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Qu’est-ce que la rupture de symétrie (ou brisure spontanée de symétrie) ?

mercredi 16 juillet 2008, par Faber Sperber, Robert Paris

La rupture de symétrie est devenue une image reconnue depuis qu’elle décrit l’évolution de la matière et de l’univers. En fait, elle est aussi une constatation de notre vie de tous les jours.

Tout d’abord, il faut rappeler ce qu’est la symétrie au sens physique. Il s’agit d’une propriété du système selon laquelle il n’y a pas de direction de parcours privilégiée, dans l’espace et le temps, pas de direction de rotation privilégiée non plus.

La physique a fait remarquer que les symétries équivalent aux lois de conservation. C’est effectivement une constatation très importante. Mais la physique a aussi cessé de croire que "tout se conserve". D’où de multiples "ruptures de symétrie".

Pourquoi dire que nous vivons quotidiennement la rupture de symétrie ? En effet, chacun d’entre nous constate que nous reconnaissons la différence entre le haut et le bas. la gravitation terrestre est sensible non seulement aux êtres conscients que nous sommes mais aussi à toute la matière. C’est une rupture de symétrie puisqu’une direction est privilégiée, celle de l’attraction terrestre.

En tant qu’êtres humains, nous connaissons une autre rupture de symétrie, celle qui nous permet de reconnaître notre droite de notre gauche.

Une autre symétrie brisée que nous connaissons bien est celle du temps. Nous distinguons en effet présent et passé et avons bien du mal à imaginer des niveaux du réel où une telle symétrie existerait entre le passé et le présent, comme cela semblait le cas pour les particules.

Le caractère "spontané" de cette rupture de symétrie signife que ce n’est pas une action extérieure à la dynamique qui produit ce changement brutale dans la structure géométrique du système. Il n’y a pas de miracle et pourtant il y a un changement rapide et qualitatif du système avec apparition d’un paramètre nouveau et d’une directionnalité nouvelle.

Comme on vient de le dire en débutant, une telle rupture spontanée de symétrie est l’interprétation donnée pour comprendre l’apparition de la matière et de la lumière dans l’univers du vide quantique. Gilles Cohen-Tannoudji l’explique dans "La Matière-espace-temps : "Des transitions de phase s’accompagnant de brisures de symétrie ont différencié les particules et leurs interactions, et produit le germe de toute la variété des structures actuellement présentes dans l’univers."

"On sait que la symétrie joue dans les phénomènes physiques un rôle fondamental. Les symétries sont certaines propriétés des lois de la physique ou de la matière qui se vérifient quand un système subit une transformation géométrique donnée. (...) Les équations de la physique sont supposées invariantes par translation dans le temps. La structure cristalline des solides, c’est-à-dire l’arrangement périodique des atomes dans les solides, leur donne des propriétés particulières de symétrie. Quand on cherche la nature la plus fondamentale des interactions physiques, on y trouve toujours des propriétés de symétrie, comme c’est le cas de la correspondance entre la matière et l’antimatière."

Bernard Sapoval dans "Universalités et fractales"

« Les lois de symétrie ne peuvent régner que sur des systèmes physiques dans lesquels les lois de conservation sont déjà instaurées. Elles ne règnent que sur un monde immobile, sans passé et sans avenir, où l’évolution n’a pas droit de cité et où le temps ne s’écoule pas. »

Georges Lochak, dans « La géométrisation de la physique »

"Les découvertes en physique au cours des dernières décennies nous ont conduits à accorder une grande importance au concept de symétrie brisée. L’évolution de l’univers depuis sa naissance est envisagée comme une succession de brisures de symétries. Lorsqu’il surgit du Big Bang, l’univers est symétrique et sans structure. Au fur et à mesure qu’il refroidit, il brise une symétrie après l’autre, et autorise ainsi l’apparition d’une structure de plus en plus différenciée. Le phénomène de la vie lui-même prend naturellement sa place dans ce tableau. La vie aussi est une brisure de symétrie."

F. J. Dyson, Infinite in all Directions, Harper and Row, 1988

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Encore sur la symétrie brisée

« C’est le phénomène de brisure spontanée de symétrie qui rend compte de la structuration de l’univers. »

Gilles Cohen-Tannoudji dans l’article « le réel à l’horizon de la dialectique » tiré d’un ouvrage collectif de Lucien Sève « Sciences et dialectique de la nature »)

"La symétrie a servi à construire les théories des XIX et XXe siècles. On s’est demandé, alors que les lois de la physique sont réversibles, pourquoi certains phénomènes étaient irréversibles. Il se pourrait que bientôt on inverse le paradigme. Au cours de ce siècle, la brisure de symétrie sera peut-être la règle et on se demandera dans quelles conditions, les systèmes peuvent devenir symétriques."

Etienne Klein, interviewé à l’occasion de la remise du Nobel de physique 2008

Brisure de symétrie en biologie

Qu’est-ce qu’une transition de phase ?

"On sait que la symétrie joue dans les phénomènes physiques un rôle fondamental. Les symétries sont certaines propriétés des lois de la physique ou de la matière qui se vérifient quand un système subit une transformation géométrique donnée. (...) Les équations de la physique sont supposées invariantes par translation dans le temps. La structure cristalline des solides, c’est-à-dire l’arrangement périodique des atomes dans les solides, leur donne des propriétés particulières de symétrie. Quand on cherche la nature la plus fondamentale des interactions physiques, on y trouve toujours des propriétés de symétrie, comme c’est le cas de la correspondance entre la matière et l’antimatière. "

Bernard Sapoval dans "Universalités et fractales"

La symétrie, Université de tous les savoirs, le film

La rupture de symétrie est une notion fondamentale des sciences contemporaines. Elle signifie le passage brutal par un état dans lequel apparaît un nouveau paramètre qui n’existait pas précédemment. ce passage s’appelle transition de phase. Le point important dans cette notion est son aspect spontané. cela signifie qu’apparaît sans action extérieure quelque chose de qualitativement et structurellement nouveau dans une dynamique.

La symétrie signifie qu’il y a conservation. La rupture de symétrie suppose donc qu’un système où quelque chose se conservait cesse brutalement de le faire. Il y a là un phénomène étonnant.

Par exemple, au sein de l’eau de la baignoire, il n’y a pas de rotation d’ensemble. Si on la débouche, une rotation apparaît. c’est une rupture de symétrie car il y a apparition d’un sens de rotation privilégié.

L’idée des physiciens est de traiter les apparitions de structures nouvelles comme des ruptures de symétrie et de considérer celles-ci comme un paradigme, c’est-à-dire un mécanisme général et indépendant du système particulier considéré, de même que l’on avait considéré la symétrie comme un paradigme synonyme de lois de conservation.

Les exemples les plus marquants sont l’émergence de la matière ou l’émergence de la vie. Au sein d’un vide quantique dans lequel la matière n’apparaît (fugitivement) au sein de couples de particule et antiparticule, une symétrie est brisée par l’apparition d’une structure durable de matière. Au sein de la matière, les molécules miroir ont des chiralités en nombre identique dans les deux sens de rotation. Au sein du vivant, un seul sens est privilégié.

Au sein de la physique des particules, on trouve une telle propriété, notamment dans le mécanisme des quarks qui a été mis en évidence par les deux chercheurs japonais Makoto Kobayashi et Toshihide Maskawa qui viennent de recevoir pour cela le prix Nobel 2008.

