Archives pour l'étiquette Science-fiction

Contes de l’Outre-temps (4) : L’espion

Suite de la série de brèves nouvelles fantastiques écrites au fil du temps, que j’envisage de réunir un jour en un recueil intitulé  « Contes de l’Outre-temps », si un éditeur s’y intéresse.  Celle-ci date de mon adolescence,  époque où je dévorais la littérature de science-fiction. Elle repose sur un calembour qui vaut ce qu’il vaut (un peu d’indulgence est donc requise).  Avec le recul je pense que j’ai été influencé par les brèves nouvelles humoristiques d’un maître du genre, Fredric Brown (voir ma nouvelle « L’univers en folie« ).

L’espion

L’Espion marchait dans la Cité indifférente et aveugle. Un rictus de joie barrait d’une empreinte diabolique sa face jaune. Parfois, il se mettait à glousser, si bien que les passants le regardaient d’un air effaré, se demandant qui pouvait être ce type aux cheveux verts qui se permettait de rire en pleine rue et se convulsionnait tous les dix pas.

Rire ? Il faut dire qu’il y avait de quoi !

L’Espion venait de réussir le coup le plus fameux de sa carrière.

Ce coup, il l’avait longuement préparé, avec la minutie d’un horloger atomique.

Élaboré au cours du long voyage intersidéral qui l’avait conduit sur Terre, le plan s’était déroulé sans faille. Une fois débarqué (« car l’espace est une immense mer où se perdent parfois quelques rivages… », comme écrivit le grand poète Arzdaded), l’Espion avait revêtu l’apparence d’un Humain ordinaire.

Malgré ses cheveux virides, il n’avait eu aucun mal à se faire embaucher comme « introducteur » dans les bureaux administratifs d’une grande société scientifique et technologique. Sa tâche n’était pas bien difficile ; elle consistait à ouvrir les portes, et, de temps en temps, à les refermer.

Mais, dans l’ombre, l’Espion œuvrait pour sa planète ! Les administrateurs de la société Terrienne l’avaient vite pris en affection. C’est que l’Espion était bien sympathique, avec sa chevelure couleur de printemps et son visage d’œuf cassé.

À mesure qu’il marchait, les images de sa mission défilaient rétrospectivement dans son cerveau…

Chez lui, là-haut, une hystérie du Savoir s’était emparée des scientifiques. On ne sait trop pourquoi, ces derniers tenaient absolument à découvrir tous les secrets de l’Univers, en décortiquer les plus petites ficelles.

Mais avant de pénétrer les mystères des êtres et des choses, « il faut leur donner un nom, il faut les cataloguer », comme l’avait enseigné le grand philosophe Selestoris.

Par exemple, en astronomie, leur catalogue d’étoiles était incomparable, et faisait la fierté de l’Institut d’Astrophysique. Ils possédaient des appareils d’observation prodigieusement puissants. Sans cesse à l’écoute de la Terre et de ses congrès scientifiques, ils avaient décidé d’y installer sur place une petite colonie d’espions fort discrets, dont le seul rôle consistait à glaner toutes les découvertes scientifiques faites par les Terriens.

Ces derniers temps, ils n’avaient pas eu grand chose à se mettre sous la dent. Il est vrai que les Terriens étaient sacrément en retard. Ainsi, le 25 novembre de l’année Terrienne 1915, un obscur employé d’un bureau de brevets de la petite ville de Berne avait publié l’ébauche d’une nouvelle théorie sur l’espace et le temps, qu’il avait appelée la relativité. Or, là-haut, sur sa planète, cela faisait longtemps que les savants connaissaient tous les mystères de la gravité. Ils maîtrisaient même ces entonnoirs de l’espace qui permettent de voyager entre les étoiles.

Enfin, vint la merveilleuse surprise. La veille du Noël des Terriens, l’Espion avait appris qu’une nouvelle étoile était née au firmament. Ce fut la stupeur au bureau des Espions. Les Terriens avaient donc découvert une étoile avant eux ! De surcroît, ce devait être un astre bien important, puisqu’ils le surnommaient déjà « La Vedette ».

