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Les rythmes interactifs des horloges naturelles
vendredi 1er juin 2018, par
Un exemple d’interaction des phénomènes lents et rapides : la désintégration du muon
Des rythmes interactifs :
Les rythmes interactifs des horloges naturelles
On entend souvent dire que le temps n’existe pas en Physique de la matière et que ce serait la conscience humaine qui imposerait sa vision parfaitement subjective d’un écoulement du temps à la nature. Ce qui est vrai, c’est plutôt que le temps est inséparable de la matière et en particulier le sens de l’écoulement et le rythme du temps. Mais cela ne veut pas dire que le temps n’existe pas réellement, objectivement et physiquement. Cela signifie qu’il n’existe pas une horloge unique qui batte le temps et qui soit externe au fonctionnement du monde. C’est au contraire ce fonctionnement qui produit des horloges qui se règlent mutuellement les unes les autres. Ce sont donc des phénomènes qui n’ont pas une périodicité fixe mais interactive et qui, par leurs interactions, produisent des périodicités et règlent leurs interactions.
En réalité, de multiples horloges naturelles, de la matière inerte et vivante jusqu’à l’homme, marquent le temps, et sont fondées sur des phénomènes périodiques, de périodes très diverses, phénomènes imbriqués les uns dans les autres et interagissant sans cesse.
Cependant, une particule, un noyau atomique, un atome n’ont pas à proprement parler d’âge. Même un atome radioactif n’a individuellement pas d’âge exact. C’est seulement une vaste population d’atomes radioactifs qui se désintègre à un certain rythme.
« La notion de temps découle d’une conception statistique ne possédant de signification que pour de grands nombres d’atomes (...) L’intervalle de temps entre des événements atomiques a aussi peu de sens que de parler de la température d’une molécule isolée. »
N. Campbell dans "Philosophical foundation of quantum theory"
« Si l’espace et le temps ne sont pas les matériaux de base de l’univers, mais simplement des effets moyens statistiques, d’une multitude d’entités plus fondamentales et plus profondes… »
Banesh Hoffman et Michel Paty dans « L’étrange histoire des quanta »
« Aujourd’hui, la physique a retrouvé une nouvelle cohérence axée non sur la négation du temps, mais sur la découverte du temps à tous les niveaux de la réalité physique. »
Ilya Prigogine pour la conférence Marc-Bloch.
Bien des phénomènes physiques ou physiologiques se produisent ou sont apparemment stables ou invariants, du fait que la nature « n’a pas le temps » de produire un autre état, sans quoi cet autre état serait tout à fait possible. Le manque de temps le rend improbable. La stabilité de la matière qui n’est pas fondée sur la fixité en tant qu’objets individuels mais sur des phénomènes dynamiques qui permettent la conservation de certaines propriétés grâce à des changements à grande vitesse appelés virtuels du fait que le monde à notre échelle ne les voit pas directement. Ils apparaissent et disparaissent dans un temps plus court que les temps caractéristiques des interactions de la matière et de la lumière. Le « temps qu’il faut » pour qu’un phénomène puisse se réaliser peut être long mais qu’il faille, pour se finaliser, qu’il reçoive une quantité d’énergie dans un temps court, ce qui nécessite qu’il se couple à un phénomène rapide. C’est le cas dans les transitions de phase où le changement de phase n’a pas lieu si l’apport d’énergie est petit, très lent et quasi continu (état métastable, par exemple la surfusion de l’eau). C’est le cas de tous les phénomènes dans lesquels il y a un saut à franchir, de tous les phénomènes dans lesquels il y a une brisure de symétrie. Ainsi, tous les rythmes de la nature deviennent interactifs. On trouve des résonances, des catalyses, des interactions de toutes sortes entre phénomène lent et phénomène plus rapide. Cela se produit dans le vivant mais aussi dans la matière dite inerte. Sans la catalyse, l’essentiel des phénomènes biologiques seraient quasi impossibles car nécessitant trop de temps ou donnant des résultats trop faibles en quantité ou trop rares. La synchronisation des phénomènes peut se faire aussi par accrochage de fréquence (résonance), aussi bien pour la matière inerte que vivante.