Qu’est-ce donc que cette « rupture de symétrie » ? Pourquoi est-elle indispensable à la compréhension du monde ? En quoi diffère-t-elle des explications passées, c’est-à-dire de l’image présentant les symétriques comme diamétralement et logiquement opposés de façon figée et définitive ? La symétrie signifie que le monde est le même dans un sens et dans le sens inverse que ce soit par rapport à deux directions opposées, que ce soit par réflexion dans un miroir ou encore par rotation dans un sens et dans le sens opposé. La rupture de symétrie signifie qu’une modification spontanée de la nature rompt cette symétrie. C’est une image qui est employée de manière générale en sciences car elle permet d’interpréter les phénomènes dans leur dynamique au lieu de les concevoir de façon figée et de concevoir mouvement et changement comme des opérations venues de l’extérieur. Elle diffère des interprétations passées car elle décrit une dynamique et non des objets immobiles, immuables, isolés que l’on fait bouger et changer ensuite. Elle décrit des interactions et non des objets séparés. Elle décrit un mouvement et un changement. Elle décrit le passage d’un changement qualitatif à un changement qualitatif. Donnons en quelques exemples. Nous savons tous aujourd’hui que la matière n’est pas neutre électriquement mais constituée de grains d’électricité positive ou négative. Et pourtant, c’est seulement avec la découverte de l’électron par Thomson que l’on a pu le découvrir. C’est la rupture de symétrie qui montre qu’il avait une symétrie voilée. Avant, la symétrie n’était pas notable puisqu’elle ressemblait à l’absence d’interaction ou à ... rien, aucun mouvement ou absence de propriété. Comme la symétrie entre deux charges opposée signifie une charge neutre, invisible. C’est dû au fait que la symétrie entre électricité positive et négative est cachée par la constitution d’ensembles de charges égales et opposées, ce qui donne une charge apparemment nulle à longue distance. Par contre, si on s’approche suffisamment la symétrie réapparaît. Cette image de la " symétrie cachée " est générale à la matière. Sans cesse, on trouve des charges opposées qui s’opposent électriquement mais s’unissent momentanément pour constituer des ensembles neutres. Que sont ces ensembles ? Ce sont des aimants, c’est-à-dire des dipôles électromagnétiques. Qu’est-ce qui fait que ces dipôles sont des ensembles et pas seulement deux charges totalement indépendantes ? C’est le fait que leur union momentanée minimise l’énergie de l’ensemble ce qui est un gage de durabilité qui est fondamental à la structure de la matière. Un état est d’autant plus durable qu’il minimise l’énergie. Rappelons que la nature de la matière, c’est des quanta c’est-à-dire des objets d’action constante. Or l’action c’est le produit d’une énergie et d’un temps. Plus l’énergie est importante plus le temps est court et inversement. Des charges électriques jusqu’au cerveau, on retrouve cette symétrie cachée. Ainsi notre cerveau unique cache la symétrie entre les deux hémisphères qui sont opposés mais conversent sans cesse et finissent par élaborer une réponse commune. L’unité des propriétés symétriques, c’est la rupture de symétrie à une certaine échelle et son maintient à une autre échelle. La rupture de symétrie est donc un processus de négation d’une propriété qui ne disparaît pas pour autant et peut être elle-même niée : c’est le processus dialectique de base du réel. Il est à la base d’un saut entre niveaux de la réalité, d’une discontinuité fondamentale du réel. On trouve bien d’autres symétries de ce type dans la nature : celle entre corps et esprit ou encore celle entre matière et vide, celle entre la vie et la mort. Dans tous les cas, on trouve cette opposition, cette interaction avec un dialogue, cette durabilité de la structure au sein d’un phénomène instable. C’est aussi le cas pour le vide dont la symétrie masquée est révélée (polarisation du vide) en présence d’une masse ou d’un rayonnement. En somme on peut dire que le vide apparaît comme rien sauf si on veut y déplacer des charges.

C’est la rupture de symétrie qui explique la nature de la matière. La rupture de symétrie dans un gaz de particules éphémères positives et négatives qui s’unissent pour devenir neutre, c’est la durabilité d’une particule positive ou la durabilité d’une particule négative. C’est donc la particule de masse qui est une rupture de symétrie du vide. Dans le vide, il y a autant de particules que d’antiparticules et elles apparaissent et disparaissent ensemble (pas de rythme particulier des matérialisations/dématérialisations contrairement au rayonnement, pas de dissymétrie entre particule et antiparticule, donc pas d’énergie ni de temps). Il n’y a de rupture de symétrie qu’en, présence de masses et de rayonnement : le vide se polarise, c’est-à-dire que se rompt la symétrie entre particules et antiparticules, qui deviennent alors perceptibles. Cette rupture c’est le temps. C’est un exemple de la dynamique qui produit un univers nouveau : le temps est une rupture de symétrie entre l’action et la réaction. C’est un monde symétrique qui a produit la rupture de symétrie comme un effet de seuil. Exactement comme l’eau de la baignoire, à partir d’un certain débit, se met à tourner dans un sens. Et ce sens n’était pas inscrit dans la dynamique précédente. Il est imprévisible. D’autre part, remarquons que la rupture de symétrie est spontanée ; c’est la dynamique elle-même qui produit à un moment donné un monde nouveau : un univers en rotation par exemple alors que le nuage de gaz ne tournait pas et que rien ne privilégiait un sens particulier de rotation. La démarche, difficile et pourtant fondamentale, de la science c’est de reconstruire mentalement l’univers symétrique qui a produit la rupture de symétrie à un moment donné, dans des conditions données. Ainsi, il faut concevoir un vide symétrique qui subit une rupture de symétrie seulement quand il est en présence des masses, qui se polarise en particules et antiparticules éphémères. C’est indispensable car, historiquement, le vide a produit la matière et le rayonnement, qui n’existaient pas précédemment. Cela signifie également que l’énergie et le temps ne sont pas des éléments déterminés d’avance mais, au contraire, des produits de cette rupture de symétrie qui sépare action et réaction. On connaît la phrase fameuse qui dit que l’action égale la réaction. Il convient d’y rajouter que la réaction est retardée car il faut tenir compte d’un temps de réaction. Sans ce temps de réaction, le monde serait immobile, sans changement, sans échange d’énergie puisque tout se compenserait immédiatement. C’est cette distanciation entre action et réaction qui définit ce que l’on appelle « le temps ». Là où elle n’existe pas, le temps est imperceptible. Cela signifie que temps et énergie n’existent pas dans un vide, hors de la présence de masse et de rayonnement. Ils ne sont produits qu’à leur proximité ou par leur action. Matière et rayonnement propagent donc une rupture de symétrie qui est la rupture entre temps et énergie.

A l’extérieur du site :

sur la brisure de symétrie

Théorie BCS, rupture de symétrie et physique quantique, Steven Weinberg

Les brisures de symétrie du temps

Brisure de symétrie, le film, Etienne Klein

MOTS CLEFS :

dialectiquediscontinuitéfractales - physique quantiquerelativitéchaos déterministeatomesystème dynamiquestructures dissipativespercolationirréversibiliténon-linéaritéquantaémergenceinhibitionboucle de rétroactionrupture de symétrie - turbulencemouvement brownienle temps - contradictionscrisetransition de phasecriticalité - attracteur étrangerésonancepsychanalyse - auto-organisationvide - révolution permanente - Zénon d’Elée - Antiquité - Blanqui - Lénine - TrotskyRosa LuxemburgPrigogine - Barta - Gould - marxisme - Marx - la révolution - l’anarchisme - le stalinisme - Socrate - socialisme - religion