Mais il manquait à l’Espion l’information principale : le véritable nom de l’étoile, le nom officiel ! Continuer la lecture

La physique étrange d’Interstellar (6/6) : l’équation ultime

Suite du billet précédent La physique étrange d’Interstellar (5/6) et fin

En novembre 2014, le film de science-fiction Interstellar (réalisation Christopher Nolan, Warner Bros Pictures, 169 minutes, 2014) sortait sur nos écrans. Véritable « blockbuster » hollywoodien, il a suscité un énorme battage médiatique, comme en témoignent les innombrables forums de discussion et articles de presse ayant fleuri au cours des jours, semaines et mois qui ont suivi.  A la demande de la revue de langue anglaise Inference : International Review of Science, j’ai par la suite fait un travail d’analyse scientifique beaucoup plus développé et approfondi, publié au printemps 2015. Je vous en livre la traduction française, découpée en 6 billets. Celui-ci est le sixième et dernier. Merci de m’avoir lu jusqu’au bout!

Formules

L’équation ultime

Vers la fin d’Interstellar, on voit la scientifique Murph écrire une équation censée résoudre l’incompatibilité entre la relativité générale et la mécanique quantique. On aperçoit dans le fond une série de tableaux noirs couverts de diagrammes et d’équations supposées aboutir à l’équation ultime, celle d’une « Théorie de Tout ». Le sort de l’humanité en dépend. Mise à part la naïveté d’une telle représentation, il est intéressant de se demander si les équations fugitivement montrées dans la scène ont la moindre signification.

L'unification complète des quatre interactions fondamentales ne se ferait qu'à très haute énergie, conditions qui dans l'histoire de l'univers n'auraient été réalisées que durant l'ère très primordiale dite "de Planck".
L’unification complète des quatre interactions fondamentales ne se ferait qu’à très haute énergie, conditions qui dans l’histoire de l’univers n’auraient été réalisées que durant l’ère très primordiale dite « de Planck ».

A première vue, la longue suite de formules paraît fastidieuse. Aujourd’hui, l’unification de la relativité générale et de la mécanique quantique n’est toujours pas résolue. Diverses approches du problème, comme la gravité quantique à boucles, la théorie des cordes et la géométrie non-commutative, font l’objet d’intenses recherches en cours[1]. Continuer la lecture

La physique étrange d’Interstellar (5/6) : machines à remonter le temps et cinquième dimension

Suite du billet précédent La physique étrange d’Interstellar (4/6)

En novembre 2014, le film de science-fiction Interstellar (réalisation Christopher Nolan, Warner Bros Pictures, 169 minutes, 2014) sortait sur nos écrans. Véritable « blockbuster » hollywoodien, il a suscité un énorme battage médiatique, comme en témoignent les innombrables forums de discussion et articles de presse ayant fleuri au cours des jours, semaines et mois qui ont suivi.  A la demande de la revue de langue anglaise Inference : International Review of Science, j’ai par la suite fait un travail d’analyse scientifique beaucoup plus développé et approfondi, publié au printemps 2015. Je vous en livre la traduction française, découpée en 6 billets. Celui-ci est le cinquième.

Gargantua, une machine à remonter le temps

Au cours d’une scène de la dernière partie du film, Cooper plonge dans Gargantua, de façon à s’assurer que le vaisseau Endurance puisse bien atteindre la troisième et dernière planète. En dépit de la menace posée par les forces de marée, Cooper survit. Il est donc chanceux, car les forces de marée deviennent infinies quand r tend vers 0. Ainsi, même pour un trou noir supermassif comme Gargantua, une fois passé sain et sauf l’horizon des événements, tout corps s’approchant de la singularité centrale doit être en fin de compte détruit. Heureusement, Gargantua est un trou noir en rotation rapide, et sa létale singularité a la forme d’un anneau évitable.

