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Mondialisation contre révolution scientifique – Ars Technica

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Mondialisation contre révolution scientifique – Ars Technica

Comment est née la science ? Il y a quelques années, nous avons examiné une réponse à cette question dans un livre intitulé Invention de la science. Il y a un historien britannique David Wooton Il situe l’origine de quelques siècles d’histoire européenne au cours desquels les caractéristiques de la science moderne – expériences, modèles, lois, examen par les pairs – ont été progressivement rassemblées dans un processus formel de découverte systématique.

Mais cette réponse est très sensible à la manière dont la science est définie. Un large éventail de cultures se sont engagées dans des observations systématiques du monde naturel et ont tenté d’identifier des modèles dans ce qu’elles voyaient. Dans un livre récent intitulé horizons, James Bousquet Il place ces efforts fermement dans le cadre de la science et est à la hauteur de son sous-titre : « Les origines mondiales de la science moderne ». Il a minimisé le rôle de l’Europe et a rejeté le livre de Wotton directement via une note de bas de page.

Que vous trouviez ou non convaincante la définition large de la science donnée par Bousquet contribuera grandement à expliquer ce que vous ressentez à propos du premier tiers du livre. Cependant, les deux tiers restants rappellent que la science, partout où elle a commencé, est rapidement devenue un effort international et a mûri au fil des tendances culturelles internationales telles que le colonialisme, le nationalisme et les idéologies de la guerre froide.

Pensez largement

Bousquet attend un paragraphe entier avant de déclarer l’origine de la science comme un « mythe » impliquant des personnages comme Copernic et Galilée. Au lieu de cela, il les place non pas ailleurs mais presque partout : dans les observatoires astronomiques le long de la Route de la Soie et dans les pays arabes, dans les catalogues de plantes de l’hémisphère occidental rédigés par les Aztèques et dans d’autres efforts visant à enregistrer ce que les gens ont vu. Hémisphère occidental. Le monde naturel.

Certains de ces efforts, comme l’explique Bousquet, ont nécessité la production systématique d’informations comme celle que l’on retrouve dans la science moderne. Les premiers observatoires astronomiques amélioraient la précision en construisant des bâtiments massifs conçus pour permettre de mesurer la position des corps célestes, des projets coûteux qui nécessitaient souvent une certaine forme de patronage royal. Les archives ont été conservées au fil du temps et distribuées à d’autres pays et cultures, un autre point commun avec la science moderne. Une partie de cette activité remonte à Babylone.

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Cependant, cette production d’informations manque encore de certains éléments généralement considérés comme fondamentaux pour la science. Les astronomes de nombreux pays ont découvert des moyens de calculer les schémas de mouvements planétaires et le moment des éclipses. Mais rien n’indique qu’aucun d’entre eux ait réalisé que ces schémas reflétaient un petit nombre de principes de base ou que leurs prédictions pouvaient être améliorées en créant une image mentale de ce qui se passait dans le ciel. Sans des éléments tels que des modèles et des lois associés aux observations qui les expliquent, pouvons-nous vraiment appeler cela une science ?

La réponse de Bousquet serait un oui décisif, même si rien n’indique dans ce livre qu’il ait jamais réfléchi à cette question. En fait, sa définition de la science est plus large (et peut-être sur une base plus faible) lorsqu’il qualifie de science des choses comme le guide des plantes aztèques. Existe-t-il des preuves que les herbes qu’il a prescrites étaient efficaces contre les maladies qu’elles étaient utilisées pour traiter ? Comprendre cela est certainement quelque chose que la science peut faire. Cependant, cela nécessitait des bases scientifiques telles que des expériences et des contrôles, et rien n’indique que les Aztèques aient jamais pensé à ces méthodes. Le choix de Bousquet de l’utiliser comme exemple semble souligner que la connaissance organisée ne suffit pas à elle seule à être qualifiée de science.

