Caroline Herschel, la première femme astronome professionnelle, a apporté à l’astronomie des contributions qui sont encore importantes aujourd’hui. Mais même de nombreux astronomes ne reconnaissent pas son nom.

La plupart des scientifiques s’intéressent aux techniques, données et théories les plus récentes dans leur domaine, mais ils connaissent souvent très peu l’histoire de leur discipline. Les astronomes, comme moi, ne font pas exception.

Ce n’est que lorsque j’ai donné un cours d’introduction à l’astronomie que j’ai appris l’existence de Caroline. Aujourd’hui, grâce à une nouvelle exposition de ses documents au musée Herschel de Bath, en Angleterre, d’autres personnes pourront également en apprendre davantage sur elle. Son histoire reflète non seulement les priorités de l’astronomie, mais aussi la manière dont les mérites sont attribués sur le terrain.

Son parcours vers l’astronomie

Caroline Herschel, née en 1750 (à Hanovre en Allemagne dans une famille de musiciens et décédée en 1848, NDLR), n’a pas eu une enfance facile. Après une crise de typhus qui l’a marquée de cicatrices quand elle était petite, sa famille a supposé qu’elle ne se marierait jamais et l’a traitée comme une servante non rémunérée. Elle est forcée d’effectuer des tâches ménagères, bien qu’elle ait manifesté un vif intérêt pour les études dès son plus jeune âge. Elle finit par échapper à sa famille pour suivre son frère aîné William Herschel, qu’elle adorait, à Bath.

Au début, Caroline était une astronome quelque peu réticente. Elle ne commença à s’intéresser à l’astronomie que lorsque William était déjà très absorbé par le sujet. Bien qu’elle ait parlé de manière assez dévalorisante de la façon dont elle a suivi son frère dans ses différents intérêts, notamment la musique et l’astronomie, Caroline finit par reconnaître son véritable intérêt pour l’étude des corps astronomiques.

À l’époque, les astronomes s’intéressaient surtout à la découverte de nouveaux objets et à la cartographie précise du ciel. L’utilisation de télescopes pour rechercher de nouvelles comètes et nébuleuses était également populaire. William Herschel est devenu célèbre après sa découverte d’Uranus en 1781, bien qu’il ait d’abord pris la planète pour une comète.

Au début de sa carrière, Caroline travaillait comme assistante de William. Elle se concentre principalement sur les tâches liées aux instruments astronomiques, comme le polissage des miroirs des télescopes. Elle aide également à faire des copies des catalogues et prend des notes minutieuses sur les observations de William. Puis elle a commencé à faire ses propres observations.

Exploration du ciel

En 1782, Caroline commence à consigner les positions des nouveaux objets dans son propre journal de bord. C’est grâce à ce travail qu’elle a découvert plusieurs comètes et nébuleuses. Le 1er août 1782, elle découvre une comète, c’est-à-dire que c’est la première à la voir de ses propres yeux dans un télescope. Il s’agit de la première découverte de comète attribuée à une femme. Elle a ensuite découvert sept autres comètes au cours des 11 années suivantes.

À l’époque des travaux des Herschel, c’était l’observation réelle d’un objet qui justifiait la reconnaissance publique, de sorte que Caroline n’était créditée que pour les comètes qu’elle voyait elle-même au moyen d’un télescope. Pour tout le reste de son travail, comme l’enregistrement et l’organisation de toutes les données issues des observations de William, elle a reçu moins de crédit que ce dernier.

Par exemple, lorsque Caroline a pris toutes les observations de William et les a compilées dans un catalogue, celui-ci a été publié sous le nom de William. Caroline n’est mentionnée que comme « assistante » dans l’article.

Néanmoins, en reconnaissance de ses découvertes et de son travail en tant qu’assistante de William, le roi George III d’Angleterre a accordé un salaire à Caroline, faisant d’elle la première femme astronome professionnelle.