SITE : MATIERE ET REVOLUTION

www.matierevolution.fr

P L A N
D U
S I T E

Le niveau de description ultime susceptible de fonder la singularité du vide est la théorie quantique des champs, qui combine les concepts de la relativité restreinte et ceux de la physique quantique. (…) le vide y est le ciment permanent de l’univers, les particules en jaillissent et y replongent comme des poissons volants, non sans servir de monnaie d’échange entre les particules stables et durables qui donnent sa chair au monde, et qui proviennent d’ailleurs elles-mêmes de la pulvérisation du vide primordial. (…) Les particules virtuelles (du vide quantique) sont si fugitives qu’elles sont comme si elles n’étaient pas. Les particules « réelles » et « virtuelles » sont tout aussi existantes les unes que les autres, mais les dernières disparaissent avant même qu’on puisse les observer. (…) Les termes de « fluctuation du vide » et « particules virtuelles » sont équivalents dans la description, le premier appartenant au langage des champs, le second à celui des particules. (…) Les fluctuations électromagnétiques, et donc les photons virtuels qui en sont la contrepartie dans le langage des particules, furent mises en évidence dès 1940, par la mesure du décalage des raies spectrales de l’hydrogène (Lamb shift) dû à un très léger changement des niveaux d’énergie de l’atome correspondant, et par la découverte d’une minuscule attraction entre deux plaques conductrices (effet Casimir). (…) Le vide se peuple d’une invisible engeance. L’inventaire du moindre centimètre cube d’espace frappe de stupeur : les paires électron-positon (+ et -) côtoient toute une faune de quanta. Les paires électron-positon virtuelles, en dépit de leur faible durée de vie, s’orientent dans le champ électrique des charges électriques présentes et modifient leurs effets. Océan de particules virtuelles, on peut s’étonner de voir encore à travers le vide, tant il est poissonneux En lui s’ébattent tous les photons, bosons intermédiaires et gluons nécessaires à la transmission des forces qui charpentent, coordonnent et organisent le monde. Les particules furtives qui émergent du vide et s’y précipitent aussitôt relient entre elles les particules stables et durables de la matière, dites particules réelles (quarks et leptons). (…) Le vide, à la différence de la matière et du rayonnement, est insensible à la dilatation car sa pression est négative. Ceci provient de la relation : pression = opposé de la densité d’énergie qui lui confère son invariance relativiste. La pression négative engendre une répulsion gravitationnelle. De fait, si la gravitation freine l’expansion de l’univers, l’antigravitation ne peut que l’accélérer.

Le vide est écarteur d’espace et créateur de matière

(…) La création de matière (via la lumière) est le fruit de la transmutation du vide indifférencié en entités physiques distinctes. Il y a là une chaîne physique de la genèse : Vide -> Lumière -> Matière et Antimatière. Le vide est une composante de l’univers, distincte de la matière ordinaire et du rayonnement. Vide, rayonnement et matière diffèrent par leur équation d’état (relation entre densité et pression pour le fluide considéré), laquelle influe sur l’expansion de l’univers et est influencée par elle, par le biais des transitions de phase. (…) Sa rage savonneuse à s’étendre indéfiniment, l’univers la tiendrait du vide. Le vide a enflé sa bulle. (…) Il y a autant de vides que de champs. (…) Chaque restructuration profonde, ou brisure de symétrie, modifie l’état du vide. Inversement, chaque modification de l’état du vide induit une brisure de symétrie. L’évolution de l’univers procède ainsi par brisures de symétrie successives qui se soldent par des transitions de phase, lesquelles bouleversent l’apparence globale du cosmos. »

Michel Cassé dans « Dictionnaire de l’ignorance »

"La Brisure de symétrie et la dialectique du virtuel et de l’actuel

Les propriétés de symétrie ont joué un rôle déterminant dans l’élaboration de la théorie quantique des champs et dans son utilisation en physique des particules. En l’absence d’interactions, les équations de la théorie quantique des champs se résolvent exactement, mais de grandes difficultés surgissent dès que des interactions couplent les divers champs quantiques en présence : une particule crée un champ mais ce champ peut rétroagir sur la particule, modifier sa masse ou sa charge. Or dans le monde réel, il n’y a pas de champs sans interactions ; les seules informations expérimentales que nous puissions avoir à propos de champs quantiques concernent les probabilités des événements d’interactions provoqués lors de collisions entre particules. Dans une réaction provoquée par exemple dans un collisionneur, l’interaction se produit dans une région microscopique de l’espace-temps alors que les particules incidentes peuvent être considérées comme libres (ce qui veut dire sans interactions) avant la collision, et que les particules finales, celles qui sont enregistrées dans les détecteurs, à des distances macroscopiques du point de collision, peuvent aussi être considérées comme libres. Les informations accessibles expérimentalement en physique des particules, qui en déterminent l’horizon apparent, concernent donc l’ensemble des transitions entre les états de champs quantiques libres entrants et ceux de champs quantiques libres sortants. Rappelons que les états d’un champ quantique forment ce que nous avons appelé un espace de Fock qui est la superposition du vide, l’espace de Hilbert à zéro particule, de l’espace de Hilbert à une particule, de l’espace de Hilbert à deux particules, etc. L’horizon profond est celui du programme de l’intégrale de chemins de Feynman, que nous avons évoqué plus haut, qui consiste à déterminer, pour chaque processus relevant d’une certaine interaction fondamentale, l’ensemble des voies indiscernables qu’il peut emprunter, à associer à chacune de ces voies son amplitude, et a resommer de façon cohérente toutes ces amplitudes pour obtenir l’amplitude probabilité du processus. Les propriétés de symétrie jouent un rôle essentiel dans ce programme, car elles contraignent la forme du lagrangien de la théorie dans lequel sont encodées toutes les règles de détermination des voies indiscernables et de leurs amplitudes associées. D’autre part il apparaît que c’est grâce aux propriétés de symétrie que peuvent être levées certaines des difficultés liées au fait que les champs quantiques ne meuvent pas être considérés indépendamment des interactions auxquelles ils participent. Mais la théorie quantique des champs ne peut pas être appliquée à la physique des particules sans que soient définis les espaces de Fock des champs quantiques libres entrants et sortants, et en particulier, leur état à zéro particule, le vide. Pour que la théorie ne soit pas physiquement absurde, ce vide est soumis à la contrainte de représenter l’état, stable, d’énergie minimum des champs quantiques considérés (si le vide était instable, il serait possible d’extraire de l’énergie ex nihilo). Mais il peut arriver qu’il y ait un conflit entre une propriété de symétrie du lagrangien et la stabilité du vide : un vide symétrique serait instable, alors qu’un vide stable ne serait pas symétrique. On dit dans ce cas que l’on a affaire à une situation de brisure spontanée de symétrie : la symétrie ne s’actualise pas directement dans l’horizon apparent, mais elle est sous-jacente, virtuelle ; elle reste dans l’horizon profond. C’est grâce à ce mécanisme qu’a pu être élaborée la théorie unifiée électrofaible. Les interactions électromagnétique et faible sont radicalement différentes : l’une, l’interaction faible est de très courte portée alors que l’autre est de portée infinie ; les intensités sont très différentes. Pourtant, lorsqu’a été compris le rôle dynamique de l’invariance de jauge, il est devenu tentant de rassembler les deux interactions dans une théorie unifiée à invariance de jauge, faisant intervenir un groupe de symétrie de jauge englobant, comme des sous-groupes, les groupe de symétries de l’interaction électromagnétique et de l’interaction faible. Comme théorie à invariance de jauge, la théorie unifiée électrofaible a la propriété importante d’être renormalisable, c’est à dire qu’il est possible d’y lever les difficultés rencontrées dans l’accomplissement du programme de l’intégrale de chemins de Feynman, ce qui la rend prédictive. On s’est donc tourné vers un mécanisme de brisure spontanée de symétrie, impliquant l’existence d’au moins un nouveau champ quantique, le champ de Higgs, grâce auquel la symétrie électrofaible reste sous-jacente car le vide du champ de Higgs n’est pas symétrique. Comme ce mécanisme n’empêche pas la théorie d’être renormalisable, il permet de faire des prédictions qui ont pu être comparées aux données expérimentales : l’accord est très satisfaisant. Une des prédictions de la théorie électrofaible, l’existence du boson de Higgs, le quantum du champ quantique de Higgs, n’a pas encore été confirmée par l’expérience, mais personne ne doute qu’elle le sera, au plus tard lorsqu’entrera en fonctionnement le LHC, vers 2005. Une des caractéristiques intéressantes du mécanisme de Higgs et de la théorie unifiée électrofaible, est que dans l’horizon profond où règne la symétrie électrofaible, les particules sont toutes de masse nulle22, et que, dans l’horizon apparent, c’est la brisure spontanée de la symétrie électrofaible qui rend certaines particules massives. LE REEL A L’HORIZON DE LA DIALECTIQUE

