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Trembling Spacetime: 超越量子公设的几何、运动与物质的概念性导论
No full textInternational audienceتصف الفيزياء الحديثة الطبيعة بدقة استثنائية، لكنها تفعل ذلك من خلال مجموعة من المبادئ التي تبدو في كثير من الأحيان منفصلة من الناحية المفاهيمية.تنجح ميكانيكا الكم، والنسبية، وفيزياء الجسيمات، وعلم الكونيات كلٌّ في مجاله الخاص، إلا أن العديد من افتراضاتها الأساسية تُقدَّم على شكل مسلّمات بدلاً من أن تكون ناتجة عن تفسير أعمق.يستكشف هذا الكتاب إمكانية مختلفة: أن كثيراً من المبادئ التي نعدّها أساسية قد تنشأ من هندسة الزمكان نفسها.يقدّم Trembling Spacetime مدخلاً مبسطاً إلى نظرية نسبية الزمكان المهتز (TSRT)، وهو إطار هندسي لا يكون فيه الزمكان أملساً تماماً، بل يمتلك بنية مجهرية محدودة وتخضع للسببية. ومن شرط واحد فقط — أن يحافظ الزمكان على الترتيب السببي وعلى رتابة الزمن الخاص — تنشأ القصور الذاتي، والكتلة الثقالية، ومبدأ أقل فعل، وعلاقات الطاقة–الكتلة والفعل–التردد، والتكميم، والأطياف الذرية، وخصائص الجسيمات، والاستقرار النووي، والتمدّد الكوني، وسهم الزمن.كُتب هذا الكتاب من دون معادلات، وهو موجّه إلى قرّاء يمتلكون خلفية قوية في الفيزياء. ويقارن بين الصياغات القياسية ورؤية هندسية تركز على الآليات والاتساق بدلاً من المسلّمات الشكلية. لا تُستبدل ميكانيكا الكم ولا النسبية، بل يُعاد تفسيرهما بوصفهما أوصافاً فعّالة لقيود هندسية أعمق.بدلاً من اقتراح جسيمات أو قوى جديدة أو عناصر افتراضية، يسأل Trembling Spacetime إلى أي مدى يمكن أن يصل التفكير الدقيق في الزمكان ذاته، ويدعو القارئ إلى إعادة النظر في مقدار ما يمكن أن تفسّره الهندسة في الفيزياء في نهاية المطاف.La física moderna descriu la natura amb una precisió extraordinària, però ho fa mitjançant un conjunt de principis que sovint semblen conceptualment desconnectats.La mecànica quàntica, la relativitat, la física de partícules i la cosmologia tenen èxit cadascuna en els seus propis termes, però moltes de les seves hipòtesis fonamentals s’introdueixen com a axiomes més que no pas com a conseqüència d’una explicació més profunda.Aquest llibre explora una possibilitat diferent: que molts dels principis que considerem fonamentals poden emergir, en canvi, de la mateixa geometria de l’espaitemps.Trembling Spacetime ofereix una introducció accessible a la Trembling Spacetime Relativity Theory (TSRT), un marc geomètric en què l’espaitemps no és perfectament suau, sinó que posseeix una microestructura limitada i causal. D’un sol requeriment —que l’espaitemps preservi l’ordre causal i la monotonicitat del temps propi— en resulten la inèrcia, la massa gravitatòria, el principi de mínima acció, les relacions energia–massa i acció–freqüència, la quantització, els espectres atòmics, les propietats de les partícules, l’estabilitat nuclear, l’expansió còsmica i la fletxa del temps.Escrit sense equacions i adreçat a lectors amb una base sòlida en física, el llibre contrasta les formulacions estàndard amb un punt de vista geomètric que posa l’èmfasi en els mecanismes i la coherència per sobre del postulat formal. La mecànica quàntica i la relativitat no són substituïdes, sinó reinterpretades com a descripcions efectives de constriccions geomètriques més profundes.En lloc de proposar noves partícules, forces o ingredients especulatius, Trembling Spacetime pregunta fins on pot portar-nos un raonament acurat sobre l’espaitemps mateix, i convida el lector a reconsiderar fins a quin punt la física pot, en darrera instància, ser explicada per la geometria.Die moderne Physik beschreibt die Natur mit außergewöhnlicher Genauigkeit, doch sie tut dies mithilfe einer Sammlung von Prinzipien, die oft konzeptionell voneinander getrennt erscheinen.Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Teilchenphysik und Kosmologie sind jeweils in ihrem eigenen Bereich erfolgreich, doch viele ihrer grundlegenden Annahmen werden als Axiome eingeführt, anstatt erklärt zu werden.Dieses Buch untersucht eine andere Möglichkeit: dass viele der als fundamental betrachteten Prinzipien aus der Geometrie der Raumzeit selbst hervorgehen könnten.Trembling Spacetime bietet eine zugängliche Einführung in die Trembling Spacetime Relativity Theory (TSRT), einen geometrischen Rahmen, in dem die Raumzeit nicht vollkommen glatt ist, sondern eine begrenzte, kausale Mikrostruktur besitzt. Aus einer einzigen Forderung — dass die Raumzeit kausale Ordnung und monotone Eigenzeit bewahren muss — entstehen Trägheit, gravitative Masse, das Prinzip der kleinsten Wirkung, Energie–Masse- und Wirkungs–Frequenz-Beziehungen, Quantisierung, atomare Spektren, Teilcheneigenschaften, nukleare