement. Si l’objet se déplace à la vitesse de la lumière, sa longueur est réduite à néant. Mais dans le propre cadre de référence de l’objet, la taille mesurée reste la même.

Dilatation du temps

Le temps ralentit avec le mouvement mais cet effet ne devient notable que lorsqu’on se rapproche de la vitesse de la lumière. Plus on s’approche de la vitesse de la lumière, plus le temps ralentit. Si la vitesse de la lumière est atteinte, le temps arrête de s’écouler. Seul un observateur qui ne se trouve pas dans le même cadre de référence le remarquerait.

Dans notre vie quotidienne nous ne percevons pas ces effets parce que nous nous déplaçons à des vitesses beaucoup plus faibles que celle de la lumière.

Exemple avec une horloge à photons

[expérience de pensée]
Imaginez une horloge constituée d’un simple tube comportant un miroir à chaque extrémité. A l’intérieur, il y a un photon (unité de lumière) qui fait des allez-retours. Pour simplifier, on va dire que la hauteur de l’horloge correspond à la distance que parcourt la lumière en une seconde (oui, ça ferait une horloge gigantesque…). En une seconde, le photon à la base de l’horloge se retrouve en haut. A chaque fois que le photon touche une extrémité, une seconde s’écoule.

Lorsque l’horloge est immobile, le photon parcourt la distance c pour toucher le haut de l’horloge.

Mais si l’horloge est en mouvement, cela signifie que le photon aura parcouru une plus grande distance (en diagonale) en une seconde.

La Vitesse c’est la Distance parcourue en un Temps donné.
Vitesse = Distance / Temps

Si vous parcourez une distance plus grande dans un même temps, c’est que votre vitesse a augmenté. Mais selon le 2ème postulat de la relativité restreinte on sait que rien ne peut aller plus vite que la lumière. Pour protéger cette limite, les longueurs se contractent et le temps s’écoule plus lentement à mesure que l’on s’approche de la vitesse de la lumière.

Plus la vitesse d’un objet s’approche de la vitesse de la lumière, plus il semblera rétrécir dans le sens de son déplacement et plus le temps semblera s’écouler lentement pour un observateur extérieur (qui n’est pas en mouvement avec cet objet).

Plus vous vous déplacez dans l’Espace, moins vous vous déplacez dans le Temps (le temps s’écoule plus lentement).

Son lancement à bord d’une fusée Ariane 5 ECA est prévu en 2014. Il sera positionné au point L2 (Lagrange 2), situé à environ 1,5 millions de kilomètres de la Terre.

Pourquoi le positionner aussi loin ? Pour plusieurs raisons. Webb observera principalement la lumière infrarouge d’objets éloignés et de faible intensité.

L’infrarouge est le rayonnement de la chaleur. Tous les objets chauds, y compris les télescopes, émettent de la lumière infrarouge. Pour éviter d’inonder les signaux astronomiques très faibles avec le rayonnement du télescope, le télescope et ses instruments doivent être très froids.

La température de fonctionnement de James Webb sera de moins de 50 degrés au dessus du zéro absolu : 50 kelvins (-225°C). Par conséquent, Webb est doté d’un grand bouclier qui bloque la lumière du Soleil, de la Terre et de la Lune, qui réchaufferait le télescope et interférerait avec les observations.

Webb sera donc placé sur une orbite où le Soleil, la Terre et la Lune seront toujours à peu près dans la même direction. Le point Lagrange 2 (L2) répond à cette exigence. Le point L2 se situe à l’extérieur de l’orbite terrestre, accompagnant la Terre dans sa révolution autour du Soleil. Les forces gravitationnelles combinées du Soleil et de la Terre peuvent presque maintenir un objet sur ce point. Il faut très peu de carburant pour maintenir un vaisseau au point L2. Le froid et la stabilité de la température à ce point permettront au télescope James Webb de faire les observations infrarouges très sensibles qui sont nécessaires.

Webb est 6 fois plus grand que Hubble tout en étant plus léger (Webb pèse 6500 Kg contre 11000 Kg pour Hubble). Il est équipé d’un immense miroir de 6,5 mètres de diamètre (contre 2,4 mètres pour celui de Hubble) et d’un bouclier solaire de la taille d’un terrain de tennis. Son miroir et son bouclier solaire ne pourraient pas tenir dans une fusée s’ils étaient ouverts. C’est pourquoi ils seront pliés pour pouvoir être embarqués. Ils se déploieront une fois en orbite à 1,5 millions de kilomètres de la Terre (l’orbite de Hubble est de 600 Km).