La structure interne d'un trou noir en rotation montre une singularité en forme d'anneau, qui peut donc être évitée selon certaines trajectoires.
La structure interne d’un trou noir en rotation montre une singularité en forme d’anneau, qui peut donc être évitée selon certaines trajectoires.

Cooper utilise donc le trou de ver associé au trou noir géant pour se transporter dans une autre région de l’espace-temps, un univers pentadimensionnel auquel le film se réfère sous le nom de tesseract. Continuer la lecture

La physique étrange d’Interstellar (4/6) : dilatation temporelle et processus de Penrose

Suite du billet précédent La physique étrange d’Interstellar (3/6)

En novembre 2014, le film de science-fiction Interstellar (réalisation Christopher Nolan, Warner Bros Pictures, 169 minutes, 2014) sortait sur nos écrans. Véritable « blockbuster » hollywoodien, il a suscité un énorme battage médiatique, comme en témoignent les innombrables forums de discussion et articles de presse ayant fleuri au cours des jours, semaines et mois qui ont suivi.  A la demande de la revue de langue anglaise Inference : International Review of Science, j’ai par la suite fait un travail d’analyse scientifique beaucoup plus développé et approfondi, publié au printemps 2015. Je vous en livre la traduction française, découpée en 6 billets. Celui-ci est le quatrième.

Dilatation temporelle

La théorie de la relativité restreinte d’Einstein prédit que des observateurs placés dans des référentiels différemment accélérés perçoivent le temps différemment. Ce phénomène bien connu de « dilatation » temporelle a été vérifié expérimentalement à un haut degré de précision. Les conséquences de la dilation temporelle se font sentir tout au long de l’histoire d’Interstellar.

Les fameuses "montres molles" de Salvador Dali sont une belle métaphore de l'élasticité du temps prévue par la relativité d'Einstein.
Les fameuses « montres molles » de Salvador Dali sont une belle métaphore de l’élasticité du temps prévue par la relativité d’Einstein.

Près de l’horizon des événements d’un trou noir, où le champ gravitationnel est énorme, la dilatation temporelle est également énorme. Les horloges sont fortement ralenties par rapport aux horloges lointaines. Une heure sur Miller (temps propre de Miller) équivaut à sept années sur Terre. Ceci correspond à un facteur de dilatation de 60 000. Bien que la dilatation temporelle tende vers l’infini quand l’horloge tend vers l’horizon des événements, un facteur de dilatation de 60 000 est impossible pour une planète en orbite stable autour d’un trou noir.

Dans son livre, The Science of Interstellar, Kip Thorne explique qu’un facteur de dilatation temporelle de cette grandeur était une exigence non négociable de la part du réalisateur[1]. Après quelques heures de calcul, Thorne est parvenu à la conclusion que le scénario, bien que très peu vraisemblable, était marginalement possible. Le facteur-clé est la période de rotation du trou noir. Un trou noir de Kerr (tournant) se comporte très différemment d’un trou noir de Schwarzschild (statique). L’équation de dilatation temporelle dérivée de la métrique de Kerr s’écrit:

1 – (dτ/dt)2 = 2GMr/c2rho2, où rho2 = r2 + (J/Mc)2cos2θ.

En substituant dτ = 1 heure et dt = 7 ans, on obtient:

formule-dilation Continuer la lecture

La physique étrange d’Interstellar (3/6): disque d’accrétion et forces de marée

Suite du billet précédent La physique étrange d’Insterstellar (2/6)

En novembre 2014, le film de science-fiction Interstellar (réalisation Christopher Nolan, Warner Bros Pictures, 169 minutes, 2014) sortait sur nos écrans. Véritable « blockbuster » hollywoodien, il a suscité un énorme battage médiatique, comme en témoignent les innombrables forums de discussion et articles de presse ayant fleuri au cours des jours, semaines et mois qui ont suivi.  A la demande de la revue de langue anglaise Inference : International Review of Science, j’ai par la suite fait un travail d’analyse scientifique beaucoup plus développé et approfondi, publié au printemps 2015. Je vous en livre la traduction française, découpée en 6 billets. Celui-ci est le troisième.