Parvenus au terme de ce parcours au cœur des problématiques de la physique contemporaine, où en sommes nous à propos de la pertinence d’une dialectique de la nature ? Tout au long de mon exposé, je me suis appuyé sur les travaux de Gonseth, pour qui la dialectique est d’abord et surtout une méthodologie ; en fait, pour Gonseth, la méthodologie scientifique joue vis à vis de la dialectique un rôle de " contexte précisant " : elle permet de donner au terme de dialectique une signification précise. Comme, toujours en m’appuyant sur les travaux de Gonseth, j’ai été amené à opposer approche dialectique et approche ontologique, j’ai pris le risque, en soulignant son caractère " horizontal " de donner à penser que la dialectique n’aurait aucune portée ontologique. Par honnêteté vis à vis de Gonseth (qui a bien évidemment évité cet écueil), et pour parachever ma démonstration, il me faut conclure en soulignant à nouveau que c’est bien le réel qui est à l’horizon de la dialectique.

Les découvertes de la physique moderne ont montré que le réel est tel, et que nous sommes tels, qu’il ne se présente à nous qu’en horizon. Prendre acte de cette donnée, ce n’est pas renoncer à comprendre le réel, c’est au contraire se donner des moyens plus adéquates de l’approcher. Selon la méthodologie que j’ai décrite, la connaissance scientifique s’organise à partir d’un horizon apparent adapté à recueillir les informations en provenance d’un horizon profond, correspondant à une connaissance plus fine en devenir. Les concepts dialectiques sont adaptés à la description de la ligne d’horizon qui est à la limite de l’horizon apparent et au seuil de l’horizon profond. Tout au long de ce chapitre, je me suis attaché à mettre en évidence le rôle heuristique de la dialectique de l’horizon.

C’est ce que j’ai montré à propos de la symétrie et de la dialectique du relatif et de l’objectif : la physique moderne a appris à faire la part du subjectif et du relatif, et les principes de symétrie lui permettent d’établir des critères d’objectivité, donc de réalité.

Quant au mécanisme de brisure spontanée de symétrie, que j’ai évoqué à propos de la théorie électrofaible, il semble bien qu’il relève lui aussi d’une dialectique de portée réellement universelle. C’est de cette dialectique que relève la perte de la cohérence quantique associée à la levée de l’indiscernabilité. C’est d’elle que relève l’émergence d’ordre à l’échelle macroscopique en physique de la matière condensée : à haute température un corps ferromagnétique est dans un état symétrique (aucune direction n’est privilégiée) et sans ordre (tous les petits aimants dont il est constitué sont orientés dans tous les sens), alors qu’à basse température, la symétrie se brise, tous les aimants s’ordonnent le long d’une direction particulière. Dans le rapprochement actuel de la cosmologie et de la physique des particules, c’est le phénomène de brisure spontanée de symétrie qui rend compte de la structuration de l’univers que nous évoquions en introduction. "

Gilles Cohen-Tannoudji dans "Le réel à l’horizon de la dialectique"

21 Messages de forum

  • toujours S de Bamako
    j’ai un problème par rapport aux quaestions suivantes.
    - qu’est-ce que la symétrie ?
    pourquoi les symétries se brisent ?

    Répondre à ce message

    • La question reste pour l’heure sans réponse en cas de rupture "spontanée", probablement parce que nous n’avons pas encore trouver d’effet causal. Un bon sujet d’étude pour le prochain Nobel !

      Répondre à ce message

      • Pourquoi les symétries se brisent ? Demandent notre lecteur et, pour un autre ami lecteur, connaître la réponse serait un thème donnant droit au Nobel.

        Peut-être bien.

        Mais, déplaçons la question du domaine de la physique à celui de la société.

        Pourquoi la symétrie des classes sociales finit par se briser.

        Pourquoi durant des siècles un certain équilibre entre les exploiteurs et les exploités, s’appuyant généralement sur une couche sociale intermédiaire, parvient à durer et subitement, sans lien causal apparent et simple, du fait d’un apparent hasard, d’un apparent désordre, cet équilibre social (la symétrie) finit par se briser, le système lui-même par disparaître que ce soit la société patriarcale, l’esclavage, le féodalisme et même ... le capitalisme. Pourquoi aller chercher loin dans le passé. pourquoi, sous nos yeux, l’ordre (symétrie) du capitalisme se détruit ... spontanément ?

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        • Poursuivons...

          La symétrie se brise mais, avant de se briser, encore fallait-il qu’elle ait été fondée par un processus...

          quel est ce processus qui a fondé cet équilibre, cette question nombre d’auteurs n’y ont pas répondu, considérant que l’équilibre est naturel et que c’est le déséquilibre qui ne le serait pas.

          c’est un point de vue philosophique plus qu’une observation du réel.

          L’autre conception peut considérer que le désordre produit l’ordre. cela signifie que c’est le déséquilibre qui a produit la symétrie et donc que ce qu’il a produit, il est aussi capable de le détruire, si on dépasse un certain seuil.

          cela semble bien abstrait tout cela.

          La démocratie bourgeoise est un certain équilibre mais elle est capable elle-même, quand la lutte des classes, du fait de la crise économique, atteint un niveau seuil, d ebasculer spontanément la société dans le fascisme ou la dictature (étant donné que le pendant serait la révolution)

          Les systèmes critiques qu’étudie la physique obéissent au même type de philosophie...

          Robert Paris

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          • Je donne quelques citations de physiciens sur cette question :

            Heinz von Förster a montré que de petits aimants s’organisent spontanément lorsqu’on les agite.

