L'intelligence chimique.

Que diriez-vous d’une pilule vous permettant d’apprendre facilement par coeur des tonnes de données, d’une autre vous permettant d’être en pleine forme plus de 24 heures d’affilée pour rédiger un travail en retard, ou d’une autre pour vous recharger de motivation?

Ces médicaments, les nootropes, sont conçus pour influer sur les capacités cognitives. Si vous n’en avez jamais entendu parler, sachez que lors de vos études universitaires, vous étiez probablement en compétition avec des étudiants dopés. Notre système d’éducation et la plupart des employeurs se basent en très grande partie sur le dossier académique pour distinguer les excellents étudiants des autres. Étant donné qu’il n’y a aucun test antidopage avant les examens, il est clair que les tricheurs se faufilent dans le système. Le problème, c’est que pour rester aussi bons que le laisse entendre leur dossier, ils doivent continuer de se droguer…

Vince Cakic, chercheur au département de psychologie de l’Université Sidney, nous prévient de l’utilisation croissante dans les universités de médicaments qui améliorent les capacités cognitives. Dans un article publié dans le British Medical Journal, il conclut que les tests antidopage sont inévitables. Selon ses recherches, plus du quart des étudiants américains auraient utilisé l’un de ces produits!

Il est injuste que d’excellents candidats se fassent damer le pion par des tricheurs. En même temps, leur geste est compréhensible. Tout notre système d’éducation est basé sur un papier. Il suffit d’utiliser tous les moyens possibles pour avoir un beau A+ et le tapis rouge se déroule!

La tradition dans l’enseignement, depuis aussi loin que l’époque de Pythagore, était la transmission de connaissances du maître à l’apprenti. Pour savoir si l’étudiant avait de la valeur, il suffisait de vérifier la crédibilité du maître, et ce qu’il pense de son étudiant. Pas d’examen, pas de comparaison, pas de relevé de notes. Seulement l’opinion d’un être crédible. Aujourd’hui, un spécialiste d’un domaine n’enseigne pas que sa spécialité, mais se voit forcé d’enseigner une spécialité proche, du même domaine. Les étudiants n’ont plus un maître, mais plusieurs demi-maîtres. Vous voulez savoir si l’étudiant a de la valeur? Appelez l’administration de l’université!

La différence entre l’enseignement traditionnel et celui d’aujourd’hui, c’est l’intermédiaire entre le maître et l’étudiant, l’intermédiaire entre l’étudiant et le marché du travail et l’intermédiaire entre le maître et le marché du travail. Cet intermédiaire se cristallise en papiers que l’administration gère à grands frais.

Les tests antidopage aideraient surement à éliminer des tricheurs, mais ceux-ci sont probablement un symptôme d’une maladie plus grave qu’il faudrait traiter en revoyant la façon d’attribuer une valeur aux diplômés.

]]> http://www.forumphysique.com/WordPress/?feed=rss2&p=183 1 http://www.forumphysique.com/WordPress/?p=143 http://www.forumphysique.com/WordPress/?p=143#comments Thu, 24 Sep 2009 16:06:48 +0000 Simon Lévesque http://www.forumphysique.com/WordPress/?p=143

La thermodynamique décrit très bien les relations entre des quantités macroscopiques, c’est-à-dire mesurables à l’échelle humaine : la température, la pression, le volume… Au 19e siècle, nous n’avions pas encore de modèle qui explique ces relations en terme de quantités plus fondamentales, comme les propriétés des atomes ou des molécules. Par exemple, on savait que lorsqu’on augmente la température d’un gaz confiné, sa pression augmentait. La thermodynamique arrive très bien à décrire quantitativement cette relation entre la température et la pression. Aujourd’hui, on sait que si on suppose le gaz composé de molécules qui se déplacent dans toutes les directions, alors l’augmentation de la pression en fonction de la température est expliquée si la vitesse moyenne des molécules augmente avec la température.

L'entropie dans un verre. Lorsqu'on mélange deux liquides, les couleurs se mêlent. Aussi longtemps qu'on attendra, jamais nous ne verrons les liquides se séparer spontanément, un processus qui diminuerait l'entropie du verre et donc interdit par la thermodynamique. Une nouvelle théorie suggère que des processus qui réduisent l'entropie seraient possible mais, l'univers n'en garderait aucune trace.

D’un côté, on a une description correcte des relations entre les quantités mesurables (la thermodynamique) et de l’autre, on a un modèle (de petites boules qui se déplacent dans toutes les directions) qui donne une explication possible à ces relations. Aujourd’hui, ce modèle est largement accepté, c’est-à-dire que la plupart croient que dans la nature, les objets sont composés de petites boules (atomes, molécules) qui interagissent. Mais au 19e siècle, il en était tout autrement. Ce modèle si intuitif aujourd’hui faisait alors face à un problème de taille : la flèche du temps.