Plusieurs technologies innovantes ont été développées pour ce télescope. Elles incluent un miroir primaire segmenté et pliable, une optique ultra légère en béryllium, des détecteurs capables d’enregistrer des signaux extrêmement faibles, des microvolets qui permettent une sélection programmable d’objets pour le spectrographe et un cryoréfrigérateur pour refroidir les détecteurs infrarouge à une température de 7K (-266,15°C)

Il y aura 4 instruments scientifiques à bord de James Webb : la Near InfraRed Camera (NIRCam), le Near InfraRed Spectrograph (NIRSpec), le Mid-InfraRed Instrument (MIRI), le Fine Guidance Sensor Tunable Filter Camera (FGS-TFI).

Ces instruments sont conçus pour fonctionner principalement dans la partie infrarouge du spectre électromagnétique avec quelques capacités en lumière visible. Le télescope sera sensible à la lumière comprise entre 0,6 et 27 micromètres de longueur d’onde.

Le télescope spatial James Webb, qui a été nommé d’après un ancien administrateur de la NASA, est le fruit d’une collaboration internationale entre la NASA (agence spatiale américaine), l’ESA (Agence spatiale européenne) et la CSA (Agence spatiale canadienne). C’est le Goddard Space Flight Center de la NASA qui construit le télescope. Le fournisseur principal est Northrop Grumman. Le Space Telescope Science Institute s’occupera du fonctionnement du télescope une fois qu’il sera en position.

Source : NASA

Andromède, est une des 2 galaxies où les astronomes ont récemment cherché des bandes interstellaires diffuses (DIBs). Si les DIBs ont été trouvés en regardant en ligne droite à partir de la Terre vers une étoile dans la galaxie, l’étoile est cerclée. Des cercles plus gros indiquent des DIBs plus intenses. Un « x » signifie qu’aucune DIB n’a été observée. Les couleurs dans les encadrés (gauche, droite, bas) correspondent aux longueurs d’onde du spectre : bleu pour les UV, vert pour la lumière visible et rouge pour l’infrarouge.

Comprendre exactement quelles sont les molécules qui laissent ces traces, connues sous le nom de « bandes interstellaires diffuses » (DIB – Diffuse Interstellar Bands) est une énigme qui semblait simple au départ mais qui est restée sans réponse depuis près de 100 ans. La réponse est très attendue pour aider à expliquer comment les étoiles, les planètes et la vie se forment. Régler cette question est aussi importante pour les astronomes spécialistes en chimie et en biologie que la détermination de la nature de la matière noire l’est pour les spécialistes de la physique.

Martin Cordiner (Goddard Center for Astrobiology) a présenté le travail de son équipe à la conférence de l’American Astronomical Society du 10 janvier dernier. Leur découverte fournit quelques preuves qui vont à l’encontre de l’un des principaux candidats sur la liste des suspects : les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), un groupe de molécules qui est très répandu dans l’Espace. Cette recherche révèle également que certaines signatures découvertes dans les galaxies d’Andromède et du Triangle sont similaires à celles observées dans notre Voie Lactée, malgré quelques grandes différences entre ces galaxies et la notre.

« Nous avons étudié les DIBs dans des environnement très variés. Certains ont de faibles niveaux de rayonnement UV. Certains ont des niveaux de rayonnement des milliers de fois plus élevés. Certains ont différentes quantités d »ingrédients’ disponibles pour la fabrication des étoiles et des planètes ». « Et à travers tous ces environnements, nous voyons des DIBs »

Jusqu’à maintenant, seuls 2 galaxies ont été étudiées en détail pour leurs DIBs. Ces galaxies sont nos voisines les plus proches : Le Grand Nuage de Magellan et le Petit Nuage de Magellan (situées à environ 160 000 et 180 000 années-lumière de la Terre).

Andromède (M31) et la galaxie du Triangle (M33) se trouvent beaucoup plus loin à environ 2,5 et 3 millions d’années-lumière de la Terre. « A ces distances, les étoiles ont une luminosité si faible que nous devons pousser les plus grands télescopes du monde à leurs limites pour les observer ».

Ceci peut sembler étrange pour ceux qui ont regardé le ciel nocturne et ont vu l’une de ces galaxies à l’oeil nu. Dans des conditions favorables, les galaxies apparaissent comme des taches dans les constellations qui portent leurs noms respectifs.

Mais, pour étudier les DIBs, les chercheurs doivent faire beaucoup plus que de voir la galaxie. Ils doivent repérer chaque étoile de la galaxie. Et seulement quelques télescopes sont assez puissants pour cela. (l’équipe a utilisé le télescope de l’observatoire Gemini à Hawai). C’est pour cela que la plupart des DIBs ont été repérées dans notre galaxie jusqu’à maintenant.