Stabilität, kosmische Expansion und der Zeitpfeil.Ohne Gleichungen verfasst und für Leser mit solider physikalischer Ausbildung gedacht, stellt das Buch den Standardformulierungen eine geometrische Sichtweise gegenüber, die Mechanismus und Kohärenz über formale Postulate stellt. Quantenmechanik und Relativität werden nicht ersetzt, sondern als effektive Beschreibungen tieferliegender geometrischer Einschränkungen neu interpretiert.Anstatt neue Teilchen, Kräfte oder spekulative Zutaten vorzuschlagen, fragt Trembling Spacetime, wie weit sorgfältiges Nachdenken über die Raumzeit selbst führen kann, und lädt den Leser ein, zu überdenken, wie viel der Physik letztlich durch Geometrie erklärbar sein könnte.Modern physics explains nature with extraordinary accuracy, yet it does so through a collection of principles that often appear conceptually disconnected.Quantum mechanics, relativity, particle physics, and cosmology each succeed on their own terms, but many of their foundational assumptions are introduced as axioms rather than explained.This book explores a different possibility: that many of the principles we treat as fundamental may instead arise from spacetime geometry itself.Trembling Spacetime offers an accessible introduction to Trembling Spacetime Relativity Theory (TSRT), a geometric framework in which spacetime is not perfectly smooth, but possesses a bounded, causal microstructure. From this single requirement, that spacetime must preserve causal order and monotonic proper time, emerge inertia, gravitational mass, least action, energy-mass and action-frequency relations, quantization, atomic spectra, particle properties, nuclear stability, cosmic expansion, and the arrow of time.Written without equations and intended for readers with a solid background in physics, the book contrasts standard formulations with a geometric viewpoint that emphasizes mechanism and coherence over formal postulate. Quantum mechanics and relativity are not replaced, but reinterpreted as effective descriptions of deeper geometric constraints.Rather than proposing new particles, forces, or speculative ingredients, Trembling Spacetime asks how far careful reasoning about spacetime itself can take us, and invites the reader to reconsider how much of physics may ultimately be explained by geometry.La física moderna describe la naturaleza con una precisión extraordinaria, pero lo hace mediante un conjunto de principios que a menudo parecen conceptualmente desconectados.La mecánica cuántica, la relatividad, la física de partículas y la cosmología tienen éxito cada una en su propio ámbito, pero muchas de sus suposiciones fundamentales se introducen como axiomas en lugar de ser explicadas.Este libro explora una posibilidad diferente: que muchos de los principios que consideramos fundamentales puedan surgir de la propia geometría del espacio-tiempo.Trembling Spacetime ofrece una introducción accesible a la Trembling Spacetime Relativity Theory (TSRT), un marco geométrico en el que el espacio-tiempo no es perfectamente liso, sino que posee una microestructura causal y acotada. A partir de un único requisito —que el espacio-tiempo preserve el orden causal y la monotonía del tiempo propio— emergen la inercia, la masa gravitacional, el principio de mínima acción, las relaciones energía–masa y acción–frecuencia, la cuantización, los espectros atómicos, las propiedades de las partículas, la estabilidad nuclear, la expansión cósmica y la flecha del tiempo.Escrito sin ecuaciones y destinado a lectores con una sólida formación en física, el libro contrasta las formulaciones estándar con una perspectiva geométrica que enfatiza los mecanismos y la coherencia por encima de los postulados formales. La mecánica cuántica y la relatividad no se reemplazan, sino que se reinterpretan como descripciones efectivas de restricciones geométricas más profundas.En lugar de proponer nuevas partículas, fuerzas o ingredientes especulativos, Trembling Spacetime pregunta hasta dónde puede llevarnos un razonamiento cuidadoso sobre el propio espacio-tiempo e invita al lector a reconsiderar cuánto de la física puede, en última instancia, explicarse mediante la geometría.La physique moderne décrit la nature avec une précision remarquable, mais elle le fait à l’aide d’un ensemble de principes qui apparaissent souvent conceptuellement disjoints.La mécanique quantique, la relativité, la physique des particules et la cosmologie