3) Les ondes de type lumière

 PHYSIQUE DES ONDES

 ESSAI D'UNE NOUVELLE PHYSIQUE

 CHAPITRE N°3 Les ondes de type lumière

 Par Paul Bouchard le 26/12/2013

Une onde périodique est un phénomène physique, par exemple une perturbation, qui se propage et se reproduit à l'identique après un intervalle de temps appelé période (exprimée en seconde) et dans un intervalle d'espace appelé longueur d'onde. Cela se fait sans transport de matière. La période est donc le temps nécessaire pour que l'onde effectue un cycle.

La longueur d'onde est la distance parcourue par une onde dans un cycle d'oscillation (la distance séparant deux crêtes successives), elle se mesure en mètre ou en l'un de ses sous- multiples. Pour la lumière visible la longueur d'onde varie de 400 à 700 nanomètres (milliardième de mètres).

La fréquence d'une onde est la mesure du nombre de cycles par seconde, elle s'exprime en hertz. C'est donc l'inverse de la période. Un cycle par seconde égal un hertz (Hz), le mégahertz (MHz) égal un million de hertz, le gigahertz égal un milliard de hertz, le térahertz = (1 avec 12 zéro) hertz, le pétahertz = (1 avec 15 zéro) hertz. l'exahertz vaut (1 avec 18 zéro) hertz.

Pour les "ondes de type lumière" les fréquences connues vont de 3 hertz (ondes du cerveau) à plus de 300 exahertz (rayons gamma), en passant par les ondes radio (inférieures à 300 MHz), l'infrarouge (ondes associées à la chaleur) ( de 3 à 400 THz) , la lumière visible ( de 400 à 770 THz), les rayons X (de 30 PHz à 30 EHz), les rayons gamma (plus grand que 30 EHz).

Dans un même milieu la célérité des ondes est bien définie, elle est constante et égale pour chaque onde, d'après les définitions précédentes, à sa longueur d'onde multipliée par sa fréquence. Cela signifie que la fréquence d'une onde qui circule dans un même milieu est inversement proportionnelle à sa longueur d'onde. Dans la "substance de l'espace", il s'agit de la vitesse de la lumière (c) qui est considérée comme une constante pour ce milieu.

La propriété des ondes périodiques est de transmettre l'énergie, émise par une source dans un milieu sous forme de mouvement, à un éventuel récepteur susceptible de l'absorber et de la transformer pour son usage. Autour de la source les ondes sont sphériques, elle deviennent planes à grande distance. En fonction de sa nature, le récepteur peut réfléchir, réfracter, diffuser ou absorber ces ondes et donc leur énergie. Il peut aussi les modifier, par polarisation par exemple.

Depuis les découvertes de l'électron et de la physique quantique, on sait que les"ondes de type lumière" sont émises par les électrons des atomes de la source. Elles transmettent leur énergie à l'électron récepteur en fonction de leur fréquence, car l'énergie est proportionnelle à la fréquence de l'onde. De là vient l'expression d'onde dure (à fréquence élevée) et d'onde molle (à grande longueur d'onde). Cela se fait, grâce et suivant les spécificités de la substance de l'espace, à la vitesse (c) et par quantum d'énergie. Ce quantum d'énergie, qui a été baptisé photon, est malheureusement très souvent considéré comme une particule, la soi-disant particule de lumière.

Les définitions et propriétés principales des"ondes de type lumière" sont donc identiques à celles de toutes les ondes périodiques. Seules les caractéristiques du milieu (espace, matière solide, liquide, gaz, plasma) dans lequel ces ondes circulent, changent les conditions de leur progression. Les ondes de type lumière ne sont pas différentes (dans le principe) des ondes dites mécaniques (sonores et sismiques). Ce sont des ondes uniquement longitudinales qui n'ont pas de composantes transversales comme les ondes dites électromagnétiques (l'électron, les ondes alpha et bêta que nous étudierons au chapitre suivant) avec lesquelles elles ont été et sont toujours officiellement confondues. Or les ondes de type lumière n'ont pas de propriétés magnétiques et ne sont pas sensibles aux influences magnétiques qui sont la seule caractéristique des électrons en déplacement.