Rythmes biologiques :
Les horloges sont un point central du fonctionnement du vivant. Piggins H. D. dans « Les gènes horloges de l’homme » (2002) : « Notre corps est en fait composé de millions d’horloges cellulaires, dont l’activité coordonnée donne lieu aux rythmes prononcés journaliers, mensuels et saisonniers de notre activité physiologique interne et de notre comportement. »
Les divisions de nos cellules suivent le rythme de notre horloge biologique : les tissus qui se renouvellent régulièrement comme la moelle osseuse, la muqueuse intestinale ou les cellules de la peau, le font donc de façon orchestrée, sur 24 heures.
De nouveaux rythmes cellulaires continuent à être découverts. Ainsi, au cours des années récentes, l’horloge de segmentation qui contrôle la formation des somites au cours de l’embryogenèse a été caractérisée. Ces oscillations d’une période de 30 à 90 minutes selon l’organisme considéré impliquent plusieurs voies de transduction de signaux cellulaires. Des oscillations d’une période de quelques heures dans la dynamique du facteur de transcription NF-κB et du facteur p53 ont été observées. Chez la levure, la réponse au stress implique des oscillations d’une période de quelques minutes dans la navette nucléocytoplasmique du facteur Mns2.
Rythmes neuronaux : période de 0,01 à 10 secondes
Rythme cardiaque : période d’une seconde
Rythmes d’oscillations du calcium : de 1 seconde à dix minutes
Rythmes des oscillations biochimiques : de une à vingt minutes
Rythmes hormonaux : soit dix minutes, soit trois-cinq heures, soit vingt-quatre heures
Rythmes du cycle cellulaire : dix minutes à vingt-quatre heures
Rythme du cycle ovarien : vingt-huit jours
Rythme des cigales périodiques : treize et dix-sept ans
Rythme de floraison du bambou : cent-vingt ans
Durée d’un flux d’ions sodium et potassium par la membrane de la cellule : moins d’une milliseconde
Fabrication par le neurone des protéines de la membrane : plusieurs dizaines de minutes
Rythme circadien au rythme de l’alternance jour-nuit, rythme de l’activité photosynthétique des plantes par exemple, ou entre 20 heures et 28 heures (horloge centrale dans l’hypothalamus et un très grand nombre d’autres rythmes biologiques de l’homme)
Rythme ultradien : inférieur à 24 heures
Rythme infradien : supérieur à 24 heures
Rythme cellulaire :
Environ 300 milliards de nos cellules (sur plus de 75.000 milliards de cellules qui forment l’organisme) sont remplacées chaque jour. Toutefois, toutes les cellules ne se renouvellent pas au même rythme : selon leur fonction, il faut de quelques jours à quelques années pour qu’elles soient remplacées. Elles affichent donc des âges différents. Les cellules du squelette vivent une dizaine d’années, celles des muscles respiratoires 15 ans, et presque tous les neurones ont l’âge de leur propriétaire. Quant aux cellules cardiaques, 1% d’entre elles sont remplacées chaque année chez une personne de 20 ans...
Fixations d’un ligand sur une protéine : ordre de grandeur la milliseconde (autant que les réactions d’oxydo-réduction dans les mitochondries au cours du métabolisme oxydatif)
Durée de vie d’une cellule (entre deux divisions cellulaires) : dix à vingt minutes chez les procaryotes et plusieurs heures ou jours chez les cellules des vertébrés
Durée de vie d’un globule rouge de l’homme : environ trente jours
Oscillations métaboliques : de quelques secondes à quelques minutes
Temps de relaxation des réactions métaboliques : deux minutes
Temps de relaxation des réactions épigénétiques : de cent à dix mille secondes, c’est-à-dire d’une minute et demi à trois heures
Resynthèse de l’ADN des chromosomes : cinq heures à vingt heures
Temps de base du rythme cellulaire : 3,5 heures
Rythme de mitose des cellules : 24 à 25 heures
Sécrétion de l’hormone Gonadrotopine du cycle de l’ovulation de la femme par l’hypothalamus : une pulsation par heure chez l’homme et le singe rhésus
Rafale électrique du neurone : environ un millième de seconde
Battement cardiaque :
Ce rythme moyen dépend de l’âge : 120 à 140 battements par minute chez le nouveau-né, 100 battements par minute chez le jeune enfant, 65 à 80 battements par minute en moyenne chez l’adulte, 80 à 90 battements par minute chez une personne âgée. Et le rythme est environ de dix battements par minute de plus chez la femme que chez l’homme. Ce qui est essentiel est que ce rythme change suivant les conditions extérieures par exemple la température et suivant les mouvements du corps comme un effort. Cela sous-entend une très grande adaptabilité du rythme cardiaque.