réussissent chacune dans leur domaine propre, mais nombre de leurs hypothèses fondamentales sont introduites comme des axiomes plutôt que comme des conséquences explicatives.Ce livre explore une possibilité différente : celle selon laquelle plusieurs principes que nous tenons pour fondamentaux pourraient émerger de la géométrie même de l’espace-temps.Trembling Spacetime propose une introduction accessible à la Trembling Spacetime Relativity Theory (TSRT), un cadre géométrique dans lequel l’espace-temps n’est pas parfaitement lisse, mais possède une microstructure bornée et causale. À partir d’une seule exigence — que l’espace-temps préserve l’ordre causal et la monotonie du temps propre — émergent l’inertie, la masse gravitationnelle, le principe de moindre action, les relations énergie–masse et action–fréquence, la quantification, les spectres atomiques, les propriétés des particules, la stabilité nucléaire, l’expansion cosmique et la flèche du temps.Écrit sans équations et destiné à des lecteurs disposant d’une solide formation en physique, l’ouvrage confronte les formulations standard à une lecture géométrique mettant l’accent sur les mécanismes et la cohérence plutôt que sur les postulats formels. La mécanique quantique et la relativité ne sont pas remplacées, mais réinterprétées comme des descriptions effectives de contraintes géométriques plus profondes.Plutôt que de proposer de nouvelles particules, forces ou ingrédients spéculatifs, Trembling Spacetime interroge jusqu’où un raisonnement rigoureux sur l’espace-temps lui-même peut nous mener et invite le lecteur à reconsidérer la part de la physique qui pourrait, en définitive, être expliquée par la géométrie.הפיזיקה המודרנית מתארת את הטבע בדיוק מרשים, אך עושה זאת באמצעות אוסף עקרונות שלעיתים נראים מנותקים מבחינה מושגית.מכניקת הקוונטים, היחסות, פיזיקת החלקיקים והקוסמולוגיה מצליחות כל אחת בתחומה, אך רבות מהנחות היסוד שלהן מוצגות כאקסיומות ולא כהסברים הנובעים ממבנה עמוק יותר.ספר זה בוחן אפשרות שונה: שרבים מן העקרונות הנחשבים בסיסיים עשויים לנבוע מהגאומטריה של המרחב־זמן עצמו.Trembling Spacetime מציע מבוא נגיש ל־Trembling Spacetime Relativity Theory (TSRT), מסגרת גאומטרית שבה המרחב־זמן אינו חלק לחלוטין אלא בעל מיקרו־מבנה סיבתי ומוגבל. מדרישה אחת בלבד — שהמרחב־זמן ישמר סדר סיבתי ומונוטוניות של זמן עצמי — נובעים האינרציה, המסה הכבידתית, עקרון הפעולה המינימלית, יחסי אנרגיה–מסה ופעולה–תדירות, קוונטיזציה, ספקטרומים אטומיים, תכונות חלקיקים, יציבות גרעינית, התפשטות קוסמית וחץ הזמן.הספר כתוב ללא משוואות ומיועד לקוראים בעלי רקע מוצק בפיזיקה. הוא מציב את הניסוחים הסטנדרטיים מול פרספקטיבה גאומטרית המדגישה מנגנונים וקוהרנטיות על פני פוסטולטים פורמליים. מכניקת הקוונטים והיחסות אינן מוחלפות, אלא מפורשות מחדש כתיאורים אפקטיביים של אילוצים גאומטריים עמוקים יותר.במקום להציע חלקיקים חדשים, כוחות או מרכיבים ספקולטיביים, Trembling Spacetime שואל עד כמה חשיבה זהירה על המרחב־זמן עצמו יכולה להוביל אותנו, ומזמין את הקורא לבחון מחדש עד כמה ניתן להסביר את הפיזיקה באמצעות גאומטריה.आधुनिक भौतिकी प्रकृति का अत्यंत सटीक वर्णन करती है, किंतु यह ऐसा अनेक सिद्धांतों के माध्यम से करती है जो प्रायः वैचारिक रूप से असंबद्ध प्रतीत होते हैं।क्वांटम यांत्रिकी, सापेक्षता, कण भौतिकी और ब्रह्मांड विज्ञान अपने-अपने क्षेत्रों में सफल हैं, लेकिन उनकी कई मूलभूत मान्यताएँ व्याख्या के बजाय उपपत्तियों के रूप में प्रस्तुत की जाती हैं।यह पुस्तक एक भिन्न संभावना का अन्वेषण करती है: कि जिन सिद्धांतों को हम मौलिक मानते हैं, वे स्वयं अंतरिक्ष–काल की ज्यामिति से उत्पन्न हो सकते हैं।Trembling Spacetime ट्रेम्बलिंग स्पेसटाइम रिलेटिविटी थ्योरी (TSRT) का एक सुलभ परिचय प्रस्तुत करती है, जिसमें अंतरिक्ष–काल पूर्णतः समतल नहीं है, बल्कि उसमें सीमित और कारणात्मक सूक्ष्म संरचना विद्यमान है। केवल एक शर्त — कि अंतरिक्ष–काल कारणात्मक क्रम और स्वसमय की एकरूपता बनाए रखे — से जड़त्व, गुरुत्वीय द्रव्यमान, न्यूनतम क्रिया का सिद्धांत, ऊर्जा–द्रव्यमान एवं क्रिया–आवृत्ति संबंध, क्वांटीकरण, परमाणु वर्णक्रम, कणों के गुण, नाभिकीय स्थिरता, ब्रह्मांडीय विस्तार और समय का तीर उत्पन्न होते हैं।यह पुस्तक समीकरणों के बिना लिखी गई है और भौतिकी में मजबूत पृष्ठभूमि रखने वाले पाठकों के लिए अभिप्रेत है। यह मानक सूत्रीकरणों की तुलना एक ऐसे ज्यामितीय दृष्टिकोण से करती है जो औपचारिक उपपत्तियों की बजाय तंत्र और संगति पर बल देता है। क्वांटम यांत्रिकी और सापेक्षता को प्रतिस्थापित नहीं किया गया है, बल्कि उन्हें गहन ज्यामितीय प्रतिबंधों के प्रभावी विवरण के रूप में पुनर्व्याख्यायित किया गया है।