La galaxie du Triangle, située à 3 millions d’années-lumière de la Terre est l’autre galaxie où les chercheurs ont trouvé des bandes interstellaires diffuses. Les observations détaillées nécessaires pour voir les DIBs le long d’une ligne droite de la Terre à une étoile dans une galaxie aussi éloignée a repoussé les limites des plus grands télescopes actuels

Quelle que soit la galaxie qu’un astronome choisit, elle est constituée de dizaines de centaines de milliards d’étoiles. « Le premier pas est de choisir quelle étoile observer ». explique Cordiner.

Les collègues de Cordiner de la Queens’s University de Belfast (Royaume-Uni) a pris la tête pour trouver de bonnes cibles. Ils ont choisi des supergéantes bleues – des étoiles très grandes, très chaudes et très brillantes.

Pour trouver les DIBs, un astronome pointe son télescope vers une étoile et parcourt un arc-en-ciel composé de milliers de longueurs d’ondes de lumière. Cet arc-en-ciel, ou spectre, s’étend au-delà de la lumière visible, de l’ultraviolet à l’extrémité du bleu et de l’infrarouge à l’extrémité du rouge.

Les DIBs ne sont pas définies par ce qu’un astronome voit en faisant cela mais plutôt par ce qu’il ne voit pas. Les couleurs qui manquent dans cet arc-en-ciel sont marqués de bandes noires. Ce sont ces bandes noires qui sont intéressantes. Chacune d’elle est une longueur d’onde ayant été absorbée par un certain type d’atome ou de molécule.

Un DIB est une de ces régions où une couleur manque. Mais par rapport aux raies d’absorption identifiées avec des atomes ou de simples molécules, celles des DIB sont très spéciales :

« Les astronomes étaient habitués à voir des bandes étroites assez nettes là où les atomes ou molécules absorbent » explique Martin Cordiner. « Mais les DIBs sont larges, c’est pour cela qu’elles sont appelées ‘diffuses’. Certaines DIBs ont des formes simples et sont assez lisses mais d’autres ont des bosses et des distortions et peuvent même être de travers ».

Au fil du temps, les astronomes ont alimenté des catalogues pour montrer exactement quelles longueurs d’onde sont absorbées par toutes sortes d’atomes et de molécules. Chaque molécule a son propre motif qui peut être utilisé comme une empreinte (ou une signature) : si l’on trouve un motif découvert lors d’une observation astronomique correspond à celui d’un des catalogues, la molécule peut être identifiée.

C’est un concept assez simple. C’est pour cela que les chercheurs « n’auraient certainement pas pensé que la solution au problème de bande diffuse serait aussi insaisissable », écrivit Peter Sarre dans un article de 2006 à propos des DIBs. C’est Peter Sarre, professeur de chimie et d’astrophysique moléculaire à l’Université de Nottingham (Royaume-Uni) qui a supervisé le travail de graduate school (3e cycle universitaire) de Cordiner à propos des DIBs.

L’importance des premières DIBs, documentées en 1922 dans la thèse de doctorat de Mary Lea Heger, n’a pas été immédiatement reconnue. Mais dès que les astronomes ont commencé des études systématiques, en commençant par un papier de 1934 de P. W. Merrill, ils avaient toutes les raisons de croire que le problème pourrait être solutionné dans une décennie ou deux.

Plus de 400 DIBs ont été documentées depuis. Mais pas une seule n’a été identifiée avec assez de certitude pour les astronomes pour considérer que l’affaire était close.

« Avec autant de bandes diffuses interstellaires identifiées, vous pourriez penser que les astronomes auraient eu assez d’indices pour résoudre ce problème » (Joseph Nuth, scientifique au Goddard Center for Astrobiology). « Au lieu de cela, il devient de plus en plus mystérieux à mesure que davantage de données sont recueillies.

Des analyses détaillées des bosses et distortions des DIBs suggèrent que les molécules qui engendrent les DIBs – appelées « porteuses » – sont probablement assez grosses (20 atomes ou plus). C’est assez petit comparé à une protéine par exemple, mais énorme par rapport à une molécule de monoxide de carbone, molécule très courante dans l’Espace.

Cependant, un intérêt particulier a récemment été porté sur au moins une petite molécule : une chaîne constituée de 3 atomes de carbone et de 2 atomes d’hydrogène (C3H2) qui a été identifiée avec un motif de DIB.

Toutes les molécules possiblement liées aux DIBs ont une chose en commun : elles sont organiques, ce qui signifie qu’elle sont basées en grande partie sur du carbone.

Le carbone est idéal pour la fabrication d’un grand nombre de molécules car il est disponible pratiquement partout. Dans l’Espace, seul l’hydrogène, l’hélium et l’oxygène sont plus répandus. Ici, sur Terre, nous trouvons du carbone dans la croûte terrestre, les océans, l’atmosphère et toutes les formes de vie.