            L’astrophysicien John Barrow explique que cet ordre peut être détruit par une augmentation de température : « Au sein d’une barre métallique chauffée au dessus d’une certaine température, l’agitation thermique des atomes est suffisante pour détruire toute tendance à s’aligner et définir une direction de magnétisation privilégiée. Dans un état chaud, la barre ne possède pas de magnétisation globale. Mais quand la température de la tige diminue, l’agitation thermique perd de son intensité et est incapable de désorienter les atomes. » Barrow explique comment la tige peut évoluer vers deux états opposés d’alignement des petits aimants. C’est un exemple d’un phénomène plus général appelé la symétrie brisée dans laquelle « une fluctuation microscopique fait pencher la balance d’un côté ou de l’autre. »

            « Cette bifurcation est un phénomène ponctué, critique, par lequel le système acquiert un comportement global nouveau et des propriétés nouvelles. »
            Les physiciens Janine Guespin-Michel et Camille Ripoll
            dans la revue « Sciences et Avenir » d’août 2005

            « L’exemple canonique de la criticalité auto-organisée est le tas de sable. Un tas de sable présente un comportement en équilibre ponctué, pour lequel des périodes de stases sont entrecoupées par des éboulements. (...) Le tas de sable évolue d’une configuration à l’autre non pas de manière graduelle, mais au moyen d’avalanches catastrophiques. (...) L’évolution du tas de sable s’effectue par le biais de révolutions, comme l’histoire dans la vision de Karl Marx. C’est précisément parce que les états dynamiques sont suspendus dans l’état critique que tout arrive à travers des révolutions et non graduellement. De fait, la criticalité auto-organisée est une méthode inventée par la nature pour effectuer des transformations énormes sur des échelles de temps très courtes. (...) Les grands systèmes comportant un grand nombre de composants évoluent vers un état intermédiaire « critique », loin de l’équilibre, et pour lequel des perturbations mineures peuvent déclencher des événements de toutes tailles, appelés « avalanches ». La plupart des changements se produisent au cours de ces événements catastrophiques plutôt qu’en suivant un chemin graduel et régulier. »
            Le physicien Per Bak dans « Quand la nature s’organise »

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      • Dans le cadre d’un condensat de Bose Einstein (BEC), cosmologique et primordial, on peut admettre que le nombre aléatoire N de bosons soit nettement plus grand que le nombre No idéal, propre à l’équilibre symétrique, 0(3), de ce condensat. Donc si N >> No alors il y a deux chaines de réactions parallèles :
        1/ saturation => masquages des charges voisines alternées => perte de causalité => boson = 2 fermions => inflation de masse et déflation de célérité.
        2/ mitose du BEC primordial en n BEC fils => accrétion fermions => galaxies/étoiles .
        On montre que l’élémentarité ultime est sous forme d’un oscillateur 1D, aléatoire, boson comprenant deux particules virtuelles vibrant autour de leur point zéro. La probabilité + le principe de Huygens suffisent à expliquer la synchronisation d’un ensemble E autour de sa moyenne et créant ainsi les constantes que l’on connait.

        L’aléa a une probabilité non nulle de créer des constantes tout en passant par un état de déséquilibre qui justement tend vers l’équilibre par la notion universelle de mitose.

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  • ça m’a l’air très pointu cette rupture de symétrie, de la science pure.

    Est-ce qu’on peut en savoir des choses simples qui nous concernent tous ? Ou est-ce un truc pour spécialistes ?

    Toto

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    • La rupture de symétrie est une théorie des sciences qui est extrêmement puissante mais cela ne veut pas dire qu’elle ne concerne que des spécialistes. Bien au contraire, elle contient une philosophie et est donc indispensable à tout le monde.

      Quelle est cette philosophie ?

      Tout d’abord, il convient de comprendre les termes employés. Qu’est-ce qui est symétrique et que veut dire rompre une symétrie ?

      Disons d’abord que symétrie sous-entend une conservation de propriétés, une espèce de stabilité globale même au sein d’un mouvement.

      Inversement, une rupture de symétrie sous-entend un changement brutal des lois, un saut qualitatif, une transition diraient les physiciens, une révolution pour tous ceux qui étudient le changement social.

      Dans la vie de tous les jours, trouvons-nous des situations qui témoignent d’une symétrie brisée et qui en soulignent l’importance, le caractère radical et même révolutionnaire ?

      Tous les jours, nous marchons et cela provient du fait que nous sentons la position verticale. Cela suppose une capacité de s’orienter dans l’espace. Comment se fait-il que nous percevons la ligne verticale vers le bas comme spécifique par rapport aux autres directions ? C’est dû au fait que nous sentons la gravitation. Non seulement nous la subissons comme tous les corps mais nous savons orienter notre corps par rapport à cette verticale. C’est ce que nous appelons la station debout, une révolution fondamentale pour l’humanité Et ce n’est pas la seule particularité de l’humanité qui s’appuie sur une rupture de symétrie.

      En effet, nous sommes très polarisés sur notre intellect, qui nous semble très important pour notre espèce. C’est certainement une petite exagération mais il est vrai que notre intelligence joue un rôle important. Alors, trouvons-nous dans la rupture de symétrie des éléments de cette différence de notre cerveau par rapport à celui de nos cousins les grands singes Que oui ! Nous avons déjà souligné la station debout mais il faut aussi remarquer, entre autres, une rupture de symétrie au niveau du cerveau : le paléoanthropologue Ian Tatterstall rapporte dans "L’émergence de l’homme" que, contrairement à nous, les grands singes ont des hémisphères cérébraux droite et gauche quasi symétriques ce qui n’est nullement le cas pour l’homme, les zones droites et gauche ayant chez l’homme des rôle différents. Le dialogue interne de l’homme provient pour beaucoup de ces échanges entre hémisphères. Dialoguer intérieurement signifie avancer dans la compréhension des situations. Certaines zones comme celle de la parole ou celle de l’interprétation des faits (cingula) n’existent que d’un côté et cela a une importance considérable.

      D’autres éléments considérables du monde qui nous entoure sont des ruptures de symétrie comme l’écoulement du temps. Dans notre univers, le temps s’écoule toujours dans le même sens, ce qui signifie que nous distinguons passé et futur. Est-ce le cas de la matière ? Est-ce le cas du vide ? C’est, au contraire, dans un univers sans directionnalité du temps, le vide quantique, que naissent les particules et leurs propriétés. L’apparition du temps, au sein d’un grand nombre de particules, est donc une rupture de symétrie.

      Un autre point a été souligné par Pasteur : l’apparition de la vie est une rupture de symétrie au sein des molécules. On l’appelle la symétrie miroir. Dans la matière, si une molécule existe, la molécule dont la structure est symétrique comme dans un miroir existe aussi. Ce n’est pas le cas au sein du vivant. les molécules qui intervienent au sein du vivant tournent toutes dans le même sens. cela signifie que la vie est apparue dans une transition qui était une rupture de symétrie.

      Bien d’autres propriétés de la matière, toutes en fait, sont nées au sein de telles transitions qui marquent l’histoire de l’Univers.

      Robert Paris

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      • Voilà des éléments qui m’intéressent fortement.
        Je me suis récemment brisé le col du fémur. Au delà des explications cliniques, techniques, je cherche à avoir une réflexion plus globale sur la symétrie, l’équilibre.
        La brisure du fémur (pas du tout spontanée, je vous l’assure) fut cependant une rupture dans l’espace/temps :
        - un avant : je marche bon pas
        - un après : l’os est brisé, je ne marche plus et suite pour remise en état (bloc opératoire, prothèse, rééducation, convalescence...)
        - Mais il y a eu rupture : ce temps qui n’est pas pas mesurable entre l’avant et l’après.
        La rééducation m’a encore mieux montré la symétrie de mon squelette
        - le rôle du bassin, cet élément d’équilibre, ce centre de gravité qui joue le rôle de balancier, fixe mon centre de gravité
        et me permet d’articuler ma colonne vertébrale (le pilier qui supporte ma tête si grosse et lourde au bout de son grand cou) et de mouvoir tous les éléments de mon squelette.

        Voilà ou j’en suis de mes réflexions,

        merci d’y contribuer, ne serait-ce qu’en me donnant des pistes références (sites, articles, chercheurs, philosophes...)

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  • Brézin dans "Symétries et symétries brisées" :

    "A côté de symétrie-dissymétrie, nous trouvons ordre et désordre qui leur sont étroitement associés. Mais que l’on y prenne garde, c’est à la symétrie qu’est associée le désordre alors que l’ordre résulte de la symétrie brisée."