नई कणों, बलों या अनुमानात्मक तत्वों का प्रस्ताव करने के बजाय, Trembling Spacetime यह प्रश्न उठाती है कि स्वयं अंतरिक्ष–काल के बारे में सावधानीपूर्वक तर्क हमें कितनी दूर तक ले जा सकता है, और पाठक को यह पुनर्विचार करने के लिए आमंत्रित करती है कि अंततः भौतिकी का कितना भाग ज्यामिति द्वारा समझाया जा सकता है।A modern fizika rendkívüli pontossággal írja le a természetet, ám ezt gyakran olyan elvek halmazán keresztül teszi, amelyek fogalmilag elkülönültnek tűnnek.A kvantummechanika, a relativitáselmélet, a részecskefizika és a kozmológia mind sikeresek saját területükön, azonban számos alapfeltevésük axiómaként kerül bevezetésre, nem pedig mélyebb magyarázat eredményeként.Ez a könyv egy másik lehetőséget vizsgál: azt, hogy sok, alapvetőnek tekintett fizikai elv magából a téridő geometriájából eredhet.A Trembling Spacetime közérthető bevezetést nyújt a Trembling Spacetime Relativity Theory (TSRT) elméletébe, egy olyan geometriai keretbe, amelyben a téridő nem tökéletesen sima, hanem korlátozott és oksági mikrostruktúrával rendelkezik. Egyetlen követelményből — hogy a téridő megőrizze az oksági rendet és a sajátidő monotonitását — származik a tehetetlenség, a gravitációs tömeg, a legkisebb hatás elve, az energia–tömeg és hatás–frekvencia kapcsolatok, a kvantáltság, az atomi spektrumok, a részecskék tulajdonságai, a magstabilitás, a kozmikus tágulás és az idő nyila.A könyv képletek nélkül íródott, és olyan olvasóknak szól, akik szilárd fizikai háttérrel rendelkeznek. A standard megfogalmazásokat egy geometriai szemlélettel állítja szembe, amely a mechanizmusokat és az elméleti koherenciát hangsúlyozza a formális posztulátumok helyett. A kvantummechanika és a relativitáselmélet nem kerülnek leváltásra, hanem mélyebb geometriai korlátok hatékony leírásaként nyernek új értelmezést.Új részecskék, erők vagy spekulatív elemek bevezetése helyett a Trembling Spacetime azt vizsgálja, milyen messzire juthatunk el magának a téridőnek a gondos elemzésével, és arra hívja az olvasót, hogy gondolja újra, a fizika mekkora része magyarázható végső soron geometriával.La fisica moderna descrive la natura con straordinaria accuratezza, ma lo fa attraverso un insieme di principi che spesso appaiono concettualmente disconnessi.La meccanica quantistica, la relatività, la fisica delle particelle e la cosmologia hanno ciascuna successo nei rispettivi ambiti, ma molte delle loro assunzioni fondamentali vengono introdotte come assiomi piuttosto che spiegate.Questo libro esplora una possibilità diversa: che molti dei principi considerati fondamentali possano invece emergere dalla geometria stessa dello spazio-tempo.Trembling Spacetime offre un’introduzione accessibile alla Trembling Spacetime Relativity Theory (TSRT), un quadro geometrico in cui lo spazio-tempo non è perfettamente liscio, ma possiede una microstruttura causale e limitata. Da un’unica esigenza — che lo spazio-tempo preservi l’ordine causale e la monotonia del tempo proprio — emergono inerzia, massa gravitazionale, principio di minima azione, relazioni energia–massa e azione–frequenza, quantizzazione, spettri atomici, proprietà delle particelle, stabilità nucleare, espansione cosmica e la freccia del tempo.Scritto senza equazioni e destinato a lettori con una solida formazione in fisica, il libro confronta le formulazioni standard con una prospettiva geometrica che privilegia meccanismi e coerenza rispetto ai postulati formali. La meccanica quantistica e la relatività non vengono sostituite, ma reinterpretate come descrizioni efficaci di vincoli geometrici più profondi.Piuttosto che proporre nuove particelle, forze o ingredienti speculativi, Trembling Spacetime indaga fino a che punto un ragionamento rigoroso sullo spazio-tempo stesso possa condurci e invita il lettore a riconsiderare quanto della fisica possa, in ultima analisi, essere spiegato dalla geometria.現代物理学は自然を驚くほど正確に記述しているが、その基礎はしばしば概念的に分断された原理の集合として構成されている。量子力学、相対性理論、素粒子物理学、宇宙論はいずれもそれぞれの分野で成功を収めているが、多くの基本仮定は説明されることなく公理として導入されている。本書は、そうした基本原理の多くが、時空そのものの幾何構造から自然に導かれる可能性を探究する。Trembling Spacetime は、「Trembling Spacetime Relativity Theory（TSRT）」への概念的かつ平易な導入である。この理論では、時空は完全に滑らかなものではなく、因果律に従う有界な微細構造を持つ。時空が因果的秩序と固有時間の単調性を保持しなければならないという唯一の要請から、慣性、重力質量、最小作用の原理、エネルギー–質量および作用–周波数の関係、量子化、原子スペクトル、粒子の性質、原子核の安定性、宇宙膨張、そして時間の矢が導かれる。数式を用いず、物理学に十分な背景を持つ読者を対象として、本書は標準的理論と、形式的公理よりも機構と整合性を重視する幾何学的視点を対比する。量子力学や相対論は置き換えられるのではなく、より深い幾何学的制約の有効な記述として再解釈される。新たな粒子や力、思弁的要素を導入するのではなく、Trembling Spacetime は、時空そのものについての慎重な思考がどこまで到達し得るのかを問い、物理学の多くが最終的に幾何によって説明され得る可能性を読者に提示する。