De la même manière, les astronomes « voient des DIBs dans à peu près toutes les directions où nous regardons » explique Jan Cami, astronome à l’University of Western Ontario (Canada) qui a déjà collaboré avec Cordiner mais n’est pas lié à cette étude. « Et nous voyons beaucoup de DIBs ».

Le carbone est aussi idéal pour créer des molécules dans toutes sortes de configurations – des millions de composés carbone ont été identifiés – et spécialement pour créer des molécules stables.

Les porteuses de DIB semblent assez stables. Elles survivent aux dures conditions physiques du milieu interstellaire (l’espace entre les étoiles). Elles tiennent bon dans le Grand Nuage de Magellan où les niveaux de radiation sont des milliers de fois plus intenses dans dans la Voie Lactée. En fait, explique Cordiner, les porteuses de DIB semblent à l’aise presque partout, sauf dans les nuages de gaz dense où naissent les étoiles.

« Les porteuses se forment facilement mais ne se détruisent pas facilement dans une large gamme d’environnements » selon Cordiner. « Ilest remarquable de constater à quel point ces molécules sont tenaces ».

En bref, on pense que les porteuses sont constituées de carbone a déclaré Jan Cami « parce qu’il est beaucoup plus facile de construire des molécules solides et stables à partir d’atomes de carbones qu’à partir d’autres éléments tels que le silicium ou le soufre. En utilisant ces éléments plutôt que du carbone serait comme construire une maison à partir d’un seau de sable alors qu’il y a une énorme pile de briques sur le site de construction ».

Les 3 premières molécules candidates sont les molécules en forme de chaîne comme celle que l’on a provisoirement associée avec les motifs des DIBs; les PAHs qu’on rencontre souvent dans les études de la formation des planètes; et les composés apparentés aux fullerènes, des molécules en forme de ballon de foot appelées également Buckyballs.

« Cette liste couvre la plupart des types de molécules » note Cami. « Les chaines sont essentiellement des molécules de carbone à une dimension, les PAHs sont à 2 dimensions et les composés fullerènes sont à 3 dimensions »

En dépit des défis de la recherche de DIBs dans d’autres galaxies, cela en vaut la peine pour les astronomes parce qu’ils ont besoin de voir à quoi ressemblent les DIBs dans différentes conditions.

Les conditions ne sont pas uniformes au sein d’une galaxie. Certaines étoiles ont des étoiles proches d’elles, d’autres n’en ont pas. Entre les étoiles, dans les vastes étendues du milieu interstellaire, les quantités relatives de gaz et de poussière peuvent être différentes d’une région à l’autre. Et le mélange exacte des éléments chimiques peut varier légèrement d’un endroit à un autre.

Etre sur la Terre et chercher un objet dans la Voie Lactée, c’est comme être dans une foule nombreuse et essayer de trouver un ami. Il est plus facile de repérer la personne si vous êtes à un balcon que si vous vous trouvez dans la foule. De même, il est plus facile d’avoir un meilleur aperçu d’une galaxie en l’observant de l’extérieur.

A certains égards, les galaxies d’Andromède et du Triangle sont similaires à notre Voie Lactée. Toutes les 3 sont des galaxies spirales qui appartiennent à une collection de plus de 30 galaxies proches appelée le Groupe Local. La Voie Lactée est la plus grande de ce groupe, suivie de Andromède et de la galaxie du Triangle.

Comme la Voie Lactée, on pense que Andromède et la galaxie du Triangle sont de bons endroits pour synthétiser de grandes molécules organique (porteuses des DIBs). Et pourtant, explique Cordiner, « Personne ne savait jusqu’à maintenant si les DIBs existaient dans une de ces 2 galaxies ».

L’équipe a découvert que les DIBs existent dans ces 2 galaxies et qu’elles sont intenses, ce qui implique qu’il y a de nombreuses molécules porteuses.

Dans la Voie Lactée, lorsque les chercheurs détectent des DIBs intenses, ils tendent à trouver beaucoup de poussière également. C’est logique car à chaque fois qu’il y a plus de matériel brut disponible pour fabriquer des porteurs de DIBs, il y en a aussi plus pour fabriquer de la poussière. Les chercheurs ont constaté la même situation dans Andromède.

Un intérêt de l’étude d’Andromède était de savoir si l’intensité des DIBs était liée à la quantité de PAHs. Les chercheurs savaient, en se lançant dans cette étude, que les PAHs étaient abondants sur Andromède comme ils le sont dans la Voie Lactée.

« Les détails de la population de PAH semblent être quelque peu différents dans Andromède, cependant » explique Cami. « Cela rend intéressant d’essayer de découvrir exactement ce qui est différent ».