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  • Dans « L’expansion de l’Univers », l’astrophysicien Evry Schatzman expose le lien que l’on peut imaginer entre les diverses ruptures de symétrie de la nature : celle qui donna naissance à la matière, celle de l’expansion de l’univers et celle de la vie. « Si l’on remonte dans le passé à une époque où la densité d’énergie du rayonnement dominait tout le système, on s’aperçoit que le nombre de photons par unité de volume est à peu près le même que le nombre de toutes les autres espèces de particules. (...) Or, ce qui caractérise l’époque actuelle, c’est que le rapport entre baryons et photons est tout à fait différent. (...) Comment expliquer une pareille dissymétrie dans ce processus ? Comment expliquer de surcroît que, autre dissymétrie frappante, dans notre galaxie et dans les galaxies voisines, nous n’ayons affaire qu’à de la matière et jamais à de l’anti-matière ? (...) Pour expliquer cette brisure de symétrie, on soupçonne qu’elle correspond à un processus physique tout à fait fondamental. (...) L’interaction entre électron et neutrino est due à cette force très petite qu’on appelle l’interaction faible. Le neutrino tourne sur lui-même, avec cette particularité que son axe de rotation est toujours parallèle à sa vitesse, et le sens de rotation toujours le même. Si on considère son image dans un miroir perpendiculaire à la direction de son mouvement, le sen de la rotation est conservé dans l’image du miroir, alors que la direction dans le miroir est inversée : l’image du neutrino dans le miroir est celle d’un antineutrino dont on dit qu’il tourne à droite, alors que le neutrino tourne à gauche. Il y a brisure de symétrie. Or un tel phénomène affecte les électrons. Les électrons, négatifs, ont une légère tendance à tourner vers la gauche, la direction de l’axe de la toupie-électron étant le plus souvent orientée au sens opposé à la vitesse, alors que l’axe de la toupie positon (l’antiparticule de l’électron) est le plus souvent orienté dans le sens de la vitesse. Il y a donc là aussi brisure de symétrie. Mais où les choses deviennent vraiment passionnantes, c’est lorsqu’on s’aperçoit que l’énergie de liaison des molécules lévogyres est un peu plus grande que l’énergie des molécules dextrogyres. Cette différence est certes extrêmement faible, puisqu’elle est de l’ordre d’un milliardième de milliardième d’électron-volt. Mais elle pourrait, dans des conditions favorables, engendrer la formation de chaînes de molécules lévogyres ! La brisure de symétrie de la radioactivité béta est due aux propriétés des interactions faibles. Et celles-ci expliquent les très faibles différences dans les énergies de liaison des atomes et des molécules. Ne pourrait-on penser que la différence des énergies de liaison entre les molécules lévogyres et dextrogyres due aux interactions faibles serait la cause de la dissymétrie des molécules constitutives des êtres vivants ? »

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  • "Pourquoi diable les états quantiques physiquement observables ne sont jamais totalement symétriques, sauf pour l’hélium, mais partiellement symétriques et partiellement antisymétriques ?"

    Lochak, Diner et Farge dans "L’objet quantique"

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  • L’ordre dans la nature, c’est la symétrie ou la symétrie brisée ?

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    • Symétrie et dissymétrie comme ordre et désordre sont des contraires dialectiques inséparables.

      Voici ce qu’en dit
      Edouard Brézin dans « Symétries et symétries brisées : la compétition ordre-désordre et les changements d’état de la matière », conférence pour l’Université de tous les savoirs :

      « Ce n’est qu’à partir de la fin du siècle dernier que (…) la symétrie s’est imposée progressivement comme instrument de compréhension de l’univers, et finalement, avec la notion contemporaine de symétrie locale, comme le concept premier et unificateur permettant de comprendre l’organisation de la matière, les interactions entre constituants élémentaires (électromagnétisme et forces nucléaires) et même la cosmologie de notre univers en inflation issue du big bang initial. Le rêve de Kepler s’est en quelque sorte enfin réalisé : la symétrie détermine le monde.

      Le langage nous tend des pièges difficiles à éviter. C’est ainsi qu’à côté de symétrie-dissymétrie nous trouvons ordre et désordre qui leur sont étroitement associés. Mais que l’on y prenne garde, c’est à la symétrie qu’est associé le désordre, alors que l’ordre résulte de la symétrie brisée, qui n’est pas l’absence de symétrie, notion qu’il va donc falloir expliciter tout à l’heure.

      Deux pionniers de l’étude des symétries ont marqué le siècle dernier, Louis Pasteur et Pierre Curie. Ils nous ont laissé des concepts profonds, et des interrogations qui n’ont cessé de nous accompagner depuis lors. Les expériences du jeune Pasteur visaient à préciser la propriété qu’ont certains cristaux, tel le quartz, de faire tourner le plan de polarisation de la lumière. En 1848 Pasteur, chimiste d’exception avant de devenir le biologiste génial que tout le monde connaît, cherchait à préciser le lien entre cette activité optique et la structure des cristaux ; il remarqua que les cristaux de paratartrate de sodium « étaient un mélange de deux « énantiomères », c’est-à-dire de petits cristaux qui étaient tantôt identiques, tantôt identiques à l’image des précédents dans un miroir (de même qu’une main droite n’est pas identique à une main gauche, mais simplement à l’image de celle-ci dans un miroir). Il montrait alors que chacun de ces deux types de cristaux avait des propriétés optiques opposées, signe d’une chiralité moléculaire. Mais la découverte de Pasteur allait beaucoup plus loin puisqu’elle mettait en évidence une différence fondamentale entre la matière inerte et la matière vivante. En effet la synthèse des paratartrates en laboratoire produisait des mésotartrates optiquement inactifs, qui se révélèrent être toujours des mélanges en parts égales des deux énantiomères, alors que la vie est profondément asymétrique puisque les cristaux de paratartrates, issus des dépôts dans le vin, étaient exclusivement lévogyres. Depuis la biochimie n’a cessé de nous révéler que les molécules constitutives du vivant (ADN, protéines, etc.) étaient asymétriques, avec une homochiralité universelle : ainsi toutes les hélices constitutives de l’ADN tournent toujours dans le même sens chez tous les êtres vivants.

      Comment expliquer une telle différence entre la biochimie et la chimie du monde inanimé ? C’est bien un mystère, car les processus physiques qui régissent la constitution des atomes et molécules ne distinguent pas la droite de la gauche : une réaction chimique et celle qui serait constituées par l’image de cette dernière dans un miroir ont des probabilités égales de se produire. Notons tout de même que, rompant avec cette conception qui faisait de cette égalité un dogme, deux physiciens américains nés en Chine ? T-D. Lee et C-N. Yang, formulèrent en 1956 l’hypothèse que les interactions nucléaires, responsables de la radioactivité bêta, n’étaient pas identiques à leur « image dans un miroir ». Cette non-conservation de la parité fut rapidement mise en évidence expérimentalement par la physicienne de l’université de Columbia Mme C-S. Wu. (…) Certains imaginent que les fluctuations statistiques dans des populations d’énantiomères droits et gauches a priori égales, peuvent produire une inégalité accidentelle qui s’autoamplifie et conduit à l’homochiralité du vivant. (…) Il n’est pas question de trancher, mais on voit combien cette observation extraordinaire de Pasteur reste au cœur des préoccupations contemporaines sur l’origine de la vie.