De moderne fysica beschrijft de natuur met opmerkelijke nauwkeurigheid, maar doet dit via een verzameling principes die vaak conceptueel los van elkaar lijken te staan.Kwantummechanica, relativiteit, deeltjesfysica en kosmologie zijn elk succesvol binnen hun eigen domein, maar veel van hun fundamentele aannames worden als axioma’s geïntroduceerd in plaats van verklaard.Dit boek verkent een andere mogelijkheid: dat vele principes die wij als fundamenteel beschouwen, kunnen voortkomen uit de geometrie van de ruimtetijd zelf.Trembling Spacetime biedt een toegankelijke inleiding tot de Trembling Spacetime Relativity Theory (TSRT), een geometrisch kader waarin de ruimtetijd niet perfect glad is, maar een begrensde en causale microstructuur bezit. Uit één enkele vereiste — dat de ruimtetijd causale orde en monotone eigentijd behoudt — ontstaan inertie, zwaartekrachtmassa, het principe van de minste werking, energie–massa- en actie–frequentierelaties, kwantisatie, atomaire spectra, de eigenschappen van deeltjes, nucleaire stabiliteit, kosmische expansie en de tijdspijl.Het boek is zonder vergelijkingen geschreven en bedoeld voor lezers met een degelijke achtergrond in de fysica. Het contrasteert standaardformuleringen met een geometrisch perspectief dat mechanisme en samenhang benadrukt boven formele postulaten. Kwantummechanica en relativiteit worden niet vervangen, maar her geïnterpreteerd als effectieve beschrijvingen van diepere geometrische beperkingen.In plaats van nieuwe deeltjes, krachten of speculatieve ingrediënten te introduceren, onderzoekt Trembling Spacetime hoe ver zorgvuldig redeneren over de ruimtetijd zelf kan reiken en nodigt het de lezer uit om te heroverwegen hoeveel van de fysica uiteindelijk door geometrie verklaard kan worden.Współczesna fizyka opisuje naturę z niezwykłą precyzją, lecz czyni to za pomocą zbioru zasad, które często sprawiają wrażenie koncepcyjnie rozłącznych.Mechanika kwantowa, teoria względności, fizyka cząstek oraz kosmologia odnoszą sukcesy w swoich dziedzinach, jednak wiele ich fundamentalnych założeń wprowadzanych jest jako aksjomaty, a nie jako wynik głębszego wyjaśnienia.Niniejsza książka bada inną możliwość: że wiele zasad uznawanych za fundamentalne może wyłaniać się z samej geometrii czasoprzestrzeni.Trembling Spacetime stanowi przystępne wprowadzenie do Trembling Spacetime Relativity Theory (TSRT), ramy geometrycznej, w której czasoprzestrzeń nie jest idealnie gładka, lecz posiada ograniczoną i przyczynową mikrostrukturę. Z jednego wymogu — aby czasoprzestrzeń zachowywała porządek przyczynowy oraz monotoniczność czasu własnego — wynikają bezwładność, masa grawitacyjna, zasada najmniejszego działania, relacje energia–masa i działanie–częstotliwość, kwantyzacja, widma atomowe, własności cząstek, stabilność jądrowa, ekspansja kosmiczna oraz strzałka czasu.Książka napisana jest bez użycia równań i przeznaczona dla czytelników posiadających solidne podstawy z fizyki. Konfrontuje ona standardowe sformułowania z podejściem geometrycznym, które kładzie nacisk na mechanizmy i spójność zamiast formalnych postulatów. Mechanika kwantowa i teoria względności nie są zastępowane, lecz reinterpretowane jako efektywne opisy głębszych ograniczeń geometrycznych.Zamiast proponować nowe cząstki, siły czy spekulatywne składniki, Trembling Spacetime pyta, jak daleko może zaprowadzić staranne rozumowanie dotyczące samej czasoprzestrzeni, i zachęca czytelnika do ponownego rozważenia, jaką część fizyki można ostatecznie wyjaśnić poprzez geometrię.A física moderna descreve a natureza com extraordinária precisão, mas o faz por meio de um conjunto de princípios que frequentemente parecem conceitualmente desconectados.A mecânica quântica, a relatividade, a física de partículas e a cosmologia têm sucesso em seus respectivos domínios, mas muitas de suas hipóteses fundamentais são introduzidas como axiomas, em vez de serem explicadas.Este livro explora uma possibilidade diferente: a de que muitos dos princípios considerados fundamentais possam emergir da própria geometria do espaço-tempo.Trembling Spacetime oferece uma introdução acessível à Trembling Spacetime Relativity Theory (TSRT), um arcabouço geométrico no qu
Experimental investigation and multi-scale Mori–Tanaka modeling of viscoelastic asphalt mastic with imperfect interfaces