Une perspective complète sur les origines de la science reconnaîtra nécessairement que de nombreuses cultures non européennes avaient développé de meilleures observations et des mathématiques plus sophistiquées des siècles avant des personnages comme Galilée et Copernic, et que l’accès à ces observations était crucial pour le développement ultime de ce que nous reconnaissons aujourd’hui. comme science. Mais on peut faire valoir de manière convaincante que ces éléments ne suffisent pas à eux seuls à être qualifiés de science. Il serait intéressant de lire un contre-argument tout aussi convaincant. Mais en horizonsBousquet ne cherche même pas à en formuler une – il déclare simplement toute cette science par commandement.

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(Je soulignerai que, selon la définition la plus stricte, même des personnages comme Copernic ne pratiquaient pas réellement la science, bien qu’ils y aient apporté des contributions cruciales. Copernic ne disposait d’aucun mécanisme pour expliquer les mouvements des planètes dans son modèle héliocentrique et « était remarquable en termes de s’il pense que ce modèle reflète la réalité d’une manière ou d’une autre. Ainsi, toute personne ayant une vision stricte de ce qui constitue la science serait probablement d’accord avec Bousquet sur le fait que décrire Copernic comme l’un des premiers scientifiques est un mythe. Ils le feraient simplement pour des raisons très différentes. )

Mondialisation

Le reste du livre est plus satisfaisant, Bousquet rappelant de manière importante que la science a eu un élément international presque dès le début. Un large éventail de personnalités politiques, des autocrates absolus aux révolutionnaires, considéraient la science comme une voie vers le progrès culturel et le pouvoir économique. Ils ont répondu à cette croyance d’un certain nombre de manières remarquablement cohérentes.

Cela implique d’envoyer des étudiants scientifiques à l’étranger étudier dans les principales universités de leur époque (généralement en Allemagne ou au Royaume-Uni), tout en créant des institutions de recherche locales pour accueillir ces chercheurs une fois leurs études terminées. À maintes reprises, des pays comme la Chine, l’Inde, le Japon, le Mexique et la Russie ont répété ce schéma, comme le démontre Bousquet à travers les histoires des innombrables scientifiques impliqués. S’il y a une faiblesse dans cette partie du livre, c’est que les grandes lignes de leurs histoires partagent des similitudes notables, ce qui la rend parfois répétitive.

La similitude est également remarquable en raison des politiques radicalement différentes qui ont motivé ces efforts. Bousquet montre comment des choses comme le nationalisme, les efforts anticoloniaux et la promotion du communisme, malgré leurs motivations très différentes, pourraient finalement conduire à des résultats remarquablement similaires. Il est difficile d’imaginer que le régime de Joseph Staline et les partisans des réformes Meiji partageaient de nombreuses convictions, mais ils comprenaient tous deux des personnes qui considéraient la science comme essentielle à la promotion des intérêts de leur pays.

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Les histoires de ces personnalités non européennes rappellent également combien de talents scientifiques l’humanité a gaspillés au fil des siècles en raison du racisme et du sexisme occasionnels qui faisaient trop souvent partie de la science. Nous affirmons souvent avec fierté que la méthode scientifique est accessible à tous, quel que soit le pays ou la culture dans laquelle il est né. Mais la triste vérité est que la société, et les scientifiques eux-mêmes, empêchent souvent une grande partie de la population mondiale de participer.

toujours à la recherche

J’ai une copie de horizons Pendant un certain temps, mais il m’a fallu du temps pour le lire en partie parce que j’étais occupé et en partie parce que je voulais le lire attentivement. Dans les commentaires sur mon avis sur Invention de la scienceUn certain nombre de lecteurs m’ont critiqué pour avoir trouvé le livre de Wotton convaincant, compte tenu de sa vision européenne des origines de la science. Et j’espérais que horizons Cela fournirait un contre-argument puissant à cette perspective.