Plus tard, Caroline a réorganisé le même catalogue de manière plus efficace, en fonction de la façon dont les astronomes praticiens intéressés par la recherche de comètes observaient réellement le ciel nocturne. Ce catalogue mis à jour a ensuite servi de base au Nouveau catalogue général, que les astronomes utilisent encore aujourd’hui pour classer les étoiles.

Les Herschel ont également créé la première carte, bien qu’elle ne soit pas tout à fait correcte, de notre galaxie, la Voie lactée.

À qui revient le mérite en astronomie ?

La reconnaissance du travail scientifique au sein de la communauté astronomique est très différente aujourd’hui de ce qu’elle était à l’époque des Herschel. En fait, la plupart des astronomes qui sont reconnus aujourd’hui sont ceux dont le travail ressemble beaucoup à celui de Caroline : enregistrer et organiser les données relatives aux observations astronomiques.

Aujourd’hui, les astronomes mettent rarement leurs yeux dans l’oculaire d’un télescope, et la plupart des découvertes les plus importantes sont faites par des télescopes dans l’espace. Mais les astronomes ont toujours besoin de pouvoir donner un sens à toutes les données provenant de ces télescopes. Les catalogues comme celui de Caroline sont des outils importants pour y parvenir.

Aujourd’hui, la plupart des personnes n’ont jamais entendu parler de Caroline Herschel. Bien que plusieurs objets astronomiques, même un satellite, portent son nom, elle n’est pas aussi connue que les autres astronomes de son époque. Ce manque de reconnaissance est probablement dû au fait que son frère a reçu tous les honneurs pour son catalogue. Aujourd’hui, les astronomes les reconnaîtraient tous les deux.

Caroine Herschel fait partie d’une longue lignée de femmes astronomes qui n’ont pas été reconnues à leur juste valeur et dont les travaux ont été utilisés pour justifier l’attribution de prix à des hommes scientifiques. Ces problèmes ne se limitent pas à la science du 18e siècle, mais persistent également dans l’astronomie moderne. Jocelyn Bell Burnell, qui a découvert le premier pulsar radio, n’a pas été retenue pour le prix Nobel de 1974, qui a été attribué à son directeur de thèse.

Bien que l’astronomie ait parcouru un long chemin depuis le XVIIIe siècle, les astronomes doivent encore réfléchir attentivement à la manière de reconnaître équitablement les personnes qui participent aux découvertes scientifiques. Reconnaître les contributions d’astronomes comme Caroline Herschel est un petit pas vers la reconnaissance des mérites.

Image d’en tête : Internet Archive Book Images via Wikimedia Commons

Pour aller plus loin

Texte paru initialement en anglais dans The Conversation, traduit par la Rédaction. La traduction étant protégée par les droits d’auteur, ce article traduit n’est pas libre de droits. Nous autorisons la reproduction avec les crédits appropriés : « Citizen4Science/Science infuse » pour la version française avec un lien vers la présente page.

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La gravité lie nos corps à la planète Terre, mais elle ne définit pas les limites de l’esprit humain en pleine expansion. En novembre 1915 – il y a un siècle – la preuve en a été faite lorsqu’Albert Einstein, dans une série de conférences données à l’Académie des sciences de Prusse, a présenté une théorie qui allait révolutionner notre façon de voir la gravité. et la physique elle-même.

Pendant deux siècles, la théorie de la gravitation universelle de Newton, remarquablement simple et élégante, avait semblé bien expliquer la question. Mais, comme c’est de plus en plus souvent le cas en physique, la simplicité n’est plus de mise.

Le point de départ d’Einstein pour la relativité générale était sa théorie de la relativité restreinte, publiée en 1905. Cette théorie explique comment formuler les lois de la physique en l’absence de gravité. Au centre de ces deux théories se trouve une description de l’espace et du temps différente de celle que le bon sens suggère.