Pour faire comprendre à mes étudiants ce qu’est la flèche du temps, je leur fais généralement visionner le vidéo Balancing Point. Dans celui-ci, des images sont passées à l’envers, de sorte qu’elles paraissent irréelles. On réalise alors rapidement que, dans la réalité, les événements évoluent dans une direction en particulier et jamais dans l’autre. C’est cette irréversibilité qui est appelée flèche du temps, en analogie avec une flèche qui pointe dans une seule direction. Richard Feynman [1] donnait l’exemple d’un mélange entre un liquide coloré et un liquide transparent. Si on les mélange, le liquide deviendra homogène. Aussi longtemps qu’on puisse attendre, jamais on ne verra le liquide se séparer en un liquide coloré d’un côté et un liquide transparent de l’autre. Le mélange des liquides est un exemple de phénomène irréversible, qui met en lumière la flèche du temps.

Ayant une meilleure idée de ce qu’est la flèche du temps, revenons à notre problème. Le modèle des petites boules utilisé pour expliquer la relation entre différentes quantités ne contient que des équations réversibles. En d’autres mots, si on regarde de près le mouvement de chacune des boules à l’endroit et à l’envers, on ne peut distinguer lequel est le bon sens. Les deux sont équivalents. Or, si on regarde globalement ce qui se passe, par exemple lors du mélange de liquides de couleurs différentes, l’irréversibilité est évidente. La thermodynamique en rend bien compte grâce à sa seconde loi qui demande à ce que les processus physiques augmentent l’entropie de l’univers. Comment une telle irréversibilité pourrait-elle être expliquée à l’aide du modèle des boules qui, lui, est complètement réversible? Voilà le problème de la flèche du temps. Ce problème fut résolu classiquement par L. Boltzmann, qui fournit l’explication statistique de l’entropie.

En aout 2009, L. Maccone de l’université de Pavia en Italie, publie sa solution quantique au problème de la flèche du temps [2]. D’un point de vue quantique, on peut considérer que les processus physiques impliquent des échanges d’information, lesquels augmentent l’entropie globale. Pour expliquer les conséquences de réduire l’entropie, c’est-à-dire renverser un phénomène irréversible, il imagine une expérience de pensée mettant en vedette Alice et Bob. Alice fait une expérience dans laquelle elle mesure l’état de spin d’un atome envoyé par Bob qui est par la suite isolé du laboratoire d’Alice. L’atome est dans un état superposé up-down jusqu’à ce qu’Alice mesure up ou down.

Du point de vue d’Alice, son laboratoire a gagné un bit d’information provenant de l’extérieur, laquelle a été enregistré sur un ordinateur et dans la mémoire d’Alice. Ce transfert d’information de l’atome au laboratoire a fait augmenter l’entropie selon Alice. Du point de vue de Bob, qui n’a aucune idée de ce qui vient de se passer, l’état de l’atome n’a pas été déterminé. Il ne voit pas de transfert d’information ni d’augmentation d’entropie. Pour voir ce qui se passe lorsqu’on réduit l’entropie, imaginons que Bob ait le parfait contrôle sur l’état quantique du laboratoire d’Alice. Pour réduire l’entropie du laboratoire, Bob renverse le transfert d’information en effaçant tout enregistrement de la mesure. Il le fait par un processus compliqué qui désenchevêtre l’état de l’atome et du laboratoire.

Selon Maccone, ce renversement ne viole aucune loi de la physique, c’est donc dire que selon lui, la physique quantique permet des processus qui diminuent l’entropie. De tels processus pourraient se produire dans la réalité, mais, puisque l’univers (tout comme Alice) n’en garderait aucun souvenir, ils seraient imperceptibles. En d’autres mots, le problème de la flèche du temps est réglé, car tout processus qui viole l’irréversibilité est par définition indétectable.

[1] R. P. Feynman, La nature des lois physique, marabou université

[2] L. Maccone, Quantum Solution to the Arrow-of-time Dilemma, Phys. Rev. Lett. 103, 080401

Les cellules photovoltaïques organiques ont la propriété d'être flexibles. Ici, une cellule photovoltaïque organique sur film, produite par Konarka. Crédit : U.S. Department of energy.

Toutes les options sont considérées pour ralentir le réchauffement climatique. La production d’énergie par les panneaux solaires est propre et renouvelable, mais, à ce jour, trop coûteuse pour concurrencer l’hydro-électricité ou l’énergie ayant le pétrole ou le charbon à sa source.