Au lieu de cela, je suis parti de horizons Le sentiment que les différences entre les deux étaient en grande partie sémantiques, une question qu’elle aime appeler « science ». Je suis presque sûr qu’il y a plus à discuter, mais je devrai évidemment continuer à lire pour avoir une meilleure idée de l’endroit où se situent les désaccords.

Je suis quelqu’un qui est convaincu que la science nécessite un large éventail de fonctionnalités : expériences, revue par les pairs, modèles, mécanismes, etc. Il n’est donc pas surprenant que je trouve plus convaincante la vision que Bousquet appelle le mythe, qui se concentre sur la constitution de cet ensemble. mais horizons Cela vaut toujours la peine car l’accent est mis sur les origines accident La science, et vous ne pouvez pas accéder à ce présent sans comprendre les influences mondiales sur son passé.

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Des fossiles d’anciens reptiles ressemblant à des crocodiles découverts au Brésil

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Des fossiles d’anciens reptiles ressemblant à des crocodiles découverts au Brésil
Brasilia :

Un scientifique brésilien a découvert des fossiles de petits reptiles ressemblant à des crocodiles qui vivaient pendant la période du Trias, des millions d’années avant l’apparition des premiers dinosaures.

Les fossiles du prédateur, appelé Parvosuchus aureloi, comprennent un crâne complet, 11 vertèbres, un bassin et quelques os de membres, selon le paléontologue Rodrigo Muller de l’Université fédérale de Santa Maria dans l’État de Rio Grande, auteur de la recherche publiée jeudi. Journal des rapports scientifiques.

Parvosuchus, qui vivait il y a environ 237 millions d’années, marchait sur quatre pattes et mesurait environ un mètre de long et se nourrissait de reptiles plus petits. Les fossiles ont été découverts dans le sud du Brésil. Parvosuchus, qui signifie « petit crocodile », appartient à une famille éteinte de reptiles appelée Gracilissuchidae, qui jusqu’à présent n’était connue qu’en Argentine et en Chine.

« Les Gracilisuchidae sont des organismes extrêmement rares dans le monde paléontologique », a déclaré Mueller à Reuters. « Ce groupe est particulièrement intéressant car ils vivaient juste avant l’aube des dinosaures. Les premiers dinosaures vivaient il y a 230 millions d’années. »

Parvosuchus était un prédateur terrestre. Gracili suchidae représente l’une des branches les plus anciennes de la lignée connue sous le nom de Pseudosuchia qui comprenait plus tard la branche alligator.

Parvosuchus a vécu à une époque d’innovation évolutive à la suite de la pire extinction massive sur Terre il y a 252 millions d’années, avec plusieurs groupes de reptiles en compétition avant que les dinosaures ne deviennent finalement dominants. Les derniers membres des Gracilisuchidae ont incontestablement disparu environ sept millions d’années avant l’apparition des premiers dinosaures.

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(Cette histoire n’a pas été éditée par le personnel de NDTV et est générée automatiquement à partir d’un flux syndiqué.)

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Une technique spectroscopique qui identifie les molécules d’eau sur une surface révèle comment elles se relâchent après agitation

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Une technique spectroscopique qui identifie les molécules d’eau sur une surface révèle comment elles se relâchent après agitation

Cet article a été révisé selon Science Processus d’édition
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Diagramme schématique du processus de relaxation vibratoire de l’étirement de OH dans l’air/eau (H2o)Interface. crédit: Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-45388-8

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Diagramme schématique du processus de relaxation vibratoire de l’étirement de OH dans l’air/eau (H2o)Interface. crédit: Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-45388-8

Une image plus complète de la façon dont les molécules d’eau excitées lorsqu’elles interagissent avec l’air perdent leur énergie a été révélée par les scientifiques de RIKEN dans une étude. publié Dans le magazine Communications naturelles. Ce résultat sera précieux pour mieux comprendre les processus se produisant à la surface de l’eau.