Les théories expliquent comment interpréter le mouvement entre différents endroits qui se déplacent à des vitesses constantes les uns par rapport aux autres, plutôt que par rapport à une sorte d’Éther absolu (comme Newton l’avait supposé). Bien que les lois de la physique soient universelles, différents spectateurs verront le timing des événements différemment en fonction de la vitesse à laquelle ils voyagent. Un événement qui semblerait prendre 1 000 ans vu de la Terre peut sembler ne prendre qu’une seconde pour quelqu’un dans un vaisseau spatial voyageant à grande vitesse.

Au centre des théories d’Einstein se trouve le fait que la vitesse de la lumière est indépendante du mouvement de l’observateur qui mesure cette vitesse. C’est étrange, car le bon sens suggère que si vous êtes assis dans votre voiture le long d’une voie ferrée, un train qui passe vous semblera se déplacer beaucoup plus vite que si vous le suiviez dans la même direction. En revanche, si vous êtes assis et que vous regardez passer un faisceau lumineux, celui-ci se déplacera à la même vitesse, que vous le suiviez ou non, ce qui indique clairement que le bon sens ne fonctionne pas.

L’implication de cette théorie est que nous devons abandonner l’idée qu’il existe un temps universel, et accepter que le temps enregistré par une horloge dépende de sa trajectoire lors de son déplacement dans l’univers. Cela signifie également que le temps passe plus lentement lorsque l’on va vite, ce qui veut dire qu’un jumeau qui part dans l’espace vieillira plus lentement que son frère ou sa sœur restés sur Terre. Ce « paradoxe des jumeaux » peut sembler être une bizarrerie mathématique, mais il a en fait été vérifié expérimentalement en 1971, lors d’une expérience utilisant des horloges atomiques sur des vols commerciaux.

La relativité restreinte ne fonctionne que pour les cadres inertiels qui se déplacent l’un par rapport à l’autre à vitesse constante – elle ne peut pas décrire ce qui se passe s’ils accélèrent. Einstein s’est demandé comment l’étendre pour inclure une telle accélération et tenir compte de la gravité, qui provoque une accélération et qui est, après tout, partout.

Il s’est rendu compte que l’effet de la gravité disparaît si l’on n’essaie pas de la surmonter. Il a imaginé des personnes dans un ascenseur dont le câble s’était rompu en chute libre et a calculé que, puisque les objets flottaient soit immobiles, soit à vitesse constante, les personnes ne ressentaient pas la gravité. Aujourd’hui, nous savons que c’est vrai, car nous l’avons constaté nous-mêmes chez des personnes dans la station spatiale internationale. Dans les deux cas, aucune force ne s’oppose à l’effet de la gravité et les personnes ne ressentent aucune gravité.

Einstein s’est également rendu compte que l’effet de la gravité est le même que l’effet de l’accélération ; rouler à grande vitesse nous pousse vers l’arrière, comme si la gravité nous tirait. Ces deux indices ont conduit Einstein à la relativité générale. Alors que Newton considérait la gravité comme une force se propageant entre les corps, Einstein l’a décrite comme une pseudo-force ressentie parce que l’ensemble du tissu entrelacé de l’espace et du temps se plie autour d’un objet massif.

Einstein lui-même avait déclaré que son chemin était loin d’être facile. Il écrivit : « De toute ma vie, je n’ai jamais travaillé aussi dur, et je me suis imprégné d’un grand respect pour les mathématiques, dont la partie la plus subtile était jusqu’à présent considérée comme un pur luxe par mon esprit simple ».

Les preuves

Dès qu’Einstein a découvert la relativité générale, il a réalisé qu’elle expliquait l’incapacité de la théorie de Newton à rendre compte de l’orbite de Mercure. L’orbite n’est pas tout à fait circulaire, ce qui signifie qu’il existe un point où la planète est la plus proche du soleil. La théorie de Newton prédit que ce point est fixe, mais l’observation montre qu’il tourne lentement autour du soleil et Einstein a découvert que la relativité générale décrit correctement cette rotation.