      C’est l’étude de la piézo-électricité du quartz, cette propriété aujourd’hui si abondamment utilisée par exemple dans nos montres à quartz, mise en évidence en 1888 par les frères Curie, qui conduisit Pierre Curie à formuler un principe de symétrie profond et général. Réfléchissant en effet sur le lien entre la direction de la polarisation électrique du cristal et celle des contraintes mécaniques qui lui donnent naissance, Pierre Curie postula que « lorsque certaines causes produisent certains effets, les éléments de symétrie des causes doivent se retrouver dans les effets possibles. »Malgré son aspect très formel ce principe est d’utilisation parfaitement opératoire, tout spécialement en présence de champs électriques et magnétiques. C’est ainsi qu’il implique qu’il n’est pas possible de réaliser des synthèses chimiques « asymétriques », privilégiant l’un des composés, droit ou gauche, de molécules possédant une chiralité déterminée sous le simple effet d’un champ magnétique.

      Nous savons aujourd’hui que ce principe de Curie, pris au pied e la lettre, ne couvre pas le champ important des symétries brisées, et il est paradoxal de constater que l’une de ces premières brisures connues, celle de la transition paramagnétique-ferromagnétique, a été découverte également par P . Curie.

      (…) La transition solide-liquide est la manifestation de deux phénomènes antagonistes qui mettent en jeu énergie et entropie. Dans cette matière macroscopique en effet, les configurations des molécules sont innombrables ; chacune d’entre elles est susceptible de se réaliser avec une petite probabilité, d’autant plus grande que son énergie est basse et la température élevée. A basse température, dans la phase solide donc, les configurations de basse énergie, très ordonnées spatialement pour autoriser les molécules à « profiter » de leur attraction réciproque, ont un poids dominant. En revanche, à plus haute température, la multiplicité conduit à rejeter les configurations ordonnées, bien moins probables donc, mais si nombreuses que cette considération (identifiée par Boltzmann à l’entropie des thermodynamiciens) l’emporte. Comparons le liquide et le solide : le liquide est isotrope, aucune direction n’y est privilégiée. Il est également tout à fait homogène, identique en tous ses points. Le solide, lui, possède des axes cristallins privilégiés et des points qui servent de sommets au réseau périodique sur lequel sont venues se ranger les molécules. Il est donc, certes plus ordonné que le liquide, mais moins symétrique que lui puisque des opérations telles que des rotations ou des translations arbitraires, qui ne changent rien au liquide, ne laissent pas le solide invariant. Cette rupture de symétrie, manifestée par l’ordre cristallin, est spontanée en ce sens qu’elle ne nécessite aucun agent extérieur, aucune interaction privilégiant des directions particulières. (…)

      Un grand nombre des changements d’état de la matière résultent de ce phénomène de symétrie brisée. Les « aimants » permanents présentent une aimantation dans une direction spatiale bien déterminée qui disparaît au-delà d’une certaine température (celle-ci porte le nom de Curie qui avait découvert cette transition entre un état « ferromagnétique » aimanté et présentant une orientation, et un état « paramagnétique » désorienté et donc tout à fait isotrope). De nos jours, la supraconductivité, la superfluidité, les phases des cristaux liquides, et bien d’autres changements d’état, n’ont cessé d’enrichir le catalogue des symétries spontanément brisées que présente l’organisation de la matière. Les défauts à l’ordre eux-mêmes (un solide, ainsi que toute structure ordonnée, possède des défauts) s’organisent d’une manière tout à fait caractéristique des symétries brisées présentes dans la structure. (…) les travaux de 1940 du physicien R. Peierls montraient que la formulation statistique de la physique contenait bien la possibilité, la nécessité même, de transition de phase par brisure de symétrie."

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  • "Les découvertes en physique au cours des dernières décennies nous ont conduits à accorder une grande importance au concept de symétrie brisée. L’évolution de l’univers depuis sa naissance est envisagée comme une succession de brisures de symétries. Lorsqu’il surgit du Big Bang, l’univers est symétrique et sans structure. Au fur et à mesure qu’il refroidit, il brise une symétrie après l’autre, et autorise ainsi l’apparition d’une structure de plus en plus différenciée. Le phénomène de la vie lui-même prend naturellement sa place dans ce tableau. La vie aussi est une brisure de symétrie."

    F. J. Dyson, Infinite in all Directions, Harper and Row, 1988

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    • Intéressante discussion !

      L’approche thermodynamique qui "cristallise" et "différencie" au fur et à mesure du refroidissement n’est pas fausse mais elle est incomplète et n’explique absolument rien de la genèse du monde !

      Pour revenir à la chiralité et à la violation CPT, ma propre étude dit :

      1/ le monde est pavé de condensats enchevêtrés de Bose-Einstein (BEC) et les galaxies n’en sont qu’une partie visible et minoritaire.
      2/ Si ces condensats (bosons subquantiques) sont non perturbés par les fermions, alors ils sont de symétrie sphérique parfaite et sans interaction entre eux.
      3/ A l’échelle au dessus (quantique) la seule symétrie de charge qui pourrait être "parfaite" s’exercerait dans un monde fait exclusivement d’électrons et de positons. Mais le point 2 montre que la symétrie serait perturbée, même par ces fermions idéaux.
      4/ La réalité est que le couple proton-électron, de charges apparentes symétriques, rajoute de la perturbation au niveau subquantique car le ratio m/c= masse/charge est fortement asymétrique.
      5/ Le neutron (seul) est instable car il amplifie la disparité m/c.
      6/ Le vide réagi en "habillant" l’électron de particules virtuelles et en lui créant une anomalie du moment magnétique. Ces deux paramètres, sous forme de ratio, sont strictement liés et représentatifs du tenseur métrique né de la déformation de la symétrie sphérique du BEC concerné. Ce tenseur métrique est équilibré (comme pour la relativité d’Einstein) par un tenseur d’énergie-impulsion via une constante dont la dimension est adéquate (M^-1 L^3 T^-2).
      7/ chaque étoile est hôte central d’un BEC. La perturbation fermionique (ou baryonique) créé une asymétrie dans le BEC qui réagi par un gamma constant centripète appliqué aux fermions isolés et possédant une composante de vitesse radiale. C’est bien ce qui est mesuré avec les sondes Pioneer. (là comme ailleurs on obtient le quantitatif et le qualitatif).
      8/ Ces BEC enchevêtrés sont nés d’un BEC primordial possédant N (aléatoires) bosons oscillateurs. N >> No, le nombre idéal pour l’équilibre.
      9/ La brisure de symétrie est double :
      9-a : il y a mitose en n BEC( No) (10^22)
      9-b : il y a séparation causale qui créé les fermions par déflation de célérité et inflation symétrique de masse puis leur annihilation partielle.
      10/ l’ensemble des BEC enchevêtrés créé l’accélération de l’expansion par compensation du à un effet retard lui-même causé par l’aspect fractal de la mitose. Le point 6 apporte un module d’élasticité apparent qui permet cela. Le même point 6 génère un gamma accélérateur d’accrétion primordial qui explique la précocité des galaxies.
      11/ le point 10 créé un champ de vecteurs de vitesses radiales des galaxies qui explique les collisions intenses du passé. Ces collisions expliquent la création de matière noire qui est une conséquence directe de la distribution à symétrie sphérique du BEC primordial (on ne détaillera pas ici, pourtant les clés sont là).

      12/ le monde englobant notre petit univers est un ensemble incommensurable d’espaces 1D non connexes chacun matérialisé par un oscillateur élémentaire et aléatoire qui vibre autour de son point zéro. La probabilité + la synchronisation (Huygens) amène une longueur d’onde commune de Broglies (1) à partir de laquelle se créé les constantes à partir de la moyenne des valeurs aléatoires, dont x volumes élémentaires qui pavent l’espace 3D et de plus, la mitose du point 9 (2).

      (1) cela fonctionne aussi avec l’approche thermodynamique si l’on considère l’agitation aléatoire comme une haute température qui refroidit lors de la synchronisation.
      (2) Il y n’y a pas "création du temps" mais "consolidation" des périodes morcelées, aléatoires et alternées.