On a dans le mécanisme du cœur l’intervention de trois oscillateurs. Le premier sinus pulse à 120 par minute mais il transmet de manière beaucoup plus réduite soit une onde de contraction de 60 à 80 par minute chez l’adulte au repos, le deuxième sinus a un rythme naturel de 50 contractions par minute, le troisième point rythmique, le faisceau de His, émet de 30 à 40 contractions par minute. En fait il y a donc trois horloges qui ont non seulement des rythmes internes différents mais en plus sont des émetteurs récepteurs qui propagent les signaux à des vitesses différentes : le premier sinus diffuse à la vitesse de un mètre par seconde, le deuxième à 5 centimètre par seconde, le faisceau de His a une vitesse qui va de 2 à 4 mètres par seconde et il propage ses contractions à un réseau qui diffuse aux ventricules à la vitesse de 0,4 mètre par seconde.
Périodes des rythmes cérébraux :
Rythme alpha de l’état d’éveil calme : 10 Herz soit dix oscillations par seconde ce qui signifie une oscillation tous les dixièmes de seconde
Ondes lentes du sommeil (hypersynchronisation de l’activité neuronale) : six à sept cycles par seconde
Fuseaux rapides d’origine sous-corticale interrompant les ondes lentes : cinq cycles par seconde
Ondes bêta (activités cérébrales supérieures du lobe frontal) : treize à quinze cycles par seconde
Ondes delta : quatre cycles par seconde
Ondes thêta (activités émotives provenant du lobe temporal) : cinq à sept cycles par seconde
Ondes alpha (des cellules pyramidales du cortex cérébral) : dix cycles par seconde
Oscillations gamma (synchronisation des décharges de populations neuronales dans l’état cognitif) : trente à quatre-vingt cycles par seconde
Démence : cycles dominants inférieurs à huit cycles par seconde et fréquences béta supérieure à treize cycles par seconde
Sensibilité de l’oreille : deux signaux séparés de 2,5 millisecondes
Sensibilité de l’œil : deux signaux séparés de 0,1 milliseconde
Sensibilité tactile : stimulis de dix-huit cycles par seconde
Temps entre deux décharges successives de neurones : un centième de seconde
Temps de passage d’informations visuelles dans le cortex des primates : vingt-huit millisecondes
Temps de passage d’informations de forme et de couleur dans le cortex des primates : trente-neuf millisecondes
Temps de latence pour le passage d’informations entre les aires cérébrales : dix à quinze millisecondes
Temps de reconnaissance de visage chez l’homme : deux cent millisecondes
Durée d’une phase de sommeil paradoxal : vingt minutes
Le temps dans la matière
Notation : ces temps sont très courts, des fractions de seconde souvent, et on notera un dixième par dix puissance moins un ou un centième par dix puissance moins deux et ainsi de suite. Un millionième est dix puissance moins six, milliardième est dix puissance moins neuf, etc. Dix puissance moins N vaut donc un divisé par dix puissance N. Par exemple, dix moins huit de seconde vaut 0,00000001 seconde
Certains auteurs croient reconnaître un écoulement du temps dans le domaine du Vivant, en étant persuadés qu’un tel écoulement l’existerait pas dans la matière « inerte ». Comme nous allons le voir, toutes sortes d’échelles du temps existent dans les phénomènes physiques. Elles sont objectives, ne dépendant nullement de l’existence ou pas d’un observateur humain.
On le remarque à l’existence de durées de vie des particules (de matière comme d’interaction).