« J’étais fou de joie et d’enthousiasme », écrivait-il quelques mois plus tard. Depuis lors, la relativité générale a passé avec brio de nombreux tests d’observation.

Vous utilisez la relativité générale chaque fois que vous faites appel au système GPS pour connaître votre position sur la surface de la Terre. Ce système émet des signaux radio en provenance de 24 satellites et le récepteur GPS de votre téléphone ou de votre voiture analyse trois de ces signaux ou plus pour déterminer votre position en utilisant la relativité générale. Si vous aviez utilisé la théorie de Newton, le système GPS aurait donné une position erronée.

Mais si la relativité générale fonctionne bien pour décrire le monde physique à grande échelle, la mécanique quantique s’est imposée comme la théorie la plus aboutie pour les particules minuscules telles que celles qui composent un atome. Tout comme les théories de la relativité, la mécanique quantique est contre intuitive. Il reste à voir s’il est possible d’unir les deux, mais il est peu probable que cela réintroduise du bon sens dans la physique.

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Depuis 2020 les crises s’enchaînent et se prolongent : sanitaires, économique, géopolitiques… elles créent ou accélèrent les fractures sociales et pèsent sur la santé mentale

Citizen4Science a marqué le coup ce matin sur les réseaux sociaux, en évoquant le fléau du suicide :

Campagne OMS 2022 : faire de la santé mentale et du bien-être pour tous une priorité mondiale

L’Organisation mondiale de la santé dans un communiqué ce jour fait le constat des « ravages » de la pandémie de Covid-19 sur la santé mentale.
Elle rappelle que déjà, avant la crise sanitaire :

• 1 personne sur 8 vivait avec un trouble mental
• les moyens dédiés à la santé mentale sont insuffisants surtout dans les pays peu et moyennement riches
• Estimation de + 25 % de troubles anxieux et dépressifs durant 2020
  
  

Fort engagement nécessaire pour contrer des phénomènes prolongés et de masse

L’OMS insiste sur le fait que des populations entières sont touchées par les troubles actuels à tous les niveaux, qui menacent l’amélioration du bien-être. Elle pointe le « nombre stupéfiant de 84 millions de personnes dans le monde déplacées de force en 2021 ».

La Journée mondiale de la santé mentale a pour but de sensibiliser et de montrer que chacun peut jouer un rôle dans la prévention en matière de santé mentale. Il convient de la valoriser, de la promouvoir, de la protéger.

Stigmatisation et discrimination font obstacle à l’inclusion sociale et à l’accès aux soins.

Il est opportun d’évoquer aujourd’hui le rapport mondial sur la santé mentale, et ces deux affiches de l’OMS montrent les différents leviers d’action pour une transformation profonde et durable de la prise en charge de la santé mentale selon trois axes : l’engagement, l’environnement, et la qualité des soins.

Rappelons qu’en Europe, l’OMS estime que 50 % des personnes dépressives et 20 % des personnes atteintes de schizophrénie ne reçoivent aucun traitement médical adapté.

Et pour boucler la boucle, si environ 800 000 personnes se suicident chaque année, imaginez le nombre de tentatives… Le suicide est l’issue d’un cheminement de grande souffrance pour la personne et c’est une tragédie pour les familles des suicidés qui, au-delà du décès brutal d’un être cher doivent souvent faire face à l’incompréhension et la culpabilité. Car si le suicide est l’une des causes principales de décès, c’est aussi l’une des causes de décès les plus évitables.

On peut s’accorder à le dire : la santé mentale est aussi importante que la santé physique pour la qualité de vie. Il y a donc de vrais chantiers à engager.

