Miscellanées scientifiques du mois de mai 2021

Ce mois ci la formule d'Euler pour les polyédres, la composition et la fabrication du sang, Ida Noddack scientifique oubliée, et le livre du moins : Bernard d'Espagnat à la recherche du réel...

Pour des raisons indépendantes de ma volonté (pour des raisons de santé, j'ai dû prendre beaucoup de temps à des analyses qui m'ont pris beaucoup de temps), les "miscellanées" de ce mois si sont réduites, j'espère qu'elles vous intéresserons pourtant... 

Questions de topologie : la formule d’Euler pour les polyèdres

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La topologie est un chapitre essentiel de la géométrie de l'espace. Ses développements sont complexes et exigent un haut degré d'abstraction, mais permet des résultats d'une importance décisive dans plusieurs secteurs des sciences.

Pour aborder cette discipline, nous allons nous introduire dans cet univers complexes par un des premiers résultats de cette discipline. La formule d'Euler pour les polyédres est un résultat simple et élégant qui ouvre un monde... 

Un petit rappel des multiples découvertes de Gustav Euler "le plus grand de tous" selon Laplace qui a fixé le langage des mathématiques (avec par exemple la notion de "fonction" et d'analyse (l'analyse est la discipline mathématique qui étudie "les fonctions") mais aussi les nombres complexes (sa formule sur la "forme exponentielle des nombres complexes est réputée "la plus élégante des formules mathématiques) mais aussi la théorie des graphes (qui a un certain rapport avec "la formule d'Euler pour les polyèdres)

Polyèdre : définition et explications

Un polyèdre est une forme géométrique à trois dimensions (un solide géométrique) ayant des faces planes polygonales qui se rencontrent selon des segments de droite qu'on appelle arêtes.

Dans un polyèdre régulier convexe, le nombre de faces F, le nombre de sommets S et le nombre d'arêtes A sont liés par :

  S+F=A+2  

Par exemple un cube possède 6 faces, 8 sommets et 12 arêtes : 8+6=12+2

Attention, cette relation ne fonctionne pas pour des polyèdres non réguliers comme par exemple les polyèdres de Kepler Poinsot (ci dessous représentés) : polyèdres étoilés non régulier

Polyèdre régulier — Wikipédia


La scientifique oubliée : Ida Noddack

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Chimiste allemande, elle a travaillé en étroite collaboration avec son mari.  On l'a surnommée la "marie curie allemande" dans la mesure ou elle est surtout connue pour avoir découvert un nouvel élément radioactif avec son mari (ils travaillaient ensemble, mais ida Noddack insistait beaucoup sur le fait que c'était sur un plan de "collaboration" égale, et qu'elle n'était pas "l'assistante de walter Noddack") Elle est également trés connue pour avoir été la premiére a avoir émis l'hypothése de la possibilité de la fission nucléaire (dont le mécanisme a ensuite été décrit par Lise Meitner et Otto Frisch.)

Les deux scientifiques ont continué a travailler sous le troisiéme reich malgré les mesures antisémites qui touchaient les "physiciens juifs" (censés étre à l'origine de la révolution de la physique fondamentale, la mécanique quantique et la relativité)

De quoi est fait notre sang

Le sang, c'est la vie. Mais de quoi est il composé ? Petits éléments de réponse : 

Composants sanguins

le plasma c'est la partie "liquide" du sang : il contient de l'eau mais aussi des protéines (albumine, facteurs de coagulation et immunoglobulines), des sels minéraux et des lipides et des glucides 

Les hématies (globules rouges) permettent de distribuer l'oxygéne dans les différents organes. L'hémoglobine transporte le dioxygène dans les différents organes qui en ont un besoin vital. Elles transportent également le CO2 vers le poumon pour élimination. L'hémoglobine humaine utilise le fer pour fixer l'oxygéné, c'est ce qui donne sa "couleur rouge" Et c'est pour cela que d'autres animaux ont un sang d'une autre couleur (par exemple pour les espèces qui remplacent le fer par le cuivre, leur sang est vert) 