      Bilan du modèle : 2 hypothèses ; 22 observables clés expliqués, 33 réponses aux questions les plus fondamentales. Publication en 8 volets : en cours.

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  • salut ! les maladies ne sont elles pas elles même des brisures de symétrie ? pourtant la vie est hétérogène ,elle même une brisure de symétrie.Comment expliquer cette double phénomène ?si c’est le cas l’univers s’attendrait à une autre brisure alors,peut être : sa staticité

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    • Sur le mécanisme du cancer comme brisure de symétrie voir par exemple http://www2.cnrs.fr/presse/communiq...

      Paris, 1er février 2005
      Expression des gènes et cancer : une question de probabilité ?
      Sait-on pourquoi un gène s’exprime ou non, au sein d’une cellule ? Depuis les années 60, l’explication la plus courante fait appel à la notion de programme génétique : il existe dans toute cellule des gènes dits répresseurs ou activateurs qui commandent ou répriment la production de protéines indispensables à la cellule. Depuis une quarantaine d’années, plusieurs démonstrations expérimentales sont venues remettre en question cette approche déterministe (une molécule-signal au niveau du gène détermine une réponse de la cellule) au profit d’une nouvelle théorie dite probabiliste : un gène a simplement une probabilité de s’exprimer ou pas à tout moment. Les travaux de chercheurs de l’Inserm, du CNRS et de l’Université Pierre et Marie Curie (1) apportent une contribution supplémentaire à l’édification de cette nouvelle théorie du développement embryonnaire. Le changement de paradigme que sous-tendent ces nouvelles données permet notamment de considérer les phénomènes de la cancérogenèse, sous un angle totalement nouveau. Ces travaux, publiés ce mois-ci dans la revue Progress in Biophysics & Molecular Biology, sont accessibles en ligne (2).

      L’objectif du travail consiste à mieux cerner les règles qui gouvernent le comportement des cellules, notamment au cours des différentes étapes de l’embryogenèse, un processus qui aboutit à un organisme adulte, via une multitude d’interactions entre tissus.

      Grâce à l’outil informatique, ces chercheurs ont pu tester plusieurs hypothèses formulées sur le comportement d’une ou de plusieurs cellules au cours de leurs différenciations. Leur hypothèse de départ : le mécanisme qui régit le comportement des cellules est fait, non pas de signaux programmés génétiquement mais d’événements aléatoires qui déclenchent l’activation des gènes contrôlant la différenciation d’une cellule. Les interactions entre cellules qui interviennent ensuite ne sont plus la cause de la différenciation comme admis jusqu’à présent :via l’émission et la réception de molécules entre cellules, elles servent à stabiliser les cellules dans le phénotype qu’elles ont d’abord acquis aléatoirement.

      Le modèle d’étude est constitué de la simulation de 2 types cellulaires A ou B choisis aléatoirement pour chaque cellule. La simulation informatique permet de complexifier très fortement les paramètres du système probabiliste tout en vérifiant que le modèle ainsi créé aboutit bien à une organisation cellulaire reproductible, comme c’est le cas au cours de l’embryogenèse d’un être vivant. Les paramètres suivis au sein de chacune des cellules et au moment de chaque simulation sont le nombre de molécules synthétisées, le nombre de molécules dégradées, la diffusion de ces molécules, la consommation de molécules par la cellule. À chaque étape de simulation, les événements cellulaires (différenciation, division ou mort) sont enregistrés.

      L’aspect probabiliste du modèle est inclus par le biais des probabilités associées à chacun des phénotypes, lesquels apparaissent d’une couleur différente sur l’écran de l’ordinateur ; tandis que l’aspect stabilisateur provient de l’environnement qui agit en retour sur les cellules en modifiant ces probabilités associées à chaque phénotype.

      Parmi les résultats notables (l’article fait 30 pages !), les chercheurs s’aperçoivent que lorsque les conditions de simulation informatique suppriment la mort cellulaire (les cellules continuent à vivre même si la quantité de nutriments nécessaire n’existe plus), la structure cellulaire se forme correctement mais avec un taux d’échec de l’ordre de 50% (contre 20% seulement dans le cas où la mort cellulaire existe). La mort cellulaire semble donc jouer un rôle positif dans la formation de cette structure en bi-couche, caractéristique des êtres multicellulaires. La mort cellulaire élimine les cellules non adaptées à leur environnement, au profit… des plus viables. En somme, on est en présence d’une sorte de darwinisme transposé au niveau de la cellule.

      Plus généralement, les simulations permettent de comprendre comment un ordre cellulaire correspondant aux tissus d’un organisme peut apparaître et comment ce même ordre peut être déstabilisé et donner lieu à une croissance cellulaire incontrôlée. En effet, les données permettent de comprendre le cancer d’une nouvelle manière. Plutôt que de considérer que les cellules se mettent à proliférer anarchiquement (et deviennent cancéreuses) sous l’influence de mutations altérant les signaux d’un programme génétique de contrôle de la prolifération cellulaire, les chercheurs français proposent une autre explication. L’organisation cellulaire résulte d’un équilibre quantitatif entre différents paramètres. En effet, les cellules structurées en bi-couche par le modèle arrêtent de proliférer spontanément, sans qu’aucun signal inhibiteur n’ait pourtant été intégré au système de simulation informatique. Les auteurs montrent donc que cet arrêt de croissance est dû à un équilibre entre les effets autostabilisateurs du phénotype (les cellules différenciées stabilisent leur propre phénotype) et les effets d’interdépendance pour la prolifération (les cellules différenciées stimulent la prolifération de phénotypes autres que le leur) exercés via les interactions entre cellules.

      Dès qu’une modification quantitative intervient dans un de ces deux processus, la croissance cellulaire est désorganisée, le cancer se déclenche. Autrement dit, si l’organisation tissulaire résulte de la combinaison de multiples causes, l’origine du cancer peut être diffuse. En fait, la croissance d’une tumeur est l’effet visible localement d’un déséquilibre entre l’ensemble des facteurs stabilisateurs impliqués dans l’environnement de la cellule.

      Cette nouvelle manière de comprendre le cancer peut ouvrir de nouvelles stratégies de lutte thérapeutique. Ainsi, au lieu de pallier le déficit d’une protéine qui affecte la prolifération en « réparant » la mutation qui en est à l’origine, le modèle proposé suggère qu’il faudrait agir en rétablissant le ratio entre les paramètres d’autostabilisation et d’interdépendance pour la prolifération (des paramètres de diffusion de la protéine, par exemple).

      « L’apport de la biologie moléculaire et de la génétique n’est pas remis en question par ces travaux, mais il est nécessaire maintenant d’enrichir nos connaissances en intégrant l’ensemble des composants de l’organisation biologique, expliquent les auteurs. L’organisation cellulaire résulte d’un équilibre entre les influences du génome et des interactions cellulaires. L’embryogenèse est l’évolution de l’embryon soumis à cet équilibre. Le cancer est la destruction de cet équilibre », concluent-ils.

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  • bonsoir,la brisure de symétrie est un phénomène trés courant dans notre quotidient,le fait de se réveiller le matin est une brisure de symétrie(briser le sommeil),car note esprit passe du rève à la realité,ce n’est pas une violation de principe dans ce cas là.De multitudes de brisures suivent alors jusqu’au dernier soufle où le corps humain devient hétérogène,c’est la symétrie de nouveau.La physique a besoin de brisure et de violation pour élucider les énigmes et les paradoxes,trouver de nouvelles particules qui permettent de trouver la matiére manquante de l’univers ou de quantifier la gravitation,ou même d’envisager une 5ème force fondamentale.

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