On distingue deux types de panneaux solaires : ceux à base de silicium, et ceux à base de polymères. Les premiers sont rigides, opaques et sont produits dans des infrastructures nécessitant un capital de plusieurs milliards de dollars. Les cellules photovoltaïques organiques, quant à elles, sont flexibles, transparentes et peuvent être produites avec relativement peu de moyen. Pour caricaturer cette production, un chimiste m’a déjà dit : « Tu prends une poche de ceci, puis une poche de cela. Tu mélanges, et tu as ta solution. Injecte-la dans une cartouche d’encre, imprime sur un transparent, et tu as ton panneau solaire organique! »

« Tu prends une poche de ceci, puis une poche de cela. Tu mélanges, et tu as ta solution. Injecte-la dans une cartouche d’encre, imprime sur un transparent, et tu as ton panneau solaire organique! »

L’accessibilité d’une telle technologie a de grands avantages. Les pays en voie de développement, par exemple, pourraient eux-mêmes fabriquer leurs panneaux et produire de l’énergie sans dépendre des autres pays, comme c’est le cas actuellement avec la technologie au silicium.

Le problème des panneaux solaires organiques est leur faible efficacité à convertir l’énergie solaire en énergie électrique. À ce jour, le record de la cellule photovoltaïque organique la plus efficace est d’environ 6%, et appartient aux groupes de Mario Leclerc, de l’Université Laval à Québec, et Allan J. Heeger, de l’Université de Californie. En comparaison, les panneaux au silicium standard ont généralement une efficacité supérieure à 20 %. Cela signifie qu’il faut couvrir une plus grande surface de panneaux organiques que de panneaux au silicium pour produire la même quantité d’électricité.

Mario Leclerc (à droite) et son collègue Jean-François Morin. Crédit : Marc Robitaille

Les recherches sur la compréhension des propriétés optiques des polymères sont donc essentielles pour espérer un jour voir l’organique concurrencer le silicium. De bonnes avancées dans ce domaine permettraient aussi des avancés dans la production de photodiode, qui fonctionne à l’inverse : un courant électrique dans le polymère lui fait émettre de la lumière. Évidemment, les photodiodes organiques ont de multiples applications, comme des écrans semi-transparents flexibles (voir le video ci-bas), capables de jouer de vidéos ou d’afficher des fichiers PDF.

Il est clair que le ralentissement du réchauffement climatique ne se fera pas à travers une seule technologie et par la volonté de seulement quelques pays. La variété des technologies est essentielle pour permettre à chacun d’y mettre du sien. La technologie des cellules organiques, si elle continue d’évoluer au rythme d’aujourd’hui, finira pour jouer un rôle important dans la solution d’un des plus grands défis de l’humanité.

Il est planifié depuis un certain temps que le LHC redémarrera cet automne. Plus précisément, on planifie de réinjecter des protons à la mi-novembre. Les premières collisions seront effectuées à l’énergie d’injection. Quelques semaines après cette étape cruciale, le LHC devrait accélérer les deux faisceaux tournant en sens opposé à 3.5 TeV (téraélectron-volts) chacun, pour une énergie de collision de 7 TeV. Ceci constitue la moitié de l’énergie pour laquelle le LHC est conçu. Le détecteur ATLAS sera prêt à enregistrer ses premières données. Après avoir accumulé la quantité souhaitée de données à cette énergie, l’accélérateur montera jusqu’à 5 TeV par faisceau, et tentera ses premières collisions avec des ions de plomb au lieu des protons. Le LHC arrêtera ensuite ses opérations pour une période indéterminée, durant laquelle on préparera l’accélérateur à fonctionner à pleine capacité.

Rappelons que même si le LHC ne fonctionnera qu’à 7 TeV cet automne, ce sera tout de même la plus haute énergie jamais atteinte par une accélérateur de particules. Certains chercheurs s’attendent à y voir des signatures intéressantes. Il y a possibilité d’observer la signature du boson de Higgs ou de particules supersymétriques. Mais encore plus important, fonctionner à une plus basse énergie nous permettra de mieux comprendre l’accélérateur et les différents détecteurs. Cette compréhension est essentielle à toute découverte qui sera faite au LHC.

La présence de méthane sur Mars pourrait être un indicateur de vie passée. Des observations récentes sur la planète rouge ont révélé que la concentration de méthane varie selon les endroits et les saisons.

Cette variation est surprenante, parce que les propriétés chimiques du méthane devraient normalement mener à une uniformisation de sa distribution dans l’atmosphère de la planète.

Dans une lettre publiée dans la revue Nature, Franck Lefèvre et François Forget utilisent un modèle climatique de mars et la chimie pour examiner les conséquences de variations observées sur notre compréhension de la chimie du méthane. Ils trouvent que la photochimie telle que comprise aujourd’hui n’arrive pas à reproduire les variations observées, mais dans le cas d’une libération locale et épisodique de gaz. Ils trouvent plutôt que le cycle de condensation-sublimation du dioxyde de carbone martien peut générer une variation à grande échelle de méthane qui diffère substantiellement de ce qui est observé. Cela implique une perte de méthane inexpliquée, six cents fois plus rapide que ce que prédit la photo-chimie standard. S’il s’avérait que la variation s’explique par un mécanisme de perte actif seulement à la surface, la survie d’organisme vivant serait très difficile.