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Le prix Nobel de physique 2022 a récompensé trois scientifiques qui ont apporté des contributions révolutionnaires à la compréhension de l’un des phénomènes naturels les plus mystérieux : l’intrication quantique

En termes simples, l’intrication quantique signifie que les aspects d’une particule d’une paire intriquée dépendent des aspects de l’autre particule, quelle que soit la distance qui les sépare ou ce qui se trouve entre elles. Ces particules peuvent être, par exemple, des électrons ou des photons, et un aspect peut être l’état dans lequel elles se trouvent, par exemple si elles « tournent » dans une direction ou une autre.

L’aspect étrange de l’intrication quantique est que lorsque l’on mesure quelque chose sur une particule d’une paire intriquée, on sait immédiatement quelque chose sur l’autre particule, même si des millions d’années-lumière les séparent. Cette étrange connexion entre les deux particules est instantanée et semble enfreindre une loi fondamentale de l’univers. Albert Einstein a baptisé ce phénomène « action étrange à distance ».

Ayant passé la majeure partie de deux décennies à mener des expériences basées sur la mécanique quantique, j’ai fini par accepter son étrangeté. Grâce à des instruments toujours plus précis et fiables et aux travaux des lauréats du prix Nobel cette année, Alain Aspect, John Clauser et Anton Zeilinger, les physiciens intègrent désormais les phénomènes quantiques dans leur connaissance du monde avec un degré de certitude exceptionnel.

Pourtant, jusque dans les années 1970, les chercheurs étaient encore divisés sur la question de savoir si l’intrication quantique était un phénomène réel. Et pour de bonnes raisons : qui oserait contredire le grand Einstein, qui en doutait lui-même ? Il a fallu le développement de nouvelles technologies expérimentales et l’audace des chercheurs pour que ce mystère soit enfin levé.

Exister dans plusieurs états à la fois

Pour vraiment comprendre le caractère étrange de l’intrication quantique, il est important de comprendre d’abord la superposition quantique. La superposition quantique est l’idée que les particules existent dans plusieurs états à la fois. Lorsqu’une mesure est effectuée, c’est comme si la particule choisissait l’un des états de la superposition.

Par exemple, de nombreuses particules ont un attribut appelé spin, qui est mesuré comme étant « haut » ou « bas » pour une orientation donnée de l’analyseur. Mais jusqu’à ce que l’on mesure le spin d’une particule, celle-ci existe simultanément dans une superposition de haut spin haut et de bas spin.

Une probabilité est attachée à chaque état, et il est possible de prédire le résultat moyen à partir de nombreuses mesures. La probabilité qu’une mesure unique soit positive ou négative dépend de ces probabilités, mais ne peut elle-même être prédite.

Bien que très étranges, les mathématiques et un grand nombre d’expériences ont montré que la mécanique quantique décrit correctement la réalité physique.

Deux particules intriquées

Le caractère étrange de l’intrication quantique découle de la réalité de la superposition quantique, et était clair pour les pères fondateurs de la mécanique quantique qui ont développé la théorie dans les années 1920 et 1930.

Pour créer des particules intriquées, il faut essentiellement casser un système en deux, où la somme des parties est connue. Par exemple, on peut diviser une particule dont le spin est nul en deux particules qui auront nécessairement des spins opposés de sorte que leur somme soit nulle.

En 1935, Albert Einstein, Boris Podolsky et Nathan Rosen ont publié un article décrivant une expérience de pensée destinée à illustrer une absurdité apparente de l’intrication quantique qui remettait en question une loi fondamentale de l’univers.

Une version simplifiée de cette expérience de pensée, attribuée à David Bohm, considère la désintégration d’une particule appelée méson pi (également appelé « pion », ndlr). Lorsque cette particule se désintègre, elle produit un électron et un positron qui ont un spin opposé et s’éloignent l’un de l’autre. Par conséquent, si le spin de l’électron est mesuré comme étant vers le haut, le spin mesuré du positron ne peut être que vers le bas, et vice versa. Cela est vrai même si les particules sont séparées par des milliards de kilomètres.

