Parcours Etranges

Photographie en surimpression de l’éclipse lunaire totale du 27 octobre 2004. Les corps célestes orbitant autour d’une étoile projettent des ombres, qui peuvent obscurcir en partie ou en totalité d’autres corps précisement alignés derrière eux, “éclipsant” l’étoile de leur point de vue (du Grec ekleipein, “qui n’apparaît pas”).

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A cause de leur courte durée, les éclipses sont parmi les phénomènes où l’on peut percevoir le plus dramatiquement une dynamique à l’échelle cosmique. Dans l’image, le chemin courbe de la lune est principalement dû à la rotation de la terre, et en petite partie au mouvement de la lune dans son orbite elliptique autour de la Terre. Pendant l’étape de totalité, la lune apparaît de couleur rouge, à cause de la diffusion de la lumière par l’atmosphère terrestre, qui renvoie uniquement les longueurs d’onde rouges à l’intérieur de la zone d’ombre. Un observateur sur la lune verrait un anneau brillant de lumière rouge, qui en fait provient de tous les levers et couchers de soleil terrestres simultanés.².

Une éclipse lunaire totale aura lieu ce samedi 3 mars 2007, et sera visibile depuis l’Europe, l’Afrique, l’Asie Occidentale et l’Amérique Orientale.

1. Photo © Forrest J. Egan, Digital Astro [↩]
2. Eclipse vue de la lune, Mission Surveyor 3, 24 Avril 1967 (couleur artificielle) © NASA [↩]

Les caustiques (du Grec kaustikos, kaiein, ‘brûler’) sont des entités géometriques formées par une concentration singulière de courbes, qui modélisent approximativement le comportement de rayons lumineux focalisés par des lentilles ou des miroirs, donnant lieu à des zones très lumineuses lorsqu’ils rencontrent une surface. Les motifs de lumière au fond des piscines sont des exemples de caustiques, produites par la réfraction sur la surface ondulée de l’eau. Dans cette image de synthèse, on découvre des caustiques de lumière résultantes de la réfraction par deux surfaces consécutives, comme si la lumière rentrait dans une deuxième mer sous la mer.

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1. Digital Artwork © Eric J. Heller, Resonance Fine Art [↩]

Le thème du trajet vers les étoiles, de système planétaire à système planétaire, nous est à la fois tout à fait familier et totalement étranger. Familièrement, nous avons certainement tous en tête des histoires de science-fiction ayant pour cadre une galaxie (éventuellement lointaine, très lointaine…), dans laquelle les planètes jouent le rôle de nations ou de provinces d’empire. Les protagonistes se déplacent de l’une à l’autre dans des durées compatibles avec la tenue de la narration. Le trajet parait une formalité que les prochaines avancées d’une Physique Triomphante mettront à portée de main.

C’est ce que nous nommerons la stratégie “zéro” (S0) : on entend par là que le temps de trajet est “instantané”, à tout le moins inférieur à la durée d’une année terrestre, c’est à dire comparable aux trajets que nous effectuons à la surface de la Terre, aux trajets des missions lunaires et à ceux envisagés vers d’autres corps du système solaire, s’il s’agit de missions habitées.

Le trajet vers les étoiles nous devient par contre très étrange si nos envisageons qu’une telle avancée de la Physique pourrait bien ne pas avoir lieu, que la célèbre constante d’Einstein c, la vitesse de la lumière (3E8 m/s), représente un horizon de vitesse indépassable et même excessivement difficile à approcher, de sorte que l’espace deviendrait à nos yeux ce qu’il est déjà pour l’astronome : une immensité comparée à laquelle celle des océans terrestres n’est rien.

Ce n’est pas sans réticence que l’esprit s’approprie les dimensions réelles des espaces interstellaires. Et la déraison de ces distances n’est pas seule en cause. D’une certaine façon, on pourrait dire que la stratégie zéro s’enracine dans un désir enfantin d’espace. Non pas l’espace-distance, cet horrible espace nu, muet, impavide, mais l’espace-trésor et les mondes qui roulent au sein de son immensité. Tous ces mondes dont l’atteinte ne saurait souffrir aucun retard et à la découverte desquels s’active notre imaginaire.

Réalisme aidant et quittant avec un certain regret le vert paradis de stratégie zéro, nous pouvons toutefois envisager dans le cadre de la Relativité Restreinte une stratégie plus “adolescente” - si la première est enfantine - que nous nommerons stratégie courte ou SI, qui promet le trajet en une vie d’homme.

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Simulation de trajectoires classiques dans un gaz bidimensionnel d’électrons.¹ Le transistor, le plus commun des dispositifs électroniques, contient des structures contraignant le mouvement des électrons, de sorte à qu’ils soient libres de se déplacer sur le plan x-y mais soient totalement confinés dans la direction z, formant un gaz bidimensionnel d’électrons (2DEG). Les détails du mouvement des électrons dans un flux 2DEG étaient inconnus jusque récemment, quand des nouvelles technologies de microscopie ont permis l’observation des chemins. ²

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De manière inattendue, l’observation a montré une structure chaotique au lieu d’un écoulement régulier, avec une ramification des chemins classiques réminiscente de formes naturelles familières. La simulation a montré que ces motifs ne sont pas dûs à des chemins énergetiques préférés inscrits dans le fond, comme pour le chemin d’un fleuve sur une vallée, mais à l’effet chaotique cumulé du déplacement sur des irregularités positives du paysage atomique.

1. Digital Artwork © Eric J. Heller, Resonance Fine Art [↩]
2. M. A.Topinka, B. J. LeRoy, R. M. Westervelt, S. E. J. Shaw, R. Fleischmann, E. J. Heller, K. D. Maranowski, A. C. Gossard, “Coherent Branched Flow in a Two-Dimensional Electron Gas“, Nature, 410, 183 (2001) [↩]

Photographies au microscope optique de cristaux de neige.¹ Leur symétrie caractéristique à 6 branches est liée à la structure moléculaire de l’eau, qui dans son état solide aux températures et pressions terrestres se stabilise dans un réseau hexagonal.² Chaque cristal a environ 10¹⁸ molecules d’eau, et sa forme très spécifique est due à une dépendance complexe avec les variations de température et d’humidité, et à la diffusion non linéaire menant à des instabilités dendritiques. Chaque flocon de neige enregistre une histoire particulière d’interactions avec l’environnement, comme “un hiéroglyphe envoyé du ciel”.³

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1. © Kenneth G. Libbrecht (Caltech) [↩]
2. L’eau a plusieurs autres phases solides selon la pression et la température, avec une différente symétrie cristalline. P.e. la glace-Ic qui se forme à pression ambiante mais à des températures inférieures à -80°C a une symétrie cubique. [↩]
3. U. Nakaya, “Snow Crystals: Natural and Artificial”, Harvard University Press (1954) [↩]