Visualisation du disque d’accrétion

Interstellar est le premier film long métrage d’Hollywood qui tente de représenter correctement un trou noir tel qu’il apparaîtrait à un observateur proche de lui. L’image sans doute la plus captivante du film est le spectacle de Gargantua et de son disque d’accrétion se déployant tout autour et devant lui.

La simulation de trou noir entouré d'un disque d'accrétion montrée dans "Interstellar"
La simulation de trou noir entouré d’un disque d’accrétion montrée dans « Interstellar »

Un trou noir engendre des déformations extrêmes de l’espace-temps. Il crée aussi les déviations de rayons lumineux les plus fortes possibles. Cela engendre de spectaculaires illusions d’optique de type « mirage gravitationnel ». Pour les représenter, la compagnie en charge des effets spéciaux du film, Double Negative, a développé en collaboration avec Kip Thorne un logiciel capable d’intégrer les équations de propagation de la lumière dans l’espace-temps courbe du trou noir[1]. Les équations produites pour le film ont permis de décrire le mirage gravitationnel produit sur les étoiles d’arrière-plan, tel qu’il serait vu par une caméra proche de l’horizon des événements[2].

Mirage gravitationnel produit par un trou noir situé sur la ligne de visée du Grand Nuage de Magellan (LMC). En haut de l'image on reconnaît aisément la partie méridionale de la Voie Lactée avec, en partant de la gauche, Alpha et Beta Centauri, la Croix du Sud. L'étoile la plus brillante proche du LMC est Canopus (vue deux fois). La seconde étoile plus brillante est Achernar, vue aussi deux fois© Alain Riazuelo, CNRS/IAP
Mirage gravitationnel produit par un trou noir situé sur la ligne de visée du Grand Nuage de Magellan (LMC). En haut de l’image on reconnaît aisément la partie méridionale de la Voie Lactée avec, en partant de la gauche, Alpha et Beta Centauri, la Croix du Sud. L’étoile la plus brillante proche du LMC est Canopus (vue deux fois). La seconde étoile plus brillante est Achernar, vue aussi deux fois© Alain Riazuelo, CNRS/IAP

Compte tenu des immenses distances mises en jeu dans l’observation astronomique des trous noirs et de la trop faible résolution de nos télescopes actuels, aucune image détaillée de disque d’accrétion n’a encore été obtenue[3]. Mais en 1979, j’ai été le premier à simuler (en noir et blanc) l’aspect d’un disque d’accrétion mince gravitationnellement déformé par un trou noir sphérique, tel qu’il serait vu par un observateur lointain ou saisi par une plaque photographique[4]. Continuer la lecture

Un conte de Noël martien

Lu récemment cet extraordinaire mais peu connu conte de Guy de Maupassant, paru en 1887.
Maupassant s’est sans doute inspiré d’un passage de « Terres du ciel » de Flammarion, dont on retrouve toutes les données scientifiques précises, à peine reformulées. L’astronome y disait, entre autres : « II est bien probable qu’en raison de la disposition toute particulière des choses, la série zoologique martiale s’est développée de préférence par la succession des espèces ailées. La conclusion naturelle est que les espèces animales supérieures y sont munies d’ailes. »

Une gravure du livre "Les Terres du Ciel" de Camille Flammarion, paru en 1884, qui illustre "le lever du soleil sur les canaux de Mars". À l’époque, les astronomes n’étaient pas opposés au fait que pratiquement chaque planète du système solaire puisse abriter la vie.
Une gravure du livre « Les Terres du Ciel » de Camille Flammarion, paru en 1884, qui illustre « le lever du soleil sur les canaux de Mars ». À l’époque, les astronomes n’étaient pas opposés au fait que pratiquement chaque planète du système solaire puisse abriter la vie.