Mais après avoir vérifié si les niveaux de PAHs étaient liés à l’intensité des DIBs, « Nous n’avons trouvé aucune corrélation entre les 2″ (Cordiner). Cette découverte n’exclut pas qu’il y ait un lien mais elle dévie l’attention vers les chaines d’atomes de carbone ou les composés fullerènes.

Les porteuses ne sont pas de pures fullerènes isolés explique Cami, qui a dirigé l’équipe ayant détecté les premières fullerènes dans l’Espace. Plus probablement, « les atomes ou molécules sont soit bloqués dans des cages de fullerènes ou attachées à la surface ». « Cela pourrait même tenir pour quelques autres molécules proposées. Par exemple, vous pourriez imaginer des chaînes de carbones suspendues à d’autres molécules ou même à des grains de poussière »

Une grande différence entre la Voie Lactée et Andromède est le nombre de jeunes étoiles massives. La Voie Lactée en contient plus que Andromède. Parce que ces jeunes étoiles génèrent beaucoup de radiation ultraviolette, le milieu interstellaire de la Voie Lactée a des niveaux plus élevés de cette radiation que Andromède.

Plus de radiation signifie un environnement plus rude. Les molécules devraient survivre plus facilement dans un environnement avec moins de radiation. En ce sens, Andromède devrait être plus favorable aux porteuses de DIBs et, en théorie, devrait en comporter plus. Mais Cordiner et ses collègues ont découvert que les DIBs dans Andromède étaient seulement légèrement plus intenses que celles de notre Voie Lactée, ce qui implique que Andromède peut seulement prétendre à légèrement plus de porteuses.

Les observations faites dans la galaxie du Triangle ajoutent encore plus d’intrigue. Les chercheurs y ont trouvé des DIBs intenses malgré le fait que cette galaxie diffère dans sa métallicité qui est la mesure de la disponibilité des ingrédients nécessaires à la formation des étoiles et des planètes.

La cohérence d’une galaxie à une autre est surprenante, étant donné la variation des conditions entre elles (d’après ce que l’on croit). « Mais il n’y a pas d’études détaillées de Andromède qui nous dise tout ce que nous voulons savoir à propos des conditions qui y règnent » explique Cordiner « Et l’on en sait encore moins sur le Triangle ».

Comme c’est habituellement le cas en astronomie de pointe, certaines hypothèses ont dû être faites, et beaucoup dépend de la résistance de ces hypothèses avec les nouvelles informations qui arrivent.

Pendant ce temps, les chercheurs vont essayer d’apprendre tout ce qu’ils peuvent à propos des DIBs et des molécules organiques qu’elles représentent. « Si nous voulons comprendre complètement comment la chimie interstellaire fonctionne – comment les étoiles et les planètes se forment », explique Cordiner, « alors nous avons besoin d’une compréhension complète des ingrédients qu’elle utilise ».

Traduction d’après « In Distant Galaxies, New Clues to Century-Old Molecule Mystery » de Elizabeth Zubritsky, Goddard Space Flight Center (NASA) – Credit image : M31 par Bill Schoening, Vanessa Harvey/REU program/NOAO/AURA/NSF. Encadrés de Nick Cox, Institute for Astronomy, K.U. Leuven, Galaxie du Triangle : NASA/Swift Science Team/Stefan Immler

La découverte du fond diffus cosmologique

L’existence de la radiation CMB a d’abord été prédite par Ralph Alpher, Robert Herman, et George Gamow en 1948, dans le cadre de leur travail sur la nucléo-synthèse du Big Bang. Il a d’abord été observé par inadvertance en 1965 par Arno Penzias et Robert Wilson aux Laboratoires Bell à Murray Hill (Etats-Unis, New Jersey). La radiation agissait comme une source de bruit excessif sur un récepteur radio qu’ils fabriquaient. Par coincidence, des chercheurs à l’Université proche de Princeton, menés par Robert Dicke et incluant Dave Wilkinson de l’équipe scientifique de WMAP, mettaient au point une expérience pour détecter le fond diffus cosmologique (CMB). Quand ils ont entendu parler des résultats des laboratoires Bell ils ont immédiatement réalisé que le CMB venait d’être détecté. Ce résultat a été présenté sous la forme de 2 papiers dans l’Astrophysical Journal (vol 142 de 1965) : un de Penzias et Wilson détaillant les observations, et un de Dicke, Peebles, Roll et Wilkinson donnant leur interprétation cosmologique. Pour cette découverte, Penzias et Wilson se sont partagés le prix Nobel de Physique 1978.

