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La science prouve que le Père Noël existe

Le champion de la distribution éclair de cadeaux s’appuie sur les théories scientifiques les plus récentes pour mener à bien sa tâche colossale, tous les 24 décembre. Des chercheurs très pointus y croient, alors, pourquoi pas nous ?

 

 
Un doute s'installe insidieusement à propos de la capacité du Père-Noël
 

Sur les cartes de Noël, ça a l’air simple : hormis des dérapages dus à l’ébriété des rennes, des cheminées trop étroites ou des tempêtes de neige, le Père Noël réussit toujours à livrer des milliards de cadeaux le jour dit, sans jamais se départir de son sourire ni de sa bonne humeur.

Ses collaborateurs : quelques rennes et une poignée de lutins.

Il n’y a bien sûr que les enfants, ces innocents, pour croire à cette propagande. 

Pourtant, la science a fait de tels progrès que cet exploit semble possible.  Les problèmes sont considérables. 

Mettez-vous dans la peau de l’intéressé : comment savoir où les enfants habitent et ce qu’ils veulent ?

Comment voler par tous les temps, faire le tour du monde en une nuit, transporter un chargement de plusieurs milliards de kilos et atterrir sur les toits en silence et avec une précision à toute épreuve ?

Il y a quelques années, le magazine Spy s’était posé ces questions dans un article qui, depuis, a fait florès sur Internet.  D’après la revue, le Père Noël aurait besoin de 214 200 rennes.  Compte tenu de l’énorme masse représentée par les cadeaux, il serait freiné par “la résistance de l’air, ce qui ferait chauffer les animaux de la même manière qu’un engin spatial rentrant dans l’atmosphère terrestre”

Bref, “les rennes s’enflammeraient presque instantanément, tout en provoquant des déflagrations supersoniques assourdissantes.  L’attelage serait volatilisé en l’espace de 4,26 millièmes de seconde.  Le Père Noël, lui, serait soumis à des forces 17 500 fois supérieures à la pesanteur. 

Conclusion : s’il a un jour livré un cadeau dans la nuit de Noël, il n’a pas survécu à l’opération.”

Seulement voilà : le bonhomme n’est pas mort ; il revient tous les ans, infailliblement, déposer ses cadeaux. 

S’il arrive à surmonter des problèmes semblables à ceux que nous venons d’évoquer, ce ne peut être qu’en s’appuyant sur des techniques venues d’un autre monde.

Le marché du jovial barbu est énorme : l’UNICEF recense 2,106 milliards d’enfants de moins de 18 ans dans le monde. 

Compte tenu de l’origine païenne de la fête et de son esprit, on peut supposer qu’il livre des cadeaux à tous les petits et pas seulement aux chrétiens. 

C’est Noël, après tout.  Sur la base moyenne de 2,5 enfants par foyer, l’homme à la barbe blanche doit faire 842 millions d’arrêts dans la nuit du 24 au 25 décembre. 

Supposons que ces foyers soient répartis harmonieusement sur les terres émergées de la planète.  La Terre ayant un rayon de 6 370 km, sa superficie est de 510 millions de km2 (4¼r2, r étant le rayon de la sphère).

Seuls 29 % des terres de la planète sont émergées, ce qui ramène la superficie habitée à 150 millions de km2. Supposons que chaque foyer occupe la même surface - soit 0,178 km2 -, la distance entre deux cheminées correspond alors à la racine carrée de cette superficie, soit 422 m.

Tous les 25 décembre, l’homme aux cadeaux doit parcourir cette distance multipliée par 842 millions (nombre de foyers), soit environ 355 millions de km.  Il lui faut donc bien du courage, d’autant qu’il doit s’acquitter de cette tâche en une nuit.  Heureusement, il dispose de plus de vingt-quatre heures pour livrer tous ses présents.  Prenons le premier point de la planète qui franchit la ligne de changement de date le 24 décembre à minuit. À partir de ce moment, le Père Noël peut commencer sa distribution.  S’il reste sur place, il aura vingt-quatre heures pour apporter les cadeaux à tous ceux qui se trouvent sur la ligne de changement de date.

 
Supprimer les déflagrations supersoniques
 


Mais, en se déplaçant dans le sens inverse à celui de la rotation de la Terre, il peut distribuer des cadeaux pendant vingt-quatre heures de plus, ce qui fait quarante-huit heures en tout, soit 2 880 minutes ou encore 172 800 secondes. 

L’homme au manteau rouge a donc un peu plus de 2/10 000 de seconde pour passer d’une cheminée à l’autre.  Pour couvrir la distance totale (355 millions de km) dans le temps qui lui est imparti, son traîneau doit filer à 2 057 km/s. 