Peut-être Maupassant avait-il eu aussi connaissance d’un texte étrange, paru en 1865, signé François-Henri Peudefer de Parville et intitulé « Un habitant de la planète Mars « : on y découvrait le cadavre calcifié d’un extra-terrestre dont le tombeau, arraché au sol de notre voisine par le choc d’un astéroïde, était tombé sur Terre à l’époque paléolithique.

La momie martienne décrite dans le récit de De Parville et reproduite dans "Les Terres du Ciel" de Flammarion
La momie martienne décrite dans le récit de De Parville et reproduite dans « Les Terres du Ciel » de Flammarion

C’est le seul conte d’inspiration purement scientifique de l’auteur du « Horla ». [1]
Je le reproduis entièrement ci-dessous, mais je me suis permis d’y intercaler des illustrations reliées au contenu. Continuer la lecture

La physique étrange d’Interstellar (2/6)

Suite du billet précédent La physique étrange d’Insterstellar (1/6)

En novembre 2014, le film de science-fiction Interstellar (réalisation Christopher Nolan, Warner Bros Pictures, 169 minutes, 2014) sortait sur nos écrans. Véritable « blockbuster » hollywoodien, il a suscité un énorme battage médiatique, comme en témoignent les innombrables forums de discussion et articles de presse ayant fleuri au cours des jours, semaines et mois qui ont suivi.  A la demande de la revue de langue anglaise Inference : International Review of Science, j’ai par la suite fait un travail d’analyse scientifique beaucoup plus développé et approfondi, publié au printemps 2015. Je vous en livre la traduction française, découpée en 6 billets. Celui-ci est le deuxième.

Un trou noir supermassif en rotation rapide

Ayant franchi sans encombre le trou de ver artificiel d’Interstellar, le vaisseau spatial Endurance émerge dans un système de trois planètes gravitant autour de Gargantua, un trou noir supermassif. A première vue, une telle proximité entres les planètes et le trou noir semble invraisemblable.

Les trous noirs supermassifs, dont les masses courent de quelques millions à plusieurs milliards de masses solaires, sont censés occuper le centre de la plupart des galaxies[1]. Notre propre Voie lactée abrite un tel objet, Sagittarius A*, dont la masse mesurée indirectement vaut quatre millions de fois celle du soleil[2]. D’après Thorne, Gargantua serait semblable au trou noir encore plus gros qui se trouve au centre de la galaxie d’Andromède, rassemblant 100 millions de masses solaires[3].

CGal_IR_1al
Une vue du Centre Galactique en rayons X

CGal_*Keck
L’analyse des trajectoires des étoiles gravitant autour du Centre Galactique conduit à estimer la masse du trou noir central à 4 millions de masses solaires

Andromede_spiral
La Galaxie d’Andromède M31, située à 2,2 millions d’années-lumière

coeurM31_HST
Détail du noyau de la Galaxie d’Andromède par le Hubble Space Telescope. Il abriterait un trou noir d’environ cent millions de masses solaires.

Gargantua est décrit comme un trou noir supermassif en rotation rapide. Sa rotation dépend de deux paramètres: la masse M et le moment angulaire J. Contrairement aux étoiles qui sont en rotation différentielle, les trous noirs tournent de façon parfaitement rigide. Tous les points de leur surface, l’horizon des événements, se meuvent à la même vitesse angulaire. Il y a cependant une valeur critique du moment angulaire, Jmax, au-dessus de laquelle l’horizon des événements se disloque. Cette limite correspond à une surface tournant à la vitesse de la lumière. Pour de tels trous noirs dits « extrémaux », le champ de gravité à l’horizon des événements serait annulé, l’attraction gravitationnelle étant contrebalancée par d’énormes forces centrifuges répulsives. Il est bien possible que la plupart des trous noirs formés dans l’univers réel aient un moment angulaire proche de cette limite critique[4]. Continuer la lecture