Aujourd’hui, le fond diffus cosmologique est très froid : seulement 2,725° au dessus du zéro absolu. C’est pour cela que la radiation brille surtout dans la portion micro-ondes du spectre électromagnétique, et est invisible à l’oeil nu. Cependant, il remplit l’Univers et peut être détecté partout où vous regardez. En fait, si l’on pouvait voir les micro-ondes, le ciel tout entier brillerait avec une luminosité qui serait étonnamment uniforme dans chaque direction. Cette uniformité est une raison impérieuse d’interpréter la radiation comme étant ce qui reste de la chaleur du Big Bang : il serait très difficile d’imaginer une source locale de radiation qui soit si uniforme. En fait, plusieurs scientifiques ont essayé d’élaborer des explications pour cette source de radiation mais aucun n’y est arrivé.

Pourquoi étudier le fond diffus cosmologique ?

Etant donné que la vitesse de la lumière est limitée, les astronomes qui observent des objets distants voient le passé. La plupart des étoiles qui sont visibles à l’oeil nu dans le ciel nocturne sont à une distance de 10 à 100 années lumière. Nous les voyons donc telles qu’elles étaient il y a 10 à 100 ans. Nous observons Andromède, la grande galaxie la plus proche, telle qu’elle était il y a environ 2,5 millions d’années. Les astronomes qui observent les galaxies éloignées avec le télescope spatial Hubble peuvent les voir telles qu’elles étaient il y a quelques milliards d’années après le Big Bang.

La radiation fossile du fond diffus cosmologique a été émise seulement quelques centaines de milliers d’années après le Big Bang, bien avant que les étoiles ou les galaxies n’existent. En étudiant les propriétés physiques détaillées de cette radiation, nous pouvons connaître l’état de l’Univers à une très grande échelle puisque la radiation que nous voyons aujourd’hui a voyagé sur une si longue distance et dans des temps très anciens.

L’origine du fond diffus cosmologique (CMB)

Une des profondes observations du XXe siècle est que l’Univers est en expansion. Cette expansion implique que l’Univers était plus petit, plus dense et plus chaud dans un passé lointain.

- Lorsque l’Univers visible était 2 fois moins grand qu’aujourd’hui, la densité de la matière était 8 fois plus élevée et le CMB était 2 fois plus chaud.

- Quand l’Univers visible était 100 fois moins grand, le CMB était 100 fois plus chaud (273 degrés au dessus du zéro absolu, soit 0°C). En plus du CMB, l’Univers primordial était rempli d’hydrogène très chaud, d’une densité d’environ 1000 atomes par cm3.

- Quand l’Univers visible était 1000 fois moins grand, la température du CMB était de 273 millions de degrés au-dessus du zéro absolu et la densité de la matière était comparable à la densité de l’air à la surface de la Terre. A ces températures, l’hydrogène était complètement ionisé en protons et électrons libres.

Puisque l’Univers était très chaud dans la majeure partie du début de son histoire, il n’y avait pas d’atomes dans l’Univers primordiale mais seulement des électrons et des noyaux libres (composés de neutrons et de protons). Les photons du CMB se sont facilement séparés des électrons. Les photons ont ainsi erré dans l’Univers primordial, tout comme la lumière (optique) erre à travers un brouillard très dense. Ce processus de dispersion produit ce qui est appelé un spectre thermique (ou corps noir) de photons. Selon la théorie du Big Bang, la fréquence du spectre du CMB devrait avoir cette forme de corps noir. Ceci a été mesuré avec une précision extraordinaire par l’expérience FIRAS du satellite COBE de la NASA.

« Surface de dernière diffusion »

Finalement, l’Univers s’est refroidi suffisamment pour que les protons et les électrons puissent se combiner pour former de l’hydrogène neutre. On pense que cela s’est produit approximativement 400 000 ans après le Big Bang lorsque l’Univers était 111 100 fois plus petit qu’aujourd’hui. Les photons du CMB interagissent très faiblement avec l’hydrogène neutre.

Le comportement des photos du CMB se déplaçant dans l’Univers primordial est similaire à la propagation de la lumière optique à travers l’atmosphère terrestre. Les gouttes d’eau contenues dans les nuages sont très efficaces pour diffuser la lumière. Les jours nuageux, nous pouvons voir les nuages opaques mais nous ne pouvons pas voir à travers. Les cosmologistes qui étudient le fond diffus cosmologique peuvent voir jusqu’à près de 400 000 ans après le Big Bang. Ce mur de lumière est appelé « surface de dernière diffusion ». Lorsque nous cartographions la température du fond diffus cosmologique, nous cartographions cette surface de dernière diffusion.