Les plaquettes servent au traitement des blessures et permettent de "boucher" une coupure par exemple  Elles jouent un rôle primordial lors de certaines étapes de la coagulation, phénomène très complexe. L'activation plaquettaire a lieu lors des saignements liées à des plaies et évitent également les hémorragies internes

Les leucocytes (globules blancs) servent à la protection du corps et à l'élimination des cellules dangereuses (que ce soit des "cellules envahissantes" ou des cellules humaines cancéreuses) De nombreuses sortes de cellules différentes existent qui travaillent toutes dans un secteur déterminé (  imunité naturelle ou acquise) La question de l'immunité est évidemment en ces temps de pandémie d'une brulante actualité. Elle est aussi celle d'une révolution des connaissances qui est loin d'etre terminée : on ignore encore beaucoup des mécanismes qui nous permettent de nous protéger contre les agressions extérieures (épidémies entre autres) et intérieures (ce qu'on appelle "cancer") Mais ce qu'on sait c'est que les cellules "blanches" du sang y tiennent un role essentieL Ces cellules sont fortements différentiées et participent indifféremment (selon le type des cellules) à l'immunité 'naturelle" et à l'immunité acquise"

C'est dans ce dernier domaine qu'on a fait les plus grands progrés ces 50 derniéres années. On connait plus particuliérement les "lymphocytes" qui participent à l'immunité naturelle et acquise : on distingue trois lignées, les lymphocytes" B et T et les lymphocytes NK Ces derniers sont surtout appelées a servir dans le cadre de l'immunité "naturelle" ce sont des lymphocyte "natural killer" (naturellement tueuses) Les lymphocytes B servent dans le cadre de l'immunité "humorale" alors que les lymphocytes T sont utilisés dans le cadre de l'immunité "cellulaires" Ce sont les lymphocytes T qui sont attaquées lorsqu'on est malade du HIV (qui détruit les lymphocytes T qui produit une protéine spécifique les CD4)

Leucocyte — Wikipédia

Le livre du mois : Bernard d’Espagnat à la recherche du réel  

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On imagine souvent la science comme une sorte de  terrain de vérification et de validité des mathématiques : face à un problème scientifique "bien établi", aux questions claires et aux définitions sans ambiguïtés,  on invente une solution qui utilise l’outillage mathématique pour formaliser le réel à découvrir et on utilise ensuite une démarche expérimentale pour vérifier la concordance des trois espaces ainsi envisagés (celui du problème, celui de la théorie lié à l’appareillage mathématique qu’elle induit et celui de sa vérification expérimentale).

cela nous fait envisager la science comme clairement délimitée par deux catégories annexes clairement hiérarchisées  : aux "sciences exactes" la mathématique et aux "sciences humaines" la philosophie...

Cest peu dire que cette conception est totalement erronée et simpliste. En effet, les sciences de la nature sont toutes autant que les sciences de la société impactées par des questions fondamentales de la  conception philosophique du monde qui les . Un formidable livre de philosophie nous donne l’occasion de découvrir les différentes implications de ces discussions dans la discipline reine des sciences exactes, la physique fondamentale. Celle ci a donné lieu a l'utilisation fine des derniers outils mathématiques mais aussi à de fructueuses discussions philosophiques... C'est exactement ce qui est en discussion dans cet ouvrage important, qui ouvre à une conception profondément renouvelée du monde, en posant une question simple, mais non encore résolu par la physique fondamentale : c'est quoi le réel ?

Bernard d’Espagnat était un très grand physicien français spécialiste de physique fondamentale et en particulier d’un point important voir décisif de la physique quantique, l’intrication quantique. Il est également très connu pour son implication dans les conséquences philosophiques de cette découverte paradoxale 

or un des aspects les plus paradoxaux de cette question est qu’elle est née comme une question purement philosophique entre deux conceptions du réalisme scientifique qui séparait dans les années 30 deux champions de la « nouvelle physique », Albert Einstein et Niels Bohr. La physique quantique donnait lieu à des paradoxes tels que la conception « traditionnelle » du réalisme (un phénomène existe en dehors de sa mesure) semblait définitivement dépassée. C’est alors même que Albert Einstein allait mettre en œuvre une « expérience de pensée le « Paradoxe EPR » qui devait ruiner la vision du monde décrite par « l’interprétation de Copenhague »