L’eau est une anomalie à bien des égards. Par exemple, ses points de congélation et d’ébullition sont beaucoup plus élevés que prévu, et il est moins dense sous forme solide (glace) que sous forme liquide.

Presque toutes les propriétés inhabituelles de l’eau proviennent des liaisons faibles qui se forment et se brisent constamment entre les molécules d’eau voisines. Ces liaisons, appelées liaisons hydrogène, surviennent parce que l’oxygène attire davantage les électrons que l’hydrogène. Ainsi, l’oxygène légèrement négatif d’une molécule est attiré vers les atomes d’hydrogène légèrement positifs des autres molécules.

Mais un petit segment de molécules d’eau – celles à la surface – subit les liaisons hydrogène différemment des autres molécules d’eau. Dans leur cas, le bras qui dépasse dans l’air ne forme pas de liaisons hydrogène.

Jusqu’à présent, personne n’était capable de comprendre comment les bras de ces molécules de surface se détendaient après avoir été étirés. En effet, il est très difficile d’isoler le signal de ces molécules.

« Nous avons une bonne connaissance du comportement des molécules d’eau dans un corps liquide, mais notre compréhension des molécules d’eau à l’interface est loin derrière », explique Tahi Tahara du laboratoire de spectroscopie moléculaire RIKEN.

Au cours de la dernière décennie, une équipe dirigée par Tahara a tenté de remédier à cette situation en développant des techniques spectroscopiques très sophistiquées pour explorer les interactions des molécules d’eau sur les surfaces.

L’équipe a maintenant développé une technique basée sur la spectroscopie infrarouge, suffisamment sensible pour détecter la façon dont les liaisons oxygène et hydrogène dans les molécules d’eau de surface se relâchent.

Grâce à cette technique, l’équipe a découvert que les liaisons oxygène et hydrogène coincées dans l’air tournent en premier sans perdre d’énergie. Ils se détendent ensuite d’une manière similaire aux molécules d’un corps liquide qui forment un réseau de liaisons hydrogène.

« En ce sens, il n’y a pas beaucoup de différence entre les molécules à l’interface et à l’intérieur du liquide après avoir interagi avec leurs voisines, car elles partagent toutes deux le même processus de relaxation », explique Tahara. « Ces résultats dressent un tableau complet de la façon dont les liaisons oxygène et hydrogène se détendent à la surface de l’eau. »

Tahara et son équipe ont désormais l’intention d’utiliser leur technique spectroscopique pour observer les réactions chimiques qui se produisent à l’interface de l’eau.

Plus d’information:
Woongmo Sung et al., Profil de relaxation vibratoire unifié de l’étirement de l’OH à l’interface air/eau, Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-45388-8

Informations sur les magazines :
L’intelligence artificielle de la nature


Communications naturelles


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Supraconductivité à haute température : exploration du couplage électron-phonon en quadrature

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Supraconductivité à haute température : exploration du couplage électron-phonon en quadrature

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Une image conceptuelle de la formation des pôles quantiques. Les boules bleues représentent les ions chargés positivement dans le réseau matériel et les deux points rouges représentent les paires de Cooper. Crédit : Pavel A. Volkov.

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Une image conceptuelle de la formation des pôles quantiques. Les boules bleues représentent les ions chargés positivement dans le réseau matériel et les deux points rouges représentent les paires de Cooper. Crédit : Pavel A. Volkov.

Nouvelle étude publié dans Lettres d’examen physique (PRL) explore le potentiel du couplage électron-phonon en quadrature pour améliorer la supraconductivité grâce à la formation de dipôles quantiques.

Le couplage électron-phonon est l’interaction entre les électrons et les vibrations dans un réseau appelé phonons. Cette interaction est cruciale pour la supraconductivité (conductivité électrique sans résistance) de certains matériaux car elle facilite la formation de paires de Cooper.