L’une des caractéristiques les plus frappantes du CMB est son uniformité. Seuls des instruments très sensibles peuvent détecter des fluctuations dans cette température. En étudiant ces fluctuations, les cosmologistes peuvent en apprendre plus sur l’origine des galaxies, de leur structure à grande échelle, et peuvent mesurer les paramètres de base de la Théorie du Big Bang.

La surface de dernière diffusion du fond diffus cosmologique est similaire à la lumière qui passe à travers les nuages pour arriver à nos yeux les jours nuageux. On ne peut voir que la surface du nuage où la lumière s’est diffusée en dernier.

D’après Universe 101

Tout ce dont vous avez besoin est un trou de ver, le Large Hadron Collider ou une fusée qui va vraiment, vraiment très vite

Un trou de ver est un tunnel théorique (ou raccourci), prédit par la théorie de la relativité d’Albert Einstein, qui relie 2 endroits dans l’espace-temps – visualisé ci-dessus comme les contours d’une carte 3D, où l’énergie négative fait passer l’espace et le temps dans la bouche d’un tunnel qui émerge dans un autre univers. Ces trous de ver restent hypothétiques, étant donné que personne n’en a jamais vu, mais ils ont été utilisés dans des films comme des moyens de voyager dans le temps – dans Stargate par exemple.

Bonjour. Mon nom est Stephen Hawking. Physicien, cosmologiste et assez rêveur. Bien que je ne puisse pas bouger et que je doive parler à travers un ordinateur, dans mon esprit je suis libre. Libre d’explorer l’Univers et de poser les grandes questions, telles que : est-ce que le voyage dans le temps est possible ? Peut-on ouvrir un portail vers le passé ou trouver un raccourci vers le futur ? Peut-on finalement utiliser les lois de la nature pour devenir les maîtres du temps ?

Le voyage dans le temps était autrefois considéré comme une hérésie scientifique. J’évitais d’en parler de crainte d’être étiqueté excentrique. Mais de nos jours je ne suis pas si prudent. En fait, je suis plus comme les personnes qui ont construit Stonehenge. Je suis obsédé par le temps. Si j’avais une machine à voyager dans le temps je rendrais visite à Marilyn Monroe à son apogée, je passerais voir Galilée lorsqu’il tourna son télescope vers les cieux. Peut être même que je voyagerais aux confins de l’Univers pour découvrir comment notre histoire cosmique se termine.

Pour voir comment cela pourrait être possible, nous devons regarder le temps comme le font les physiciens – la 4ème dimension. Ce n’est pas aussi difficile qu’il y paraît. Tous les écoliers attentifs savent que tous les objets physiques, y compris moi dans mon fauteuil, existent en 3 dimensions. Ils ont une largeur, une hauteur et une longueur.

Mais il y a une autre sorte de longueur, une longueur dans le temps. Tandis qu’un humain peut survivre pendant 80 ans, les pierres de Stonehenge, par exemple, sont là depuis des milliers d’années. Et le système solaire existera pendant des milliards d’années. Tout a une longueur dans le temps aussi bien que dans l’espace. Voyager dans le temps signifie voyager dans la quatrième dimension.

Pour voir ce que cela signifie, imaginons que nous faisons un petit voyage, tout à fait normal, en voiture. Conduisez en ligne droite et vous voyagez dans une dimension. Tournez à droite ou à gauche et vous ajoutez la 2e dimension. Montez ou descendez une route de montagne sinueuse et vous ajoutez la hauteur. Vous voyagez donc dans les 3 dimensions. Mais comment pouvons-nous voyager dans le temps ? Comment pouvons-nous trouver un passage à travers la 4e dimension ?

Autorisons-nous un petit moment de science fiction. Les films à propos des voyages dans le temps mettent souvent en scène une énorme machine très gourmande en énergie. Cette machine crée un passage à travers la 4e dimension, un tunnel à travers le temps. Un voyageur du temps, courageux, peut-être téméraire, préparé pour on ne sait quoi, franchit le tunnel dans le temps et en ressort on ne sait quand. Le concept est peut-être un peut tiré par les cheveux, et la réalité pourrait être très différence de cela, mais l’idée en elle-même n’est pas si folle.
Des physiciens ont envisagé la possibilité de tunnels dans le temps aussi, mais nous abordons cette question sous un angle différent. Nous nous demandons si les portails vers le passé ou le futur pourraient être possibles dans le cadre des lois de la nature. Et il s’avère que nous pensons qu’ils le sont. De plus, nous leur avons même donné un nom : les trous de ver. La vérité est qu’ils sont tout autour de nous mais sont trop petits pour que nous puissions les voir. Les trous de ver sont minuscules. Ils se produisent dans les coins et les recoins de l’espace et du temps. Vous pourriez trouver ce concept un peu difficile mais restez avec moi.

