Ce qu'un modèle doit prédire
Exercice supplémentaire · niveau 2 · enseignement scientifique (première), chapitre 2 — Des édifices ordonnés : les cristaux
Énoncé
En , Haüy suppose que tout cristal est un empilement de petits volumes identiques, invisibles. 1. Quelles observations disponibles à son époque cette hypothèse expliquait-elle ? 2. Quelle prédiction vérifiable en découle sur la masse volumique ? 3. En , l'expérience de Laue montre qu'un cristal diffracte les rayons X. En quoi est-ce une confirmation, et pas simplement une illustration ? 4. En , Shechtman observe une figure de diffraction incompatible avec la périodicité. Fallait-il en conclure que la cristallographie était fausse ?
Corrigé
1. Deux au moins. D'une part la constance des angles entre faces, mesurée depuis Sténon : si le cristal est un empilement de briques identiques, les faces possibles ne peuvent avoir que certaines orientations. D'autre part le clivage : la calcite se brise toujours en rhomboèdres de plus en plus petits, comme si l'on désassemblait un mur.
2. Si l'on connaît le volume de la brique et sa masse, la masse volumique du cristal est calculable et ne dépend pas de la taille de l'échantillon. Elle devient une constante caractéristique de l'espèce, mesurable à la balance : le modèle s'expose donc à un démenti.
3. Parce que la diffraction ne se contente pas d'être compatible avec l'hypothèse : elle en découle quantitativement. Un empilement périodique de pas diffracte une onde de longueur d'onde comparable à dans des directions précises et calculables. Laue obtient ces directions. Une théorie qui prédit un phénomène nouveau, jamais observé auparavant, est bien plus solidement établie qu'une théorie qui explique après coup ce que l'on savait déjà.
4. Non. Une observation isolée ne renverse pas une théorie abondamment confirmée ; il fallait d'abord la reproduire et éliminer les artefacts, ce que la communauté a fait — d'où les années de controverse. La conclusion finale n'a d'ailleurs pas été que la cristallographie était fausse, mais qu'elle était trop étroite : la périodicité n'est qu'une manière, parmi d'autres, d'être ordonné. La définition du mot « cristal » a été élargie en . C'est le sort ordinaire des bonnes théories : elles ne sont pas abolies, elles sont débordées.
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Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.