Les paires de Cooper sont des paires d’électrons liés entre eux via des interactions attractives. Lorsque ces paires de Cooper se condensent dans un état cohérent, nous obtenons des propriétés supraconductrices.

Le couplage électron-phonon peut être classé en fonction de sa dépendance au déplacement du phonon, c’est-à-dire la quantité de vibration du réseau. Le cas le plus courant est celui où la densité électronique est couplée linéairement aux déplacements du réseau, provoquant une distorsion du réseau pour entourer chaque électron.

Les chercheurs voulaient étudier si la supraconductivité des matériaux présentant un couplage quadratique pouvait être améliorée lorsque l’énergie d’interaction est proportionnelle au carré du décalage des phonons.

Phys.org s’est entretenu avec les co-auteurs de l’étude, Zhaoyu Han, Ph.D. Candidat à l’Université de Stanford et Dr Pavel Volkov, professeur adjoint au Département de physique de l’Université du Connecticut.

Parlant de sa motivation derrière la poursuite de ces recherches, Hahn a déclaré : « L’un de mes rêves a été d’identifier et de proposer de nouveaux mécanismes qui pourraient aider à atteindre la supraconductivité à haute température. »

« La supraconductivité du titanate de strontium dopé a été découverte il y a plus de 50 ans, mais son mécanisme reste une question ouverte, les mécanismes classiques étant improbables. C’est pourquoi j’ai commencé à rechercher des mécanismes alternatifs de couplage électron-phonon », a déclaré le Dr Volkov.

Le couplage linéaire et ses défis pour la supraconductivité

Comme mentionné précédemment, le couplage peut être classé comme linéaire ou quadratique.

Le couplage linéaire fait référence au scénario dans lequel le couplage est proportionnel au déplacement des phonons. En revanche, le couplage quadratique dépend du carré du décalage des phonons.

Ils peuvent être identifiés grâce à l’étude de la symétrie de la matière, aux observations expérimentales et aux cadres théoriques. Cependant, leurs effets sur la supraconductivité semblent très différents.

Le couplage linéaire, qui apparaît dans la plupart des matériaux supraconducteurs, est largement étudié en raison de sa prévalence dans de nombreux matériaux et de son cadre théorique.

Cependant, les supraconducteurs conventionnels dotés d’un couplage électron-phonon linéaire sont confrontés à des limites. Ces matériaux ont une faible température critique, qui est la température en dessous de laquelle un matériau peut présenter une supraconductivité.

« Les températures critiques de ces supraconducteurs sont généralement inférieures à 30 Kelvin ou -243,15 degrés Celsius. Cela est dû en partie au fait que l’énergie de liaison et l’énergie cinétique de la paire Cooper sont considérablement supprimées dans les régimes de couplage faible et fort, respectivement », a expliqué Hahn.

Dans le cas d’un couplage faible, les interactions électron-phonon sont faibles en raison de la faible énergie de liaison. En couplage fort, les interactions sont plus fortes, conduisant à une augmentation de la masse effective des paires de Cooper, ce qui conduit à la suppression de la supraconductivité.

Cependant, la suppression entrave tout effort visant à améliorer les températures critiques dans de tels matériaux en augmentant simplement la force de couplage, encourageant les chercheurs à explorer des matériaux dotés d’un couplage électron-phonon quadratique, qui n’est pas bien compris.

Modèle Holstein et pôles quantiques

Le modèle Holstein est un cadre théorique utilisé pour décrire l’interaction entre les électrons et les phonons. Il a déjà été utilisé pour étudier la physique générale du couplage linéaire électron-phonon.

Les chercheurs ont étendu le modèle Holstein pour inclure le couplage électron-phonon en quadrature dans leur étude.

Le modèle Holstein aide à calculer des quantités telles que l’énergie de liaison des paires de Cooper et la température critique des supraconducteurs.

Dans les matériaux conventionnels, la liaison des électrons médiée par les phonons conduit à la formation de paires de Cooper.