 La vitesse du son est - sans chipoter sur la température et l’humidité de l’air - de l’ordre de 1 200 km/h, soit 333 m/s. 

Le Père Noël atteint donc une vitesse approchant 6 177 fois celle du son : Mach 6 177 !  Si un traîneau, ou tout autre objet, dépasse la vitesse du son, il provoque au moins une déflagration supersonique.  Il s’agit d’une onde de choc émise lorsqu’il rattrape les ondes qu’il engendre en se déplaçant, explique Nigel Weatherill ( 01 ), de l’université du Pays de Galles, qui a participé à la mise au point d’une voiture supersonique qui a franchi le mur du son en 1997.

 

Mais aucune déflagration supersonique
ne trouble généralement la nuit du 24 au 25 décembre

 

Dans son livre "Unweaving the Rainbow" [“Détricoter l’arc-en-ciel”], Richard Dawkins ( 02 ) s’appuie sur ce silence pour démontrer à un enfant de 6 ans, d’aucuns diraient cruellement, que le Père Noël n’existe pas.  Mais, si cette explication semble convaincante au biologiste, aux yeux de l’ingénieur en aérodynamique, elle signifie plutôt que le héros des petits a trouvé le moyen de supprimer les déflagrations supersoniques.

Ainsi, suppute Weatherill, peut-être annule-t-il les crêtes et les creux de l’onde de choc au moyen de creux et de crêtes d’antibruit produits par un haut-parleur spécial installé sur son traîneau.  La vitesse de la lumière - 300 000 km/s - est, elle, absolue ; elle ne peut être dépassée.  Il nous faut donc nous assurer que le voyageur nocturne n’enfreint pas la loi cosmique.  Sa vitesse équivaut à environ 1/145 de celle de la lumière ; il n’est donc pas exposé aux conséquences de la théorie de la relativité élaborée par Einstein.

Mais, dans cette hypothèse, le Père Noël se déleste de ses cadeaux en les jetant dans les cheminées quand il les survole.  Or, dans la réalité, il lui faut s’arrêter à chaque maison, si bien qu’il doit se déplacer deux fois plus vite que nous ne le disions précédemment (au départ arrêté, il doit franchir la distance entre deux foyers en 2/10 000 de seconde).  Cela revient à passer de 0 à 4 115 km/s en 2/10 000 de seconde, soit une accélération de 20,6 millions de kilomètres par seconde par seconde (km/s2).

L’accélération due à la pesanteur n’est à chaque seconde que de 9,8 m/s2.  Autrement dit, l’accélération du traîneau est à peu près deux milliards de fois supérieure à celle que provoque l’attraction terrestre.

En outre, l’homme au manteau rouge affiche une surcharge pondérale non négligeable - on lui accorde grosso modo 190 kilos ; il sera soumis à une force égale au produit de sa masse par son accélération, soit environ 4 000 milliards de newtons.  Même les pilotes de chasse ne peuvent supporter une accélération supérieure à quelques fois celle de la pesanteur : ils doivent utiliser des auxiliaires respiratoires et porter une combinaison dite “anti-g” pour que leur cerveau demeure irrigué.  Le pilote du traîneau céleste est confronté à une accélération environ deux milliards de fois plus importante : il devrait donc être réduit à l’état de “béchamel”, selon les termes de l'états-unien Lawrence-M Krauss ( 03 ), professeur de physique.

Celui-ci s’est posé des questions identiques à propos de Star Trek [la série la Guerre des étoiles] ( 04 ).

 
Perfectionner son traîneau
 

Le vaisseau Enterprise s’en sort grâce à des dispositifs baptisés “amortisseurs inertiels” qui absorbent les forces que le capitaine Kirk ( 05 ) sent au fond de son caleçon.  Le Père Noël doit recourir à des subterfuges du même genre : dans son traîneau, il crée un monde artificiel où la force de réaction qui répond à la force d’accélération est annulée, peut-être au moyen d’une espèce de champ gravitationnel.

Le bonhomme doit également faire face à une autre difficulté : son chargement de cadeaux.  À supposer que chacun des 2,106 milliards d’enfants ne reçoive qu’un jeu de construction moyen (un kilo), le Père Noël transporte 2,106 milliards de kilos. À quoi il faut ajouter la réserve de carburant nécessaire pour atteindre les vitesses que nous avons évoquées…  Bref, les problèmes ne manquent pas.