Rien n’est plat ou solide. Si vous regardez tout d’assez près vous trouverez des trous et des plis. C’est un principe physique de base qui s’applique même au temps. Même quelque chose d’aussi lisse qu’une boule de billard est constitué de minuscules fissures, de plis et de vide. Maintenant il est facile de montrer que cela est vrai dans les 3 premières dimensions. Mais croyez-moi, cela l’est aussi dans la 4e dimension. Il y a de minuscules fissures, des plis et du vide dans le temps. Aux échelles les plus petites, plus petites encore que les molécules, que les atomes, nous arrivons dans un endroit appelé la mousse quantique. C’est là que les trous de ver existent. De minuscules tunnels et raccourcis à travers l’espace et le temps se forment constamment, disparaissent et se reforment dans ce monde quantique. Ils relient 2 endroits séparés et 2 temps séparés.

Malheureusement, ces tunnels bien réels sont infiniment petits. Beaucoup trop petits pour qu’un être humain puisse passer à travers – mais c’est là que la notion de machines à voyager dans le temps avec des trous de ver devient importante. Certains scientifiques pensent qu’il pourrait être possible de capturer un trou de ver et de l’agrandir des billions de fois pour le rendre assez grand pour qu’un humain et même un vaisseau spatial puisse y entrer.

A suivre…

Traduction d’après le texte de Stephen Hawking : How to build a time machine

Une lumière bleue « allume » les neuronnes. Une lumière jaune « éteint » les neurones. Un câble en fibre optique est connecté sur une souris ou un rat vivant avec les gènes épissés permettant aux scientifiques d’exposer différents neurones à différentes lumières. Le résultat est étonnant. Stimuler l’hémisphère droit d’une souris la fait tourner en rond vers la gauche.

Bien sûr, les applications de l’optogénétique vont bien au-dela de faire tourner les souris en rond. Deisseroth est capable de cibler différents types de neurones, pas seulement des hémisphères du cerveau. Comme il l’explique dans la vidéo suivante lors d’une présentation à Stanford, un tel ciblage permet de mieux connaitre les mécanismes neurologiques à l’origine de conditions psychologiques telles que la dépression (14:55). En ciblant l’hypothalamus, les scientifiques sont même capables de créer des besoins et désirs basaux chez les animaux (13:30). Deisseroth donne aussi un regard en profondeur sur les mécanismes qui permettent le contrôle photonique du cerveau (5:30) et comment la narcolepsie est déclenchée par des stimuli chez les animaux et les humains (11:30)

Les neurones génétiquement modifiés des rongeurs contiennent des protéines d’algues et d’archées qui ont été introduites par un virus. En appairant ces protéines avec les récepteurs présents dans la cellule, Deisseroth a créé un outil optique génétiquement encodé appelé un optoXR. Ces outils permettent un contrôle dans le cerveau avec une grande résolution spatiale et temporelle (tel que publié dans Nature en 2009). Deisseroth peut contrôler individuellement chaque voie de signalisation dans les neurones sur une échelle de temps de quelques dizaines de millisecondes.

Selon Technology Review, le Deisseroth Lab a utilisé ce contrôle des voies de signalisation pour induire un comportement de type dépendance à la drogue sur des souris : les animaux étaient autorisés à se déplacer librement dans une zone puis on leur envoyait des impulsions dans le cerveau lorsqu’elles se situaient dans une zone désignées comme « Chambre du plaisir ». Les souris ont finalement appris à passer la plupart de leur temps dans cette pièce.

Comme Deisseroth l’explique dans cette vidéo, cela peut être assez effrayant. Pour l’instant son groupe travaille sur des modèles de compréhension de la dépression et d’autres maladies mentales pour pouvoir améliorer leur traitement. Finalement, l’optogénétique pourrait faire apparaitre des technologies qui pourraient être utilisées pour affecter la psychologie humaine directement par le cerveau. Que se passe-t-il quand la manipulation génétique et les appareils électroniques miniaturisés nous permettent de cibler directement des parties de notre cerveau et de les simuler à volonté ? Que se passe-t-il si nous comprenons comment simuler l’hypothalamus et rendre n’importe qui affamé, ou en colère ou excité ? Il existe déjà des implants qui ont pour but de traiter l’épilepsie ou de connecter des neurones moteurs à des ordinateurs. L’idée de mettre un appareil dans nos têtes pour réguler nos émotions n’est pas complètement impossible. Heureusement il faudra des années de recherche avant d’être confronté à la nécessité de répondre à ces questions.

Le Deisseroth Lab n’est pas la seule équipe dans le domaine de l’optogénétique. Le MIT Media Lab a récemment publié dans Nature pour décrire ses propres techniques de manipulation du cerveau de rongeurs vivants.

Via Singularity Hub