Connexion à distance. Les physiciens ont enchevêtré le mouvement mécanique de deux molécules. Source : Science.

Pour la première fois, des chercheurs ont enchevêtré le mouvement mécanique de deux paires d’ions. Pour réussir cet exploit, John Jost et al. ont utilisé des champs électriques pour isoler deux ions de béryllium et deux ions de magnésium. Ils ont ensuite appliqué un champ magnétique et un laser pour enchevêtrer le spin des ions de béryllium. Ensuite, ils ont séparé l’ensemble des ions en deux paires béryllium-magnésium.

Tout au long des manipulations, les spins des ions de béryllium restent enchevêtrés. Les chercheurs ont alors utilisé un pulse laser pour convertir l’enchevêtrement des spins en un enchevêtrement des mouvements d’oscillations des paires d’ions béryllium-magnésium. Celles-ci étaient alors dans un état oscille-n’oscille-pas de sorte que si une mesure était faite sur le système, et qu’on trouve l’un oscillant, nécessairement on trouverait l’autre n’oscillant pas. Fascinant!

Pour plus de détails, voir l’expérience rapportée dans Nature.

Si TeXShop est votre éditeur LaTeX préféré, voici une astuce qui pourrait vous être utile :

• Dans la fenêtre de l’éditeur, maintenez [cmd] et cliquez sur un mot. Alors le navigateur pdf ira à l’emplacement correspondant dans le pdf, et entourera votre mot en rouge.
• Dans la fenêtre du navigateur pdf, maintenez [cmd] et cliquez sur un mot. Alors éditeur ira à l’emplacement correspondant dans le pdf, et surlignera votre mot en jaune.

Sur terre, il est simple de déterminer la direction du vent. On plante un drapeau et on l’observe… Sur Jupiter, la plus grosse planète du système solaire, les scientifiques avaient réussi à déterminer la direction du déplacement des gaz en utilisant le champ magnétique comme point de repère. Or, sur Saturne, cela est impossible parce que le champ est orienté de sorte qu’on n’a aucune idée de sa vitesse de rotation. Il ne peut donc servir de point de comparaison.

Les observations précédentes semblaient révéler que le vent souffle seulement vers l'est. Des résultats plus précis montrent des vents dans les deux directions. Crédit : N. Spencer, Nature

Puisqu’il n’y avait pas de sol ou de champ comme point de référence, Peter Read de l’Université d’Oxford au Royaume-Uni, Timothy Dowling de l’Université de Louisville au Kentucky, et Gerald Schubert de l’Université de Californie, Los Angeles, se sont tournés vers la météorologie de Saturn. Leur recherche s’est concentrée sur la relation entre la vitesse des vents et les tourbillons dans l’atmosphere, lesquels sont générés d’une façon qui ne dépend pas de la vitesse de rotation de la planète. Combinant ces résultats avec d’autres, ils concluent à une journée saturnienne de 10 heures, 34 minutes et 24 secondes.

Pour plus de détails, voir l’article de Richard A. Kerr sur Science, ou l’article original des chercheurs dans nature [1].

SL

[1] Nature 460, 608-610 (30 July 2009) | doi:10.1038/nature0819

Normalement, on utilise la définition :

\newtheorem{theorem}{Theorem}[section]

qui nous fait perdre le contrôle du compteur. Pour garder le contrôle, on utilise plutôt la commande suivante :

\newenvironment{theorem}[2][Theor\`eme]{\begin{trivlist}
\item[\hskip \labelsep {\bfseries #1}\hskip \labelsep {\bfseries #2}]}{\end{trivlist}}

Pour l’utiliser, on écrit

 \begin{theorem}{1.2} Un théoreme ... \end{theorem}

Vous pouvez bien sur remplacer Theorème par ce que vous voulez (Preuve, Exemple, etc.)

SL

Un institut de physique américain publie une étude sur les changements dans le rôle des physiciens dans l’industrie.

Après avoir interrogé 130 personnes dans 15 compagnies, la conclusion principale de l’étude est que les compagnies n’ont pas encore atteint de consensus sur la façon d’équilibrer les ressources à mettre dans les recherches à long terme et à court terme, ces dernières étant la source de profit pour les recherches à long terme.

De plus, les gros centres de recherche se raréfient et sont remplacés par plusieurs petits centres spécialisés. Plusieurs compagnies dépendent même de physiciens entrepreneurs pour jouer leur rôle d’innovation.

Pour plus de détails, voir l’article de R. Joseph Anderson et Orville R. Butler paru en juillet sur physicstoday.org.

SL