No full textInternational audienceAsphalt mastics, comprising asphalt binder and mineral filler, play a critical role in determining the performance of asphalt mixtures. This study examines the viscoelastic behavior of mastics composed of two asphalt binders and three fillers (gabbro, quartz, and hydrated lime) with varying particle sizes. Repeated Creep and Recovery Tests (RCRT) were conducted to evaluate the influence of filler type and concentration on mastic strain response. Then, a modified multi-scale Mori-Tanaka model was successfully employed to predict the viscoelastic properties of the mastics. The model parameters were found to be influenced by the filler type and size, as well as by imperfections at the binder-filler interface. Results show that mastics containing hydrated lime exhibit higher moduli, particularly at high filler content (40% by volume), with significantly lower final strain in RCRT compared to those with gabbro or quartz. This enhanced performance is attributed to the high surface area of hydrated lime and its chemical interactions with the asphalt binder, which promote the formation of a network structure within the mastic. While the proposed model effectively captures the physical interactions in asphalt mastics, it requires further refinement to account for the additional influence of chemical reactions between fillers, such as hydrated lime, and the asphalt binder
A code distribution-based trajectory representation and its application to similarity, clustering and classification of AIS big data
No full textInternational audienceAutomatic Identification System (AIS) data received from vessels in a maritime area of interest is a valuable resource for understanding vessel behavior and gaining insights into maritime activities. This paper presents a novel approach for representing vessel trajectories using code distribution and analyzing AIS trajectory big data through machine learning techniques. By introducing PQk-means vector quantization algorithms, AIS trajectory data records are transformed into a series of code documents. Applying the TF-IDF (Term Frequency-Inverse Document Frequency) technique from text mining to these code documents produces a code distribution-based representation of vessel trajectories. This preliminary process enables the application of machine learning algorithms to AIS trajectory big data. Using this representation, three types of applications have been developed: detecting similar trajectories and vessels using vector space models and cosine similarity, clustering voyages and vessels with the K-means algorithm, and recognizing vessels with support vector machine algorithms. The potential of the proposed approach is demonstrated through a series of experiments using practical AIS datasets from a region in northwest France. Overall, the experimental results show that the proposed approach is highly effective for mining AIS big data, outperforms other methods, and confirms its ability to handle high-dimensional trajectories and massive amounts of AIS data within a reasonable computational cost. Moreover, this work provides an opportunity to develop an AIS-oriented version of a large language model based on our code distribution representation of trajectories, and to extend trajectory representation to any type of moving object or numerical vector from diverse sensors
Control of resonance-based fatigue testing machines
No full textThis work investigates the design of controllers for resonance-based fatigue testing machines. Unlike conventional systems, resonance-based machines require smaller setups, consume less energy, and significantly reduce test duration by maintaining the specimen at its natural excitation frequency. Achieving this requires a robust control system capable of driving the system to its resonance frequency while rejecting disturbances such as temperature variations and unmodeled dynamics—particularly those caused by crack formation, which alters the specimen’s properties, including its resonance frequency, during testing. A tutorial-style review of state-of-the-art control systems developed for resonance-based fatigue machines is presented in terms of the resonance frequency and displacement tracking. Various control design techniques are discussed for these models, including proportional-integral-derivative (PID) and fuzzy controllers. Subsequently, a control-oriented model is developed using an identification method, which is essential for any model-based controller design. However, this model is subject to uncertainties and perturbations, making control design more challenging. To address this, a sliding-mode controller (SMC) based on the twisting algorithm is proposed to ensure robust stability. Comparative analyses using both numerical simulations and experimental results demonstrate the advantages of the proposed twisting controller over conventional controllers, namely PI and fuzzy controllers
