Leçon 1 physique 2








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En méthodologie scientifique le chiffre est le fruit de l’union entre l’observation (étape1) et la reproductibilité (étape5).
Une observation aboutie inclut des chiffres pour permettre d’en tester la reproductibilité.
4/ la SYNTAXE scientifique aval,

Toujours pour faciliter la reproductibilité, donc éliminer tout risque de faux sens, le langage aval (vulgairement assimilé au « langage scientifique ») recherche en permanence le concentré :

- le minimum de signes, un concentré de sens pour une facilité maximale de manipulation (par l’intelligence déductive = une ligne de maths s’écrit en dix lignes de langage littéraire).

- pas de redondance, au contraire du littéraire. En langage littéraire, un texte bourré de faute d’orthographe se comprend très bien (souvent changer l’ordre des lettres dans un mot ne se remarque même pas en lecture rapide). Le langage scientifique n’a aucune redondance. Oublier une lettre, la changer de position, et c’est simplement un autre sens qui est transmis clairement et sans ambiguité.

- tout en monosème, pas de possibilité d’associer à un même mot plusieurs sens. Eliminer la pluralité des sens d’un même mot diminue certes les risques de non reproductibilité (avec un seul sens possible, tout le monde ne peut y comprendre qu’une seule chose) mais interdit les jeux de mots donc diminue les associations et la créativité.
Tout écrit y est réduit au strict minimum, pour interdire toute diversité d’interprétations.

- les noms y sont très souvent d’une seule lettre,

t pour le temps,

x pour une inconnue, ou une variable (connue, mais qui change de valeurs)

y pour le résultat,

f pour toute fonction, f(x)

n pour dénombrer (suites xn ou un, séries Sn) ,

Cela pour les maths, mais de même en physique, où chaque variable physique est souvent représentée par une seule lettre (x, y, z = position ; E = énergie ; F = force ; I = intensité électrique ; …)

- dont le sens unique (= monosème) peut pourtant varier avec le contexte.

i pour numéroter (xi)

mais le même i pour désigner un nombre (i, le nombre imaginé tel que i2 = -1)
- la position, est un choix chargé de sens en syntaxe scientifique, toujours pour le culte du concentré :

- en haut : xn, pour des multiplications, se lit x puissance n

- en bas : xn, pour des emplacements (le nième de la suite), se lit x indice n,

- à gauche, à droite (toutes les opérations ne sont pas commutatives) ,

- au dessus (la longueur d’un segment)

- en dessous (la barre de fraction …)

…. tout est bon pour augmenter les significations par les choix de syntaxe dans un minimum de signes.
- le contexte peut même changer de sens sans changer la forme écrite (= les signes sont les mêmes) :

Le E des statisticiens (Espérance mathématique) n’est pas le E des physiciens (Energie)

II – les Territoires des Sciences,

et les sous-territoires des sciences dures fondamentales
les territoires scientifiques

1/ sciences dures

mathématiques = chiffres, nombres (N, Z, Q, R, C, …),

- fonctions = droites, coniques (paraboles, hyperboles), sinusoïdales, …univoquies / multivoques

- algèbre = linéaire, matrices, déterminants,

- trigonométrie = sinus, cosinus, tangente, co-tangente,

- géométrie,

- ensembles (corps …),

- équations (linéaires, du Nième degré, dérivées, intégrales, équations différentielles, suites, séries
physique

les 5 dimensions, force / énergie / puissance, position / vitesse / accélération, temps, matière,

les 3 états de la matière,

PHYSIQUE = mécanique + cinématique + optique + électricité + thermodynamique + mécanique quantique + physique des particules, astro-physique,
chimie

tableau de Mendéléev, classification périodique des éléments,

2/ sciences intermédiaires
3/ sciences molles


sciences fondamentales

Sciences appliquées

1 - dures

2 - « intermédiaires »

3 - molles

Mathématiques

Biologie médecine, pharmacie, biochimie,

génétique (OGM, génie génétique …)

Archéologie

Langues : grammaire (Saussure), sémantique, langues mortes, langues vivantes, linguistique,

Physique mécanique, dynamique, statique, électricité, optique,

Géologie

Histoire : des technologies, des sciences, des langues, des religions, de l’art,

Ethnologie

Chimie pétrochimie,

Climatologie

Géographie : économique, politique,

Philosophie

Physique Quantique (atomique, subatomique = physique des particules)

Astrophysique (galaxies, étoiles, planètes …)

Economie

Psychologie







Sociologie

Politique







Finances

Ethologie







Marketing





L’amalgame politique entre la science et sa partie aval (déductions à partir du modèle dominant) sans sa partie amont (la conception, créative, qui acceptre d’observer) fait piétiner beaucoup de sciences molles ou intermédiaires (sociologie, économie …). C’est pour tuer les dé-rangements qu’y soulèveraient les questions des observations qualitatives amont (type pourquoi privilégier cette mesure ? type l’économie n’est pas du tout ni l’argent ni le PIB) que leurs financeurs tuent ces sciences en y exigeant des chiffres.