Larry Silverberg, chercheur à l’université d’Etat de Caroline du Nord, ( 06 ) a décidé d’apporter des réponses scientifiques à toutes ces questions préoccupantes.  Professeur de génie mécanique et aérospatial et membre du Centre de recherche de la Nasa sur les missions vers Mars, Silverberg considère le traîneau du gros barbu comme une merveille de la technique mondiale et dispose d’assez d’éléments pour être convaincu de son existence :

“Le Père Noël s’appuie sur la recherche fondamentale pour perfectionner son traîneau.  À cet égard, il est très en avance.  Les enfants ne doivent pas écouter ceux qui prétendent qu’il n’existe pas au motif qu’il serait impossible de distribuer des jouets dans le monde entier en une nuit.  Il y a bel et bien un moyen et il est fondé sur des faits scientifiques connus.”

Intérieure de la navette-traîneau du Père-Noël

D’après le Pr Silverberg, l’homme aux milliards de cadeaux exploite certaines propriétés de la théorie de la relativité d’Albert Einstein, qui s’appuie sur le principe selon lequel la vitesse de la lumière et les lois de la physique sont invariantes pour des observateurs qui se déplacent à des vitesses constantes les uns par rapport aux autres.

Compte tenu de cette relativité restreinte, notre sens commun s’y perd lorsque nous nous déplaçons à des vitesses élevées et notamment lorsque nous approchons celle de la lumière.  Cependant, la vitesse de la lumière est constante, quelle que soit la position ou la vitesse de l’observateur.

Si le Père Noël lance une boule de neige depuis son traîneau fendant l’air, il aura l’impression qu’elle se déplace lentement.  Un observateur terrestre trouvera, quant à lui, sa vitesse effarante : en effet, considérée depuis le sol, la vitesse de la boule de neige s’ajoute à celle du traîneau. 

La relativité nous enseigne que, dans le cas de la lumière, cette règle de bon sens ne tient plus : si le Père Noël allume une torche sur son traîneau, il en aura la même perception qu’un observateur assis dans la neige, en bas.  Pour nous, dans la vie de tous les jours, le temps et l’espace sont des absolus : les centimètres et les secondes sont les mêmes où qu’on se trouve sur la planète et quoi qu’on fasse.

En fait, pour que deux observateurs qui se déplacent à des vitesses différentes aient la même perception de la vitesse de la lumière (celle d’un rayon laser envoyé d’une planète à une autre dans un temps donné, par exemple), chacune de leurs “secondes” et chacun de leurs “centimètres” doivent leur être particuliers. Plus la vitesse du traîneau est élevée, plus le temps se dilate et plus l’espace se contracte, explique le Pr Silverberg.

La relativité restreinte laisse donc à l’intéressé tout loisir de distribuer ses cadeaux, alors que le temps dont il dispose est perçu par nous comme la durée d’un clin d’oeil. 

Le Pr Silverberg ajoute : “Dans son cadre de référence, c’est-à-dire quand il est dans son ‘nuage de relativité’, le temps se déplace beaucoup plus vite que dans le nôtre.

Planification de trajet avec les soldats canadiens de NORAD

Lui nous voit comme si nous étions cloués sur place. Il n’a même pas besoin de se presser : il a tout son temps.”

Le Pr Silverberg et son équipe se devaient ensuite d’expliquer comment le plantureux gaillard parvenait à atteindre une telle vitesse.

À supposer qu’un traîneau-fusée lui permette de se déplacer aussi vite, il serait impossible de satisfaire ses besoins en carburant.  C’est là qu’intervient le deuxième volet de la théorie de la relativité, la relativité générale, qui élargit la première théorie d’Einstein pour qu’elle soit compatible avec l’idée que les lois de la physique doivent être les mêmes pour tous les observateurs.

Einstein ( 07 ) a eu l’idée de la relativité générale en s’apercevant que si le Père Noël, par exemple, tombe d’un toit, il ne sent pas son propre poids tant qu’il n’a pas touché le sol.  Sa théorie a remplacé la conception newtonienne de la pesanteur : elle ne la considère plus comme une force mais comme la courbure de l’espace-temps, un cocktail à quatre dimensions de l’espace et du temps.

C’est au début du siècle que la théorie a commencé à pouvoir expliquer l’espace-temps.  “Le Père Noël et ses compagnons du pôle Nord, rappelle le Pr Silverberg, ont compris cela depuis bien plus longtemps.  En fait, ils ont appris à manipuler le temps, l’espace et la lumière.”   Nous, nous commençons tout juste à comprendre les différentes implications de la relativité.