Pour le proton et l’électron, on ignore s’ils ont ou non une durée de vie limitée. Si elle existe, elle est très importante. Rappelons cependant que, même si cette durée de vie était infinie, cela proviendrait des sauts quantiques d’état du proton et de l’électron et du saut de la propriété de « particule réelle » d’une particule virtuelle à une autre via le boson de Higgs, processus quantiques se réalisant dans des temps inférieurs à ceux que nos appareils peuvent capter.
Durée de vie des particules :
L’instabilité d’une particule se caractérise par son nombre d’étrangeté. La vie moyenne des hadrons (mésons et baryons) est courte. Une durée de 10 puissance moins 23 seconde est normale. (10 puissance moins 23 seconde, c’est environ le temps que met la lumière pour traverser un proton). Dans ce cas, l’étrangeté vaut 0 (le nombre quantique S = 0). Si cette durée est « plus longue », 10 dix puissance moins dix seconde par exemple pour le lambda zéro, la particule est étrange et on lui attribue une valeur d’étrangeté S = –1. D’autres particules sont « super-étranges » ; leur étrangeté devient S = –2.
On a, par exemple, pour le Sigma– la valeur S = –2 car Sigma– se désintègre d’abord en Lamda zéro + un pion -, avec une vie moyenne de 10 puissance moins 10 seconde et le Lambda se désintègre ensuite en proton + pion– avec une vie moyenne de 10 puissance moins 10 seconde.
On constate que lorsqu’une particule possède l’étrangeté S = ±1 sa désintégration est lente (vie moyenne de ≈10 puissance moins 10 seconde), S = ±2 sa désintégration est deux fois plus lente, et S = ±3 sa désintégration est trois fois plus lente. D’autre part :
la désintégration est très lente lorsque l’on passe d’une famille à une autre ;
par contre, au sein d’une même famille ou lorsqu’on passe simplement d’un spin 3/2 vers un spin 1/2, la désintégration est rapide.
Ils sont formés d’un quark et d’un antiquark. L’exemple le plus connu est le triplet de pions : π+ ; π - (tous deux de139.6 MeV, de vie moyenne ≈10 puissance moins 8 seconde et pion zéro (135.0 MeV, de vie moyenne ≈10 puissance moins 16 seconde, se désintègre en 2 photons gamma).
Neutron : de 878,5 à 880 secondes
Baryons Delta :
Baryon Delta++ : 0,6 fois dix puissance moins 23 seconde
Baryon Delta+ : 0,6 fois dix puissance moins 23 seconde
Baryon Delta zéro : 0,6 fois dix puissance moins 23 seconde
Baryon Delta - : 0,6 fois dix puissance moins 23 seconde
Lepton Muon : 2,2 microsecondes (c’est-à-dire 2,2 millionièmes de seconde)
Mésons Pi (ou Pions) :
Pion à l’état libre : 0,03 microseconde
Pion chargé : 2,6 centième de microseconde seconde
Pion neutre : 8,4 fois dix puissance moins dix-sept seconde
Pions Pi+ et PI- : 2,6 fois dix puissance moins huit seconde
Pion zéro : 0,83 fois dix puissance moins seize seconde
Lepton Tau ou Tauon : 3,4 fois dix puissance moins treize seconde
Mésons K ou Kaons :
• K+ : 1,24 fois dix puissance moins 8 seconde
• K− : 1,24 fois dix puissance moins 8 seconde
• Kos : 0,89 fois dix puissance moins 10 seconde
• Kol : 5,2 fois dix puissance moins 8 seconde
Baryons Lambda :
Lambda zéro : 2,63 fois dix puissance moins dix seconde
Lambda + : 2 fois dix puissance moins treize seconde
Lambda zéro b : 1,2 fois dix puissance moins douze seconde
Baryons Oméga :
Oméga- : 0,82 fois dix puissance moins 10 seconde
Oméga zéro c : 6,9 fois dix puissance moins 14 seconde
Baryons Xi :
Xi+ c : 4,4 fois dix puissance moins 13 seconde
Xi- : 1,6 fois dix puissance moins 10 seconde