III – les 5 Dimensions de l’univers

Position (3 dimensions), Temps et Energie, l’espace est lieu + temps + énergie

= tout point M de l’espace se caractérise par 5 valeurs (= réelles = dans l’ensembler des nombres réels) pour ces 5 coordonnées : M(x,y,z,t, E)

- l’emplacement = la position (dans un volume = 3 dimensions) = M (x,y,z)

- l’instant = t

- l’énergie = E, dont la nature est fabriquée par sa répartition dans son environnement proche.

Energie et masse sont de même nature.

à échelle humaine, la masse est la perception d’une partie de la fonction d’onde de l’énergie.
Autrement dit, en sus de ces 5 valeurs (= coordonnées) aucune autre information n’est nécessaire pour déterminer (= identifier, caractériser) un point de l’espace.
étape 1 : l’espace, les 3 premières dimensions pour l’emplacement, la position

Notre espace géographique est à 3 dimensions (R3), c'est-à-dire qu’il faut connaitre 3 valeurs (les coordonnées géographiques, type x,y,z en repère orthonormé) pour déterminer une position dans l’espace, et ce indépendamment du repère choisi.

S’il y a plus de 3 valeurs il y aura redondance des informations.

S’il y a moins de 3 valeurs il y aura incertitude sur la localisation (fonction multivoque = à un départ, ici les coordonnées, correspondent plusieurs arrivées, ici des points localisés)

Il faudra toujours 3 valeurs (donc 3 variables, 3 degrés de liberté) pour déterminer une position dans l’espace.

exemple1 (R3) : tout point M se localise dans l’espace par ses 3 coordonnées, type 3 distances (exemple : x,y,z) dans dans un repère orthonormé, mais d’autres repères utilisent d’autres variables (exemple deux angles et une distance en astronomie … etc … ).

exemple2 (R2) : sur un espace réduit à une surface plane ou courbe (type le sol ou une altitude), il faudra seulement deux valeurs pour y positionner (= localiser) un point car le troisième degré de liberté a été supprimé par la contrainte d’appartenir à cette surface) :

- deux distances sur deux axes (Ox et Oy),

- ou un angle et une distance (trigonométrie),

- ou deux angles (triangulation ; longitude et latitude positionnent chaque point sur la terre)

- etc …

exemple3 (R1) : sur un espace réduit à une ligne (type une route), tout point n’aura besoin que d’une variable (la troisième) pour être localisé (type sa distance à une origine fixée sur cette ligne) car deux degrés de liberté ont été supprimés par la contrainte d’appartenir à cette ligne.
étape 2 : l’espace-temps, la quatrième dimension est le temps, (t)

Apparition du principe d’incertitude de Heisenberg, où position et vitesse sont indissociables et l’on ne peut pas connaitre les deux avec certitude puisqu’augmenter la précision de l’une augmente l’imprécision (incertitude) de l’autre.

Arrive donc l’espace temps, à 4 dimensions car un élément s’y localise par 4 valeurs (x,y,z,t) .

Notre espace géométrique n’est qu’une première approximation, l’espace et le temps sont indissociables à échelle macroscopique (astrophysique) autant que microscopique (physique des particules).

(NDLR) étape 3 : l’espace-temps-énergie, la cinquième dimension est l’énergie, dont la masse (m)

Conséquence de E = mc2 (Einstein), la matière (m) et l’énergie (E) sont de même nature, du même degré de liberté.

La masse est une forme de stockage d’énergie (nucléaire), parmi beaucoup d’autres (cinétique, électrique, thermique …).

La masse disparait quand son énergie se trans-forme (change de forme, la matière devient énergie diffusée : les réactions nucléaires, le soleil)..

La matière est une création de nos sens. Sans sens, pas de matière.
Le « grand livre de la nature » est surtout l’élargissement de nos sens au delà du corporel par les nouveaux outils de perception fournis par la science, préparés par le conceptuel et mis à disposition par l’industriel (conceptuel et industriel, l’esprit et le corps, l’âme est chair, recherche & développement).
NDLR : cette séparation en seulement 5 sens n’est qu’une première approximation, nous percevons charnellement aussi en sus de nos 5 sens (une décharge électrique, une émotion …)
- à échelle humaine (visuelle, pesante ou puante, touchable ou brûlante), nos sens (vue, son, odeur, goût, toucher) dans leurs plages de perception perçoivent notre « environnement » et le matérialisent en nommant « matière » les émetteurs de ces informations reçues par nos sens !

sens1 : vue = longueurs d’ondes optiques perçues par nos yeux :