Rethinking Networks in Times of Transition: Ecological, Energy and Social Issues
No full textInternational audienceThe contemporary world is characterized by the interweaving of various networks, including biological, ecological, social, technological and energy-related networks. We are constantly engaged in interactions with these networks. In the context of energy and ecological and social transitions, it is essential to examine the positive or negative effects of these interactions. Additionally, it is crucial to explore the influence of the growing role that networks will play and the open or closed futures they will shape.To address these issues, a multidisciplinary approach is essential, particularly between the technological sciences, humanities and life sciences. Rethinking Networks in Times of Transition analyzes and discusses four major themes: ecological networks in biodiversity and ecological transition; socio-technical changes related to energy networks; how social and controversy networks are transforming lifestyles, representations and modes of action; and finally, how academic networks can play a leading role in the transition
Novel high cycle vibration-based fatigue test for pure shear loading
No full textInternational audienceAeronautical components are frequently subjected to multiaxial stresses. Producing representative fatigue data is compromised by the high costs and extended durations of traditional tests. This work proposes a novel high cycle vibration-based fatigue method for pure shear. A design protocol was followed to develop a specimen capable of inducing this specific stress state during resonance conditions. The stress state was validated experimentally using a strain rosette. The proposed methodology was subsequently applied to characterize the fatigue behavior of Ti-6Al-4V fabricated via L-PBF with as-built surfaces. The fatigue strengths obtained at around 700 Hz proved to be in accordance with available results from standard torsion tests at 5 Hz. All fatigue initiations occurred within the high stress zone and far from the edges. Fractography analysis revealed that all failures were linked to typical additive manufacturing discontinuities, such as lack of fusion and surface roughness features. The use of flat plate specimens proved advantageous for analyzing the influence of surface characteristics on fatigue behavior, as they offer superior visibility of crack initiation and propagation compared to cylindrical geometries. Furthermore, the significant reduction in test duration underscores the efficiency of the proposed approach for investigating the effects of cyclic shear stress
Legitimacy of life cycle assessment for sustainable communities
No full textInternational audienceLife Cycle Assessment (LCA) has been developed within companies with high environmental impacts, and is widely used in industrial contexts. More recently, LCA has gained importance in sustainable communities. Thus, in this paper we aim to answer the question: how legitimate is the LCA method for sustainable communities, regarding their values, practices and goal? For this purpose, we conducted an experiment rooted in a sustainable community. We observed the work of a focus group composed of seven residents of a sustainable community, who conducted an LCA with the support of an LCA expert (the researcher conducting the study). Each focus group session was recorded and analysed using a qualitative method (thematic coding). Focusing on moral and cognitive legitimacy, our study highlighted three main themes: the tracking of material flows within a community, the notion of complexity, and the dissemination of results. We identified certain tensions between LCA practices and the residents’ beliefs. Nonetheless, the output of LCA could still be valuable for residents, especially in terms of communicating their alternative way of life. It is also worth noting that the barriers to LCA adoption are similar in both industrial contexts and sustainable communities. We conclude on the need to better understand the role of LCA as a strategy for sustainable communities to upscale their way of life, while also acknowledging the persistent (and necessary) tensions in terms of values and organization
