Avant que Galileo et Newton ne commencent à percer les secrets de l'univers, notre compréhension de tout ce qui s'y trouvait était presque entièrement absente..

Il n'y avait aucune explication scientifiquement plausible pour aucun des phénomènes dans le ciel nocturne et aucune compréhension réelle de toute force de la nature.

En bref, nous étions les gens de Game of Thrones mais sans les dragons, ni la magie ni les zombies.

Cependant, au lieu de passer des milliers d’années à construire de grands murs plutôt que d’inventer des objets, nous avons utilisé la discipline de la physique pour apporter des réponses à de nombreux mystères de l’existence. Grâce à ce savoir, la race humaine a réalisé des progrès incroyables..

Que ce soit pour alimenter la révolution industrielle, pour déclencher l'ère électrique ou pour dévoiler les secrets des stars, la physique a sous-tendu notre aventure technologique au XXIe siècle.

1. Lois du mouvement de Newton

Avant Isaac Newton, notre compréhension de la manière dont les objets évoluaient dans l'univers provenait des Grecs anciens. Pourquoi les objets tombent-ils sur terre? Aristote pensait que c'était peut-être parce que les objets désiraient être unis au sol. Et pourquoi ralentissent-ils lorsque vous les mettez en mouvement? Parce qu'ils sont fatigués, naturellement.

Les lois du mouvement infiniment plus avancées de Newton ont été publiées pour la première fois dans ses légendaires Principia en 1687, plus de 2000 ans après la mort de Artistotle. Il y décrit non seulement pour la première fois la force de gravité qui régit le mouvement des objets célestes tels que les comètes, les étoiles et les planètes, mais aussi le comportement d'objets plus importants liés à la Terre, tels que des navires de guerre, des boulets de canon, des bâtiments et… des poires.

1ère loi:

Un objet est soit au repos, soit se déplace à une vitesse constante, à moins d’être sollicité par une force externe.

2ème loi:

L'accélération d'un objet est directement proportionnelle à la force nette agissant sur lui et dans le même sens que celle-ci, et inversement proportionnelle à sa masse. Ainsi, F = ma.

3ème loi:

Lorsqu'un objet exerce une force sur un autre, le second corps exerce simultanément une force égale et de sens opposé à celui du premier..

Les trois lois du mouvement de Newton ont finalement stimulé la révolution industrielle des 18e et 19e siècles. Les machines fonctionnent maintenant selon des lois bien définies et bien comprises - locomotives à vapeur, usines et machines-outils ont tous été conçus et conçus en utilisant la science newtonienne..

Ses mathématiques ont également contribué à la construction des premiers gratte-ciel - la seconde loi permet de calculer toutes les forces agissant sur chaque centimètre carré de chaque brique de votre maison. La troisième loi, quant à elle, est essentielle pour comprendre la propulsion par réaction qui reste notre seul moyen de pénétrer dans l’espace..

2. Loi de Faraday

Si la gravité était la première force de l'univers véritablement maîtrisée, la seconde était une chose que vous utilisez actuellement: la force unifiée de l'électricité et du magnétisme, connue sous le nom d'électromagnétisme..

Pendant des millénaires, les humains avaient observé la magnificence et la terreur des orages dans un ciel nuageux. Les anciennes civilisations paranoïaques croyaient que les dieux en colère et mesquin étaient responsables des éclairs, et ce n'est qu'au 19ème siècle que nous avons appris à exploiter cette force sur la Terre..

Michael Faraday, un scientifique reconnu tel que Brian Cox ou Neil deGrasse Tyson, a rendu célèbre à la Royal Society, au XIXe siècle, des démonstrations stupéfiantes d'électricité statique et plus encore..

Sa principale contribution à la civilisation moderne a été réalisée grâce à ce que l’on a appelé la loi de Faraday - la découverte de l’induction. En gros, vous réalisez que si vous placez un fil dans un champ magnétique et le déplacez, le champ magnétique poussera les électrons dans le fil pour créer un courant électrique. Le moteur électrique est né sur place et l'électricité a été maîtrisée comme un outil utilisable pour la première fois..

"Toute modification de l'environnement magnétique d'une bobine de fil induira une tension dans celle-ci."

Cette transformation de l’électricité d’une curiosité en une nouvelle technologie puissante a jeté les bases de la révolution électrique qui a suivi, transformant toutes les facettes de la vie humaine dans les pays développés. Cela a permis à Nikola Tesla et à d’autres de jouer avec les premières ampoules, libérant ainsi le pouvoir de la lumière artificielle. Il a combiné spectaculairement avec la physique de Newton pour créer des centrales hydroélectriques. Il a permis la création de chaque gadget électrique jamais inventé.