- batonnets distincts pour couleurs ou noir & blanc,

- longueurs d’ondes, nous percevons seulement une fourchette (un intervalle) de longueurs d’ondes visuelles, de l’ultraviolet (ondes courtes) à l’infrarouge (longues), et sommes aveugles en dehors, notre corps ne perçoit ni les ondes très longues ni les très courtes telles pour les radios, télévisions, téléphones … (HF = Hautes Fréquences, puis VHF = Very High Frequency, puis UHF = Ultra Hautes Fréquences).

sens2 : son = vibrations mécaniques de l’air perçues par notre oreille interne. Nous percevons seulement une plage de longueurs d’ondes sonores perçues (des aigües, ondes courtes, au graves, ondes longues), et sommes sourds en dehors de cette plage sonore

sens3 : odorat = éléments chimiques perçus par les capteurs de notre nez,

sens4 : goût = éléments chimiques perçus par les capteurs de notre palais (sucré, salé = très restreint…).

sens5 : toucher = micro-pressions mécaniques perçues par les capteurs de notre peau.

- ou inhumaine (indétectable directement par nos seuls sens, mais détectée par d’autres sens, ceux d’autres animaux ou de nos appareils d’élargissement de nos sens, d’observation tels les téléscopes, thermomètres, loupes, …).

La physique inclut l’élargissement de nos sens et la détection de nouveaux sens (quantiques, …).

Cette extension de nos sens fait donc apparaitre de nouvelles « matières » (anti-matière, trous noirs, …).

IV – la Méthodologie scientifique
1/ la science

La science n’est PAS seulement de manipuler des chiffres d’observations et corrélations en aval d’hypothèses amont. La démarche scientifique est mille fois plus riche de mille autres facettes pour ouvrir mille fois plus de territoires mille fois plus puissants.
La science c’est itératif :

étape 1/ observer, voir, constater,
étape 2/ analyser ( = dé-lier) et comprendre (cum prehendere = prendre avec, prendre ensemble), différencier en éléments pertinents puis les re-lier, re-construire à nouveau un tout global.
étape 3/ pré-voir, modéliser des comportements, des liens de causes à effets,
étape 4/ manipuler, faire, agir, obtenir des résultats en aval (les effets souhaités, les objectifs visés) pré-vus à partir de moyens en amont (les variables de causes … à effets !).
étape 5/ re-produire, faire à nouveau, faire faire ailleurs et par d’autres.

Une autre fois = reproductible dans le temps, valable à tout instant,

dans un autre lieu = reproductible dans l’espace géographique, valable à tout endroit,

par un autre acteur = reproductible dans l’espace humain, valable pour tout observateur ou utilisateur.

La reproductibilité est la clé, l’incontournable du scientifique.
1-observer = observation = choix de variables principales = indicateurs & chiffres,

2-analyser ( = dé-lier) = choix de liens & modélisation = modèles,

3- prévoir = action conceptuelle = observations prévues = à vérifier par l’expérience

4- manipuler = action physique, faire une expérience et observer les résultats

5 - reproduire = tester la reproductibilité fiabilité du modèle

commentaire : il s’agit toujours de différencier (= les type d’observations) et relier (= regrouper les observés semblables + expliciter les liens entre ces groupes dissemblables),

Une taxinomie (plantes & animaux telles les taxinomies de Linné, Buffon, Darwin …, ou minéraux … ) est l’ensemble de groupes (un nom par groupe élémentaire) et de liens (arborescence) créés par un mode de différentiation retenu.

2/ la rigueur scientifique :

Dans chaque étude, dans chaque territoire scientifique, les modèles retenus (variables, équations …) sont les résultats itératifs de ce qui «colle» sans faille avec les observations et expériences.

La méthode scientifique ne se contente pas jamais d’un modèle qui marche « presque toujours », son exigence veut toujours du absolument « sans faille », c'est-à-dire sans aucune exception inexpliquée.

Cette exigence extrême est ce que les « non-scientifiques » trouvent d’habitude le plus borné et insupportable dans l’univers scientifique, alors que c’est justement la clé qui par sa rigidité permet à la science de fabriquer et dé-couvrir ses nouveaux territoires illimités.

En méthodologie scientifique, seule l’extrême rigeur exigée de toutes les observations et de leurs modèles (concepts, de variables principales reliées par leurs équations) peut permettre à la moindre faille, la moindre observation qui ne colle pas avec le modèle du jour, de devenir l’opportunité pour détruire le paradigme d’hier en dé-couvrant les limites du domaine de validité du modèle jusque là dominant, et l’opportunité pour créer le nouveau modèle de demain, qui ainsi ouvre le nouveau territoire de ses nouveaux corps, observations, concepts et manipulations.