Cela ne poserait aucun problème si la mesure du spin de l’électron était toujours positive et si le spin mesuré du positron était toujours négatif. Mais en raison de la mécanique quantique, le spin de chaque particule est à la fois en partie vers le haut et en partie vers le bas jusqu’à ce qu’il soit mesuré. Ce n’est qu’au moment de la mesure que l’état quantique du spin « s’effondre » en haut ou en bas – faisant instantanément tomber l’autre particule dans le spin opposé. Cela semble suggérer que les particules communiquent entre elles par un moyen qui se déplace plus vite que la vitesse de la lumière. Mais selon les lois de la physique, rien ne peut aller plus vite que la vitesse de la lumière. L’état mesuré d’une particule ne peut donc pas déterminer instantanément l’état d’une autre particule à l’autre bout de l’univers ?

Dans les années 1930, des physiciens, dont Einstein, ont proposé un certain nombre d’interprétations alternatives de l’intrication quantique. Ils ont émis l’hypothèse qu’il existait une propriété inconnue, appelée variable cachée, qui déterminait l’état d’une particule avant la mesure. Mais à l’époque, les physiciens ne disposaient pas de la technologie ni de la définition d’une mesure claire permettant de vérifier si la théorie quantique devait être modifiée pour inclure les variables cachées.

Réfuter une théorie

Il a fallu attendre les années 1960 pour trouver des indices de réponse. John Bell, un brillant physicien irlandais qui n’a pas vécu assez longtemps pour recevoir le prix Nobel, a conçu un système pour vérifier si la notion de variables cachées avait un sens.

Bell a élaboré une équation connue aujourd’hui sous le nom d’inégalités de Bell, qui est toujours correcte – et uniquement correcte – pour les théories à variables cachées, et pas toujours pour la mécanique quantique. Ainsi, s’il s’avère que l’équation de Bell n’est pas satisfaite dans une expérience du monde réel, les théories à variables cachées locales peuvent être écartées comme explication de l’intrication quantique.

Les expériences des 2022 lauréats du prix Nobel, en particulier celles d’Alain Aspect, ont été les premiers tests des inégalités de Bell. Les expériences ont utilisé des photons intriqués, plutôt que des paires d’un électron et d’un positron, comme dans de nombreuses expériences de pensée. Les résultats ont exclu de manière concluante l’existence de variables cachées, un attribut mystérieux qui prédéterminerait les états des particules intriquées. Collectivement, ces expériences et de nombreuses autres à la suite ont confirmé la validité de la mécanique quantique. Les objets peuvent être corrélés sur de grandes distances d’une manière que la physique antérieure à la mécanique quantique ne peut expliquer.

Il est important de noter qu’il n’existe pas non plus de conflit avec la relativité restreinte, qui interdit les communications plus rapides que la lumière. Le fait que les mesures sur de grandes distances soient corrélées n’implique pas que des informations soient transmises entre les particules. Deux parties très éloignées l’une de l’autre qui effectuent des mesures sur des particules intriquées ne peuvent pas utiliser ce phénomène pour transmettre des informations plus rapidement que la vitesse de la lumière.

Aujourd’hui, les physiciens poursuivent leurs recherches sur l’intrication quantique et étudient les applications pratiques potentielles. Bien que la mécanique quantique puisse prédire la probabilité d’une mesure avec une incroyable précision, de nombreux chercheurs restent sceptiques quant à sa capacité à fournir une description complète de la réalité. Une chose est néanmoins certaine. Il reste beaucoup à découvrir sur le monde mystérieux de la mécanique quantique.

Paru initialement en anglais dans The Conversation, traduit par la Rédaction.
NB : la traduction est soumise aux droits d’auteur.

Image d’en-tête : Alain Aspect à l’Université Paris-Saclay, le 4 octobre 2022

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