Pour une description pédagogique de "l'intrication quantique" voir la vidéo ci dessous :

L'intrication quantique

Présentation par l'éditeur :

Qu'est-ce que la réalité? Le physicien Bernard d'Espagnat aborde ici la question du "réel", défendant l'idée qu'il serait intellectuellement discutable de prétendre la traiter sans tenir compte des leçons de la physique moderne. Il apporte l'éclairage de la philosophie classique, et celui de la science contemporaine. Ce livre est donc une brillante initiation aux problématiques de la physique, science qui entre toutes a connu récemment les plus grands bouleversements.    "Alors que j'étais étudiant à l'École centrale, un ami m'offrit À la recherche du réel, qui  venait de paraître. Je le dévorais aussitôt en annotant chacune de ses pages." Etienne Klein. 

Extraits de la préface de Klein au livre de Bertrand d'Espagnat "le réel voilé" :

Pour d'Espagnat le mot réalité a deux sens qui ne se recouvrent pas. Ce double sens entraîne les confusions les plus fâcheuses. Il faut donc assortir le terme d'épithètes appropriées. Il y a la réalité en soi, ou de base ; la réalité « derrière les choses », dite encore intrinsèque, hors de l'espace et du temps : c'est cellequi est lointaine et voilée.
L'autre réalité est appelée : de l'expérience, ou empirique, la réalité « pour nous » qui la côtoyons, celle que le commun considère comme la seule. C'est le monde des phénomènes, domaine de la science positive, de l'ensemble des apparences.
Il nous est dit que le mot allemand Erscheinung est précisément meilleur que celui de phénomène. Évidemment on peut dire que notre science reflète obscurément quelque partie de la structure même du réel en soi. « Bien qu'un disque de phonographe possède une nature très différente de celle du concert dont il porte l'enregistrement, il est structuré dans l'espace et le concert dans la durée, la structure du disque participe de la structure du concert. »
L'analogie nous rend service. Elle fait ressortir comment la physique des apparences substitue pour ainsi dire à la réalité insaisissable, des appareils, des stratagèmes qui en rendent compte.Le savant est encore comparé à la grenouille qui ne voit que les objets en mouvement. Nous aussi nous ne voyons pas l’Être, mais exclusivement les mouvements de l’Être à travers nos prismes. Soyons reconnaissants à Bernard d'Espagnat de se mettre à la portée de l'homme de la rue. « Je sais bien que ma voiture existe là dans cette rue, même quand je suis, moi, dans mon lit. La preuve en est que chaque matin, je l'y retrouve. Oui, mais cette preuve de bon sens n'en est pas une. Le fait que cet objet, cette île, cette pipe, ce caillou, je le retrouve quand je le cherche, ne me prouve pas du tout sa réalité intrinsèque. Celle-ci demeure mystérieuse, plus mystérieuse aujourd'hui qu'elle ne semblait l'être aux temps passés. »

Certaines questions touchant au lien entre contractualité et réalisme, à l'accord intersubjectif, aux limites de sens des verbes être " et " avoir ", etc., émergent naturellement des analyses ainsi conduites et sont étudiées en détail. Enfin, il est montré que le fait de distinguer entre la réalité empirique et un réel indépendant " voilé ", dont on ne peut espérer connaître que certaines structures générales, met sur la voie d'une interprétation satisfaisante de la physique d'aujourd'hui.Accessible dans sa totalité aux lecteurs munis d'un bagage, même léger, en physique du vingtième siècle, ce livre propose aux autres une ouverture sur les grands problèmes relatifs à la connaissance de la matière.Professeur honoraire à l'université d'Orsay, où il a dirigé le Laboratoire de physique théorique et des particules élémentaires, Bernard d'Espagnat, qui a également enseigné la philosophie des sciences en Sorbonne, est unanimement considéré comme l'un des principaux spécialistes de l'analyse des conséquences philosophiques et épistémologiques des découvertes en physique quantique. 

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