Examining copper supply consistency in socioeconomic pathways: A mine-level dynamic approach
No full textInternational audiencePrimary copper production capacity is crucial given future demand and social, environmental, technical, economic, and political constraints, often overlooked in decarbonization pathway models. To address this, we propose a methodology to examine the consistency of the basic drivers of Shared Socioeconomic Pathways (SSPs) for primary copper requirements using the DyMEMDS stock-flow model. Our approach involves projecting primary copper production capacities to 2050 on a mine-by-mine basis, integrating mining industry dynamics based on commercial data. Results indicate significant concerns regarding the consistency of SSPs' basic drivers for copper requirements, revealing potential gaps exceeding 40 Mt in worst-case scenarios. Such discrepancies could impact technology deployments necessary for socioeconomic and decarbonisation assumptions. We recommend that the decarbonization modeling community align scenarios with mining industry constraints. Considering resource efficiency and circular economy strategies is essential for proposing more consistent scenarios to decision-makers, thereby mitigating risks of copper supply shortages hindering climate actio
Shear mechanical properties measurements at the surface scale: Enhanced performances of the micro-shear compression specimen
No full textInternational audienceAn intensive study combining experimental tests and numerical simulations was carried out to improve the understanding of the micro-shear test using the Micro-shear Compression Specimen (MCS). The results demonstrated good data reliability in the elastic regime up to the yield stress. However, the study also revealed that friction between the flat punch and the MCS significantly affects the plastic regime, and must therefore be accounted for to accurately extract shear mechanical properties. To overcome this limitation, two alternative methods were developed. The first one consists in compressing a new type of micro-shear compression specimen, featuring two perpendicular gauges forming a cross geometry (X-MCS). The second consists of applying multicycle loading to the conventional MCS. Both approaches successfully eliminated friction dependence in the plastic regime, in contrast to the classical method. Finally, the X-MCS geometry was applied to very high strain rate testing on fused silica. Thanks to the small gauge height of the X-MCS, it was possible to measure shear mechanical properties at a strain rate of 104 s−1, which was not achieved using conventional micropillar compression with our micromechanical setup. These methods provide a new pathway for extracting shear mechanical properties, which are critical in the field of tribology, where surfaces are subjected to intense shear deformation
Flying shape and aerodynamics of a full-scale flexible Olympic windsurf sail
No full textInternational audienceThe introduction of hydrofoils in windsurfing has fundamentally changed the aerodynamic loads on modern rigs. While past studies including recent ones in windsurfing or sailing aerodynamics have relied on reduced-scale rigid sail models and numerical simulations, there is a lack of experimental data on the full-scale flying shape of deformable sails. In particular, iQFOil class - new Olympic windsurf class - still lacks of direct measurements to potentially validate Fluid Structure Interaction model, in order to improve the accuracy of Velocity Program Prediction. The 3D flying shape of a real-scale 8 m2 iQFOiL class windsurf sail is measured in steady state sailing configurations. The outdoor conditions are simulated in a large-scale wind tunnel and the flying shape is reconstructed with a stereo camera imaging technique. Together with the sail shape, we measure simultaneously the aerodynamic forces and moments applied to the sail. With the measured forces and moments, the lift, drag and roll coefficients are determined for wind velocities ranging from 4 to 8 m/s. A systematic decrease of these coefficients is observed as compared to previous studies on reduced-scale rigid sail model, because of the rigging deformation due to wind loading. We thus establish experimentally benchmark data for the iQFOiL sail and more generally for compliant rigging