La téléphonie a été l’une des conséquences les plus immédiates et les plus transformatrices de cette époque. Il permettait la communication à longue distance sous forme de télégrammes et de téléphones ultérieurs, une technologie qui passerait sans fil grâce aux ondes électromagnétiques de James Clerk Maxwell…

3. Les équations de Maxwell

Michael Faraday n’a jamais été en mesure de développer et de compléter pleinement ses travaux sur l’électricité et le magnétisme. James Clerk Maxwell a donc laissé à 1862 le soin de faire de la découverte la plus importante de la science..

Les équations de Maxwell décrivent la relation entre l'électricité et le magnétisme dans le langage mathématique. Il a réfléchi au fait qu'il doit s'agir de phénomènes étroitement liés et a ensuite découvert qu'ils pouvaient se combiner pour créer des ondes oscillantes. Il a utilisé la science pionnière de l'époque pour calculer la vitesse de ces ondes et à la stupéfaction de tous, c'était exactement la vitesse de la lumière. Il réalisa que ce n'était pas une coïncidence, que la lumière elle-même était une onde électromagnétique oscillante..

Ce travail a jeté les bases, parmi un million d'autres choses, d'un changement radical dans le diagnostic médical, permettant l'utilisation de machines aussi incroyables que les rayons X et, plus tard, les balayages de TEP et d'IRM. En comprenant le fonctionnement de l'électromagnétisme, il a pu le confier à ceux qui ont suivi.

4. Deuxième loi de la thermodynamique

Également connue sous le nom de loi de l'entropie et exprimée tout d'abord par le français Sadi Carnot en 1824, il s'agit d'un domaine de la physique que la plupart des gens connaissent très bien sans même y penser. Cela dépend du fait qu'avec le temps, les différences de température et d'autres types d'énergie vont toujours diminuer jusqu'à atteindre un état d'équilibre thermodynamique..

"L'entropie d'un système isolé qui n'est pas en équilibre aura tendance à augmenter avec le temps, se rapprochant d'une valeur maximale à l'équilibre."

En d'autres termes, c'est pourquoi vous avez froid quand vous sortez dans la neige. C’est une loi qui finira par sonner le glas de l’univers, et c’est l’une des principales raisons pour lesquelles vous avez mis des vêtements ce matin.

La compréhension de la physique de ces processus a conduit à l’invention de technologies de pointe, telles que la réfrigération. Sans réfrigération, nous serions sans aliments frais ni greffes d'organes. Le même principe régit l’utilisation des dissipateurs de chaleur pour dissiper la chaleur des micropuces chaudes de nos ordinateurs. Mmmm micropuces.

5. théorie atomique

Notre compréhension des éléments constitutifs de la matière - les atomes - est à l’origine du prochain âge technologique. L'ère informatique.

L’invention la plus percutante de cette science est sans aucun doute le modeste transistor du début du XXe siècle. Sans transistors, il est fort douteux que nous disposions d'ordinateurs, de smartphones ou de tout autre appareil électronique du même genre..

Les transistors sont en matériau semi-conducteur et permettent de contrôler le mouvement des électrons dans un circuit. Les premiers appareils électroniques à utiliser des transistors étaient les premières radios - ces premiers systèmes de communication véritablement sans fil communiquaient les unes aux autres en utilisant des ondes lumineuses ayant la plus grande longueur d'onde du spectre électromagnétique - les ondes radio.

Cette technologie de transistors a été très rapidement adaptée et utilisée pour remplacer les tubes à vide primitifs dans les premiers ordinateurs, ce qui a considérablement réduit la taille, le poids et surtout le coût de leur construction..

Le premier transistor en silicium a été créé en 1954 par Texas Instruments, marquant ainsi le début de l’ère informatique. Le silicium était un matériau idéal en raison de son abondance dans l'univers ainsi que de ses propriétés semi-conductrices. En plaçant de nombreux transistors sur une seule pièce de silicium, les ordinateurs ont été en mesure de réaliser énormément de calculs en un rien de temps..

La loi de Moore concerne la prédiction de Gordon E Moore d'Intel selon laquelle le nombre de transistors sur des circuits intégrés d'une certaine taille doublerait tous les deux ans, ce qui doublerait effectivement la puissance de calcul. Les puces informatiques Haswell de la génération actuelle d'Intel utilisent des transistors de 22 nm - beaucoup plus petits que la largeur d'un cheveu humain - permettant une production moins chère, des calculs simultanés plus nombreux et plus rapides, ainsi qu'une meilleure efficacité de fonctionnement.

La loi de Moore finira par échouer - les transistors seront si petits qu'ils seront affectés par la réalité étrange du monde quantique et auront ainsi atteint leur taille optimale.

6. La théorie quantique

La mécanique quantique est un domaine de la physique fondamentale qui traite du phénomène naturel rencontré aux plus petites échelles imaginables. Nous maîtrisons le monde quantique depuis plus de 100 ans, mais nous commençons tout juste à faire des choses géniales avec ce monde..