Xi zéro : 2,9 fois dix puissance moins seconde
Xi zéro c : 1,1 fois dix puissance moins 13 seconde
Baryons Sigma :
Sigma+ : 0,8 fois dix puissance moins 10 seconde
Sigma zéro : 7,4 fois dix puissance moins 20 seconde
Sigma - : 1,5 fois dix puissance moins 10 seconde
Mésons Eta :
Eta+ : 5 fois fois dix puissance moins dix-neuf seconde
Eta prime : 3,39 fois dix puissance moins 21 seconde
Eta c : 2,30 fois dix puissance moins 23 seconde
Mésons Rho :
Rho+ : 0,4 fois dix puissance moins 23 seconde
Rho- : 0,4 fois dix puissance moins 23 seconde
Rho zéro : 0,4 fois dix puissance moins 23 seconde
Méson Phi : 20 fois dix puissance moins 23 seconde
Mésons D :
D+ : 10,6 fois dix puissance moins 13 seconde
D- : 10,6 fois dix puissance moins 13 seconde
D zero : 4,2 fois dix puissance moins 13 seconde
Ds+ : 4,7 fois dix puissance moins 13 seconde
Ds- : 4,7 fois dix puissance moins 13 seconde
Méson Ji/Phi : 7,2 fois dix puissance moins 21 seconde
Mésons B :
B+ : 1,5 fois dix puissance moins 12 seconde
B- : 1,5 fois dix puissance moins 12 seconde
B zéro : 1,5 fois dix puissance moins 12 seconde
Méson Upsilon : 1,3 fois dix puissance moins 20 seconde
Boson W : 3 fois dix puissance moins 25 seconde
Boson Z : 3 fois dix puissance moins 25 seconde
Boson de Higgs : 1,56 fois dix puissance moins 22 seconde
Restent les durées d’oscillations des neutrinos, les durées des transitions des particules excitées, etc.
Temps de désintégration (temps de demi-vie) des noyaux radioactifs :
Béryllium 8 : 6,7 fois dix puissance moins 17 seconde
Molybdène 99 : 65,94 heures
Iode 131 : 8,0207 jours
Cobalt 60 : 5,2714 années
Krypton 85 : 10,76 années
Strontium 90 : 28,78 années
Césium 137 : 30,07 années
Américium 241 : 432,2 années
Radium 226 : 1 602 années
Carbone 14 : 5 730 années
Plutonium 239 : 24 110 années
Neptunium 237 : 2,144 millions d’années
Iode 129 : 15,7 millions d’années
Plutonium 244 : 80,8 millions d’années
Uranium 235 : 703,8 millions d’années
Potassium 40 : 1,248 milliards d’années
Uranium 238 : 4,4688 milliards d’années
Thorium 232 : 14,05 milliards d’années
Lire ici les énergies de toutes les sortes de particules
Temps du vide quantique :
Apparition (et disparition) de paires virtuelles électron-positron : dix puissance moins vingt et une seconde
Apparition (et disparition) de paires pions virtuels et antipions : dix puissance moins vingt quatre seconde
Apparition (et disparition) de paires virtuelles proton-antiproton : dix puissance moins vingt-cinq seconde
Apparition (et disparition) de paires de W et Z : dix puissance moins vingt-six seconde
Temps de Planck : 5,4 fois dix puissance moins quarante quatre seconde
En guise de conclusion :
« Je n’ai pas bien compris ce que vous pensez finalement de ce que serait ce temps réel, physique ? » nous dit un lecteur…
Eh bien, il apparaît que le temps ne préexiste pas aux interactions mais est produit par elles. Ce qui signifie qu’il n’y a pas un temps de la particule individuelle qui s’écoulerait graduellement, de manière fixée, figée, liée à un seul objet mais un temps qui émerge d’un grand nombre d’interactions, par exemple pour un grand nombre de noyaux radioactifs ou un grand nombre de cellules cardiaques interactives, ou un grand nombre de particules virtuelles du vide, un grand nombre de molécules, etc.
Le temps est-il réel (c’est-à-dire physique) ou subjectif ?
Faut-il opposer diamétralement la matière vivante et la matière inerte ?
Inerte, la matière non vivante ?!!!