Reprocher à la science la rigidité de ses exigences est aussi inepte que reprocher au sexe la puissance de ses pulsions, autant le sexe est la clé pour renouveller la vie humaine, autant la rigidité de l’exigence scientifique est la clé pour ouvrir les nouveaux territoires dé-couverts par la science.

Electricité, molécule, atome, sont ainsi des corps et énergies créés par la rigueur de nos précédentes observations et modèles.

Demain, enfin réussir à observer la gravité en tant que « corps » pourra nous ouvrir un immense nouveau territoire aujourd’hui insoupçonné !.

V – Histoire des sciences

SOMMAIRE

1/ observer

2/ histoire des sciences

3/ acteurs

4/ enjeux politiques
1/ observer

Dans ce cycle, la plus riche étape de la science, celle qui apporte les ruptures les plus fructueuses en ouverture de nouveaux territoires, ce ne sont pas les corrélations ou modélisations mathématiques, ni les liens de causes à effets.

La source principale de nos ruptures et progrès scientifiques, y compris en sciences «dures» (physique, chimie ou biologie) c’est l’observation : d’abord QUALITATIVE et seulement ensuite quantitative.

Parmi toutes ces étapes, la première, observer, est la plus difficile des activités scientifiques.
Accepter d’observer est socialement extrêmement difficile, car cela inclut d’accepter de quitter le confort de ses lunettes culturelles familières et socialement enrichissantes.

Observer c’est accepter de sentir.

C’est supporter l’angoisse des ruptures de repères, des destructions de modèles pourtant rôdés, performants et familiers.

C’est accepter de ne pas nier, voir et témoigner un défaut du modèle, un point où le discours, la théorie, ne colle pas avec l’observé.

C’est vivre le risque de la solitude des explorateurs, la haine des agressés pour qui toute découverte de nouveaux mondes signifie d’abord l’affaiblissement de leurs repères et modèles du jour, l’affaiblissement de ce qui les nourrit en titres, réseaux, postes, honneurs, puissances, relations ….
Observer est d’abord une activité qualitative, par le choix en nature de la dimension à considérer (con sidéré !), et seulement secondairement et ensuite y interviennent les dénombrements et quantités.

L’observation qualitative est à la science ce que dieu est à la religion, le concentré de sa substance.
La terrre est ronde, l’air a un poids, dieu est mort (puis le serpent a la vie dure et dieu n’est plus tout à fait mort), à chaque instant observer est une menace détestée et mal vécue par l’ordre social.

Le vrai scientifique dé-range, la vraie science est une douleur sociale, car elle détruit le passé, annule et remplace. La vraie science détruit et transforme nos lunettes culturelles.
2/ histoire des sciences

Au début, en première étape de la révolution scientifique, du XVIIième siècle « des lumières » jusqu’au début du XXième siècle, la science reste à sa première approximation du déterministe classique, avec « le grand livre de la nature », « les lois de la nature », et « dieu ne joue pas aux dés » (Einstein)….

Nous y découvrons l’invisible pour nos sens, depuis l’infiniment petit jusqu’à l’infiniment grand où « le silence éternel des espaces infinis m’effraie » (Pascal, Pensées, 1669).

Nos nouveaux instruments (en optique la lentille apporte le microscope et la lunette astronomique) nous ouvrent nos nouveaux mondes.

Observatrice, conceptuelle et manipulatrice, la science est une activité de Recherche & Développement qui transforme simultanément tous nos espaces, psychiques (religieux ou spirituels, par sa modélisation) et matériels (par ses applications mécaniques).

Par ses concepts, Galilée (« et pourtant elle tourne ») enlève la terre du centre du monde, puis même le soleil n’y reste pas longtemps car nous découvrons la galaxie et même d’autres galaxies, pendant qu’en découvrant l’évolution de la vie et des animaux, Darwin enlève l’homme du centre de la création.

Par ses applications, les chevaux omniprésents quittent nos villes et nos foyers, d’abord remplacés par charbon et vapeur puis par pétrole et fée électricité aujourd’hui, avant demain ….
Ensuite, en deuxième grande étape, au fil de davantage d’observations plus fines et précises, depuis le début du XXième siècle, l’aléatoire revient avec la physique quantique et son principe d’incertitude (oui le hasard existe, « dieu joue aux dés ! ») et le complexe se déploie dans le battement d’ailes d’un papillon en Australie qui peut provoquer un ouragan en Amérique du Sud ….


Avant-hier

Hier (du XVII ième au XX iéme siècle)

Aujourd’hui

Physique

Chimie


atomique

Particules élémentaires

Infra-atomique & astro-physique


Les 4 éléments







La terre au centre

Le soleil au centre

notre galaxie

N galaxies

? d’autres univers

Univers déterministe

« dieu ne joue pas aux dés » (Einstein)

« donnez moi un levier et je soulèverai le monde » (Archimède)

Univers aléatoire




Mètre étalon

Longueur d’onde



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