Il suffit de remonter à l'origine de la découverte des ondes électromagnétiques pour comprendre l'origine de cette confusion. Dans le courant électrique les charges électriques (électrons), entourées de leur champ magnétique, se déplacent comme des ondes et leur vitesse est la même que celle de la lumière (c). Maxwell qui est à l'origine, avec ses célèbres équations, de la meilleure connaissance de l'électromagnétisme, a déclaré en 1864 que leur nature est la même. Ce n'est qu'à partir de 1897 que Thomson, Larmor, Lorentz et d'autres scientifiques surent grâce aux expériences sur les tubes cathodiques, que seul l'électron (en mouvement) est une particule véritablement électromagnétique constitutive de l'atome (c'est aussi une onde comme nous le verrons plus loin). L’appellation d'onde électromagnétique attribuée aux ondes de type lumière est restée ancrée et je pense qu'elle n'est pas prête d'être abandonnée.

En effet les ondes de type lumière sont intimement liées aux électrons. Lorsque des atomes de matière reçoivent ces ondes, les électrons de ces atomes sont excités. A l'intérieur de l'atome, suivant l'énergie reçue, l'électron peut passer par plusieurs niveaux d'énergie. La quantité de mouvement (l'énergie) émise ou reçue entre chaque niveau est proportionnelle au "quantum d'action" dont nous avons parlé (le soi-disant photon). Ce quantum d'action a donc la propriété d'être commun à l'onde de type lumière, à la substance de l'espace et à l'électron. Ce dernier sera l'objet principal de notre étude au chapitre suivant N° (4).

Post-scriptum du 11/11/2014

Dans ce chapitre N°3, je n'ai pas suffisamment précisé l'action sur la matière des hautes fréquences d'ondes de type lumière, à savoir les rayons X et gamma. La fréquence des rayons X reçus correspond à celle des électrons libres des matériaux percutés. C'est la mise en résonance des électrons de la cellule photovoltaïque qui crée le courant électrique. Inversement, l'émission de rayons X pour la radiographie se fait à partir d'un tube de Coolidge dans lequel circulent les électrons. Ceux-ci émettent un rayonnement de freinage et donc permettent l'émission de rayons X pour les besoins médicaux.

Les rayons gamma, eux, proviennent de la décomposition des noyaux des atomes lors de la désintégration atomique, et aussi des rayons cosmiques. Ils ont une fréquence et une puissance supérieures. Il peuvent agir directement sur les nucléons des atomes qui sont constitués d'électrons (nous le verrons ci-après). Il s'agit dans ce cas de rayonnements dits ''ionisants'' car ils peuvent aussi être constitués d'électrons et même de ''débris'' de noyaux d'atomes, extrêmement dangereux pour la matière vivante.

Une nouvelle réflexion m'est venue également concernant les ondes de type lumière appelées à tort '' électromagnétiques''. Lorsqu'elles sont transmises par les fibres optiques en verre, elles ont, sur les transmissions par conducteurs métalliques (fil de cuivre par exemple), un énorme avantage de sécurité, car selon Wikipédia : << elles ne rayonnent aucun ''champ'', ni électrique ni magnétique >> Quel aveu !! Si on désire une transmission électrique ou magnétique, il convient d'introduire, dans le verre des fibres, des poussières métalliques dont les électrons libres peuvent conduire leurs ondes transversales magnétiques, ce que ne peuvent faire les électrons du verre qui restent fixés dans leurs atomes. Les fibres optiques normales ne conduisent que les ondes lumière, qui ne sont donc bien que de simples ondes énergétiques longitudinales, sans composantes magnétiques. CQFD.