L’interaction est linéaire, ce qui signifie que la force de couplage augmente avec l’amplitude des vibrations du réseau. Cette interaction peut être comprise à l’aide des principes de la physique classique et est bien étayée par des observations expérimentales telles que les effets isotopiques.

Dans le cas d’une conjonction quadratique, la situation est complètement différente. En étendant le modèle Holstein pour inclure la dépendance du second ordre du couplage au déplacement des phonons, les chercheurs ont pris en compte les fluctuations quantiques (mouvement aléatoire) des phonons et leur énergie du point zéro (l’énergie des phonons à 0 K ).

Les électrons interagissent avec les fluctuations quantiques des phonons, formant un « dipôle quantique ». Contrairement au couplage linéaire, l’origine des interactions attractives est la mécanique quantique pure.

La supraconductivité est dans la limite du couplage faible et fort

Les chercheurs ont découvert que lorsque l’interaction électron-phonon est faible, le mécanisme par lequel les électrons s’apparient pour former des paires de Cooper n’est pas efficace, comme dans le cas linéaire. Il en résulte une température critique plus basse qui peut être affectée par la masse des ions (effet isotopique), mais d’une manière différente que dans le cas linéaire.

En d’autres termes, la (basse) température critique d’une substance peut changer considérablement selon les différentes masses atomiques.

En revanche, lorsque les interactions électron-phonon sont fortes, nous obtenons la formation de dipôles quantiques, qui peuvent devenir supraconducteurs à une température déterminée par leur masse effective et leur densité.

En dessous de la température critique, les condensateurs bipolaires quantiques peuvent se déplacer librement sans perturber le cristal. Plus de mouvement conduit à un état supraconducteur, plus stable et ayant une température critique plus élevée. Contrairement au mécanisme linéaire, la masse dipolaire quantique n’est que légèrement améliorée par le couplage, ce qui permet des températures critiques plus élevées.

« Notre travail montre que ce mécanisme permet des températures de transition plus élevées, au moins pour un couplage fort. Ce qui est également positif, c’est que ce mécanisme ne nécessite aucune condition préalable particulière pour être efficace, et il existe des conditions tout à fait réalistes dans lesquelles il sera dominant », a-t-il déclaré. expliqué. Dr Volkov.

« Sur la base des constantes physiques fondamentales liées aux solides, une estimation optimiste de la température critique pouvant être atteinte par ce mécanisme pourrait être de l’ordre de 100 K », a prédit Hahn.

Travail futur

« Une implication possible, tout d’abord, serait une augmentation de la température de transition de la supraconductivité. La supraconductivité dépend également de manière sensible des propriétés des électrons ; par conséquent, pour obtenir un couplage fort, nous proposons l’utilisation de super-réseaux spécialement conçus pour les électrons. » Le Dr Volkov a expliqué.

Les chercheurs affirment que la prochaine étape, en théorie, consisterait à trouver le régime optimal de force de couplage pour la supraconductivité. Les chercheurs espèrent également que les expérimentateurs exploreront les matériaux de super-réseau présentant de grands couplages électron-phonon quadratiques.

« Expérimentalement, la création de super-réseaux via la structuration ou l’utilisation d’interfaces entre des matériaux torsadés pourrait être une voie prometteuse pour atteindre le type de supraconductivité auquel nous nous attendons », a déclaré le Dr Volkov.

Hahn a également noté qu ‘ »il est important d’identifier les matériaux présentant de grands couplages électron-phonon quadratiques grâce à des calculs préliminaires, car cela n’a pas été systématiquement exploré ».

Plus d’information:
Zhaoyu Han et al., Supraconductivité dipolaire quantique à partir du couplage électron-phonon en quadrature, Lettres d’examen physique (2024). est ce que je: 10.1103/PhysRevLett.132.226001. sur arXiv: DOI : 10.48550/arxiv.2312.03844

Informations sur les magazines :
Lettres d’examen physique


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