 
Couper-coller” des morceaux d’Univers
 

Mais l’homme à l’habit rouge, lui, “en est déjà aux applications : il crée des nuages de relativité qui abritent son traîneau et ses rennes”.

D’après la théorie de la relativité, la matière ne peut pas se déplacer dans l’espace à une vitesse supérieure à celle de la lumière.  En revanche, il n’y a pas de limite à la vitesse à laquelle l’espace lui-même peut se déplacer : le traîneau peut donc être installé dans une petite bulle d’espace qui se déplace à une vitesse “supraluminique” à travers l’espace normal. 

Autre explication du phénomène : les objets peuvent voyager localement à des vitesses peu élevées et pourtant se déplacer plus vite que la lumière parce que le tissu de l’espace-temps se détend.

En 1994, Miguel Alcubierre, ( 08 ) de l’université de Cardiff, a démontré que cette incohérence apparente est compatible avec la physique moderne.  Selon Alcubierre, si une distorsion spatio-temporelle déforme l’espace en un point donné de telle sorte qu’il est en expansion derrière le traîneau du Père Noël et se contracte devant lui, le vaisseau est propulsé en même temps que l’espace dans lequel il se trouve, chevauchant la crête de l’onde.

Dans ce système, l’espace-temps autour du véhicule est déformé de telle façon que celui-ci peut se déplacer d’une cheminée à l’autre sans ressentir la moindre accélération ou presque.  Au contraire, l’espace-temps entre le Père Noël et la cheminée qu’il laisse derrière lui étant en expansion, il le rapproche de la suivante.

Localement, le traîneau ne circule jamais plus vite que la lumière, car celle-ci est également transportée par l’onde d’espace en expansion.  Mais il n’empêche que cette “onde” d’accompagnement permet de franchir des distances énormes en un rien de temps, et donc la distance réduite qui sépare les cheminées.
Le Père Noël peut même faire encore plus fort et “couper-coller” des morceaux d’Univers, grâce à des raccourcis dans l’espace-temps appelés “trous de ver”.  Cette idée a été approfondie par le mathématicien Ian Stewart, de l’université de Warwick.

Imaginons que l’espace-temps soit courbe, comme une feuille.  Les trous de ver permettent de prendre des raccourcis, d’éviter les trajets en courbe à la surface de la feuille et d’en emprunter qui traversent l’Univers par l’intérieur. 

Le Père Noël pénètre dans une galerie, la parcourt et ressort à un autre endroit.  Il peut emporter une extrémité du tunnel et faire en sorte que l’autre se matérialise dans chacun des lieux où il se rend : il n’a plus à descendre dans des cheminées pleines de suie et ne risque plus de rester coincé dans les canalisations de chauffage central.

Dernière question : comment les rennes volent-ils ?  D’après le Pr Silverberg, la réponse se trouve dans la génétique.  Après des siècles de sélection et de manipulations génétiques, leurs poumons peuvent s’emplir d’un mélange d’hélium, d’oxygène et d’azote qui leur permet de flotter.  Dès lors, tirer le traîneau ne leur pose plus le moindre problème.

Fort de toutes ces explications, est-ce que vous pouvez vraiment continuer à croire que le Père Noël n’existe pas ?

Source: Courrier international Science pour Groupe La Vie-Le Monde

Choix de photos, mise en page, références et titrage par : JosPublic
Publication : 24 décembre 2015

Ci-dessous: des textes en lien direct avec le sujet:

 

 

 

 

Notes & Références encyclopédiques:

01

 

Professor Nigel Weatherill, DSc FREng FRSA, Vice-chacellier et chef de l'exécutif de l'université du Pays de Galles - Sur Site de l'Université

 

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02

 

Unweaving the Rainbow Les Mystères de l'arc-en-ciel sous-titré Science, désillusion et l'appétit d'émerveillement (Science, Delusion and the Appetite for Wonder), est un essai scientifique de Richard Dawkins - Sur Wikipédia

 

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03

 

À propos de Lawrence M Krauss, professeur de physique - Sur Wikipédia

 
 

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04

 

à propos de Star Trek [la série la Guerre des étoiles] - Sur Wikipédia

 
 

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05

 

À propos du capitaine Kirk de la première série de Star Trek - Sur Wikipédia

 
 

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06

 

Larry-M. Silverberg, chercheur à l’université d’Etat de Caroline du Nord - Sur le site de l'université

 
 

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07

 

À propos du physicien Albert Einstein - Sur Wikipédia

 
 

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08

 

Miguel Alcubierre, de l’université de Cardiff - Sur Wikipédia

 
 

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