Les jives d'Einstein peuvent expliquer la manière dont la gravité façonne l'univers, mais ne disent rien sur les interactions apparemment non intuitives des interactions entre atomes et particules subatomiques..

Votre navigation par satellite est un appareil qui n'existerait tout simplement pas sans cette compréhension de la physique quantique. Le système de positionnement global requiert une capacité à lire l'heure avec une précision d'un milliardième de seconde. Pour cela, nous devons utiliser des horloges atomiques..

Comment fonctionnent les horloges atomiques

À l'intérieur des horloges atomiques, on trouve des atomes de césium, un métal rare. Les électrons contenus dans les atomes de césium sautent à un niveau d'énergie plus élevé loin du noyau. Puis, lorsqu'ils retombent, ils émettent un photon de lumière. Ces faisceaux lumineux émettent 9 milliards de fois par seconde, chacun jouant le rôle d’un tick dans la seconde atomique..

Un module GPS calcule sa position en triangulant les codes temporels des satellites en orbite à des distances connues en amont. Même une infime inexactitude avec l'un de ces timecodes jetterait le système dans la mesure où il devient totalement inutile. En bref, sans une compréhension du monde quantique, un positionnement global serait impossible.

Et que dire de votre lecteur Blu-ray? Les lasers à l'intérieur sont également un produit de la science quantique. Ils agissent en stimulant les électrons en orbite autour des atomes d’un gaz, qui sont ensuite émis sous forme de photons de lumière..

Les lasers sont géniaux et utilisés dans tous les domaines actuels, allant de la lecture de données à partir de disques optiques aux armes à énergie navale anti-piratage et même à la stimulation de réactions de fusion dans des centrales expérimentales où les physiciens tentent de libérer le potentiel de La célèbre équation d'Einstein e = mc2. Ils veulent libérer le pouvoir des étoiles.

La puissance de fusion débloquera un jour une quantité presque infinie d’énergie propre, ce qui permettra probablement la prochaine grande ère de l’activité humaine..

7. Un avenir quantique

Bien que nous ayons déjà utilisé la science quantique, il ne fait aucun doute que ce domaine de la physique n’a pas encore livré la plupart de ses secrets. Le temps viendra où les gens du futur reviendront sur notre compréhension de l'univers et ricaneront du fait que nous en savions très peu. En bref, nous sommes encore les gens dans Game of Thrones.

Quantum a le pouvoir de changer le monde de la même manière que les lois du mouvement de Newton ont déclenché la révolution industrielle.

Au cœur de la mécanique quantique se trouve l’idée contre-intuitive selon laquelle les particules subatomiques peuvent se trouver à plus d’un endroit à la fois. Cette loi fondamentale de la nature est utilisée pour concevoir des ordinateurs quantiques, des ordinateurs beaucoup plus puissants que votre ordinateur portable..

Alors que les ordinateurs actuels utilisent des bits sous la forme de 0 et de 1, les processeurs quantiques utilisent des bits quantiques (qubits) qui peuvent être des 1, des 0 et tout le reste, en même temps. Ainsi, lorsque vous recherchez la réponse à un problème, il n'essayera pas les réponses possibles séquentiellement mais prendra un million d'années. Il ne vous reste plus qu'à calculer toutes les réponses potentielles en une seule fois et à choisir la meilleure..

Le cryptage quantique est l'un des premiers avantages de quantum. Comme l'acte même d'observer une particule quantique va la changer (l'effet d'observateur), cela peut être utilisé pour garantir un échange d'informations sécurisé sur Internet. Par exemple, si vous encodez un 1 ou un 0 sur un photon de lumière et l'envoyez à un ami, si un tiers interceptait et visualisait cette information, il la modifierait fondamentalement, vous alertant ainsi que votre ami..

Les banques et les agences de renseignement utilisent déjà cette forme de cryptage quantique, mais à l'avenir, toute la sécurité numérique pourrait tourner autour d'elle.

Autres utilisations? Utilise ton imagination. Imaginez un processeur quantique dans la PlayStation 26, ce qui vous permettra d’obtenir des graphismes photoréalistes étonnants.

Les points quantiques sont déjà alignés pour mener la charge dans la guerre contre le cancer, un enchevêtrement quantique pourrait conduire au développement de panneaux solaires étonnants ou à une communication plus rapide que la lumière.

La nanotechnologie à elle seule pourrait complètement changer notre façon de pratiquer la médecine, d'explorer l'univers et de vivre nos vies au jour le jour..

Chez TechRadar, nous envisageons un avenir reposant grâce à l’utilisation d’un grand ordinateur quantique pour simuler un nombre infini de singes afin d’écrire nos pages pour nous. Critiques de singe! L'avenir va être un endroit merveilleux.

Illustrations de Jane Wan

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