La physique étrange d’Interstellar (1/6)

Il y a tout juste un an, en novembre 2014 donc, le film de science-fiction Interstellar (réalisation Christopher Nolan, Warner Bros Pictures, 169 minutes, 2014) sortait sur nos écrans. Véritable « blockbuster » hollywoodien, il a suscité un énorme battage médiatique, comme en témoignent les innombrables forums de discussion et articles de presse ayant fleuri au cours des jours, semaines et mois qui ont suivi. Moi-même, sollicité par la presse, j’y ai un peu sacrifié de mon temps, par exemple ici sur  slate.fr ou là sur figaro.fr .

A la demande de la revue de langue anglaise Inference : International Review of Science, j’ai par la suite fait un travail d’analyse scientifique beaucoup plus développé et approfondi, publié au printemps 2015. Je vous en livre ici la traduction française, découpée en 6 billets.

interstellar-posterPetit rappel pour les lecteurs qui n’ont pas vu le film (c’est tout à fait permis!). Interstellar conte les aventures d’un groupe d’astronautes partis en quête de planètes habitables situées dans une autre galaxie, dans l’espoir d’une colonisation future. Sur Terre en effet, ravages climatiques et famines ont conduit l’humanité à chercher un nouvel habitacle dans les mondes lointains.

Le scénario d’Interstellar s’appuie en grande partie sur des développements de la physique contemporaine. Le film se réfère constamment à une vaste palette de sujets relevant de l’astrophysique, de la relativité générale et de la cosmologie, allant de concepts relativement bien établis comme les trous noirs en rotation, les disques d’accrétion, les forces de marée et les distorsions temporelles, à des idées beaucoup plus spéculatives comme les trous de ver, les dimensions spatiales supplémentaires et la « Théorie de Tout ».

La promotion d’Interstellar a beaucoup insisté sur le réalisme et la crédibilité scientifiques du film. Mention particulière a été faite de l’implication de Kip Thorne comme conseiller scientifique et producteur exécutif. Thorne a écrit un ouvrage de vulgarisation expliquant comment il avait tenté d’assurer au film la plus grande exactitude scientifique possible, malgré les exigences parfois exorbitantes des scénaristes. Selon ses dires, il a fait de son mieux[1]Continuer la lecture

Le Songe de Kepler (3/3) : procès en sorcellerie et postérité

suite du billet précédent :  Récit et Structure
somniumEdition originale du Songe de Kepler Songe001Traduction française 
Le procès en sorcellerie

Une redoutable vague de chasse aux sorcières sévit en Europe au début du XVIIe siècle, en particulier dans les régions protestantes. Les dénonciations sont fréquentes pour assouvir des haines personnelles, et les tribunaux sont prompts à user de la torture pour obtenir des aveux aussi détaillés que fallacieux. Les victimes des procès en sorcellerie sont à 80 % des femmes, appartenant en majorité aux classes populaires – par conséquent illettrées et incapables de se défendre.

Le procès de Katharina Kepler à Leonberg
Le procès de Katharina Kepler à Leonberg

C’est ainsi qu’en 1615, tandis que Kepler travaille à son ouvrage Harmonices mundi, sa mère Katharina, alors âgée de 68 ans, est accusée de pratiques sataniques et de sorcellerie dans sa ville natale de Leonberg, dans le grand-duché de Wurtemberg. Katharina Kepler, née Guldenmann, que son fils qualifie lui-même de « petite, maigre, sinistre et querelleuse », avait été élevée par une tante qui avait déjà fini sur le bûcher pour sorcellerie. L’affaire est sérieuse ; les autorités religieuses commandent d’emprisonner et de juger toute personne soupçonnée d’avoir commerce avec le diable, et le prévôt de justice de Leonberg s’y applique avec zèle : cinq « sorcières » de la petite ville de Leonberg sont brûlées dans l’année. Continuer la lecture