• Les dimensions de notre monde

    PHYSIQUE DES ONDES

    ESSAI D'UNE NOUVELLE PHYSIQUE 

    RUBRIQUE N°5 LES DIMENSIONS DE NOTRE MONDE

    De la particule élémentaire aux confins de notre univers

    Par Paul Bouchard Le 18/07/2015

    1) INTRODUCTION

    Dans la précédente rubrique, nous avons étudié l'évolution conjointe de la physique des ondes et de celle de la matière entre 1750 et 1930. Nous avons dû arrêter notre historique à cette dernière date car je ne souhaitait pas m'exprimer plus avant sur la ''nouvelle'' physique apparue à cette date dont les principaux volets ont été chapeautés avec le titre promotionnel et ''fourre-tout'' de ''quantique''. Parmi eux : la théorie quantique des champs, la chromodynamique quantique, l'électrodynamique quantique, le mécanisme de Higgs, la gravitation quantique à boucle, la théorie des cordes et des super-cordes, la théorie du tout, etc. Je cite ici la conclusion de mon historique :

    <<La théorie quantique des champs dont j'ai expliqué la genèse, s'est développée jusqu'à devenir un champ de particules virtuelles et de particules ''médiatrices'' qui me paraissent déconnectées de la réalité. Elle se trouve donc en dehors de mes préoccupations. La physique théorique standard qui n’arrête pas de courir après le virtuel de plus en plus mathématisé et complexifié est le domaine des chercheurs en physique dite fondamentale. Ces recherches intéressent finalement peu tous les ''véritables'' laboratoires de recherches qui, eux, sont axés sur des domaines plus pointus, à destination d'un usage industriel (plus ''utile''). Les états, depuis 1940 veulent des ''résultats'' à destination militaire, industriel ou médicaux. Tous les financements sont orientés dans ce sens. Les milieux intéressés par la recherche fondamentale sont alors ceux de l'édition et de la presse pour son coté nouveauté et spectaculaire, limite science-fiction. On ne peut reprocher a ces chercheurs d'essayer d'en profiter, mais il faudrait qu'ils soient mieux soutenus financièrement afin de pouvoir poursuivre de plus ''véritables'' études ''fondamentales''. >>

    Par pure méchanceté, je cite le trait caricatural attribué conjointement à J.M.Souriau et J.P.Petit, et qui date du début du 21ème siècle :

    « La physique théorique, qui est devenue une physique sans expérience et une mathématique sans rigueur, a fait que la science et devenu un vaste hôpital psychiatrique où ce sont les fous qui ont enfermé les autres. La période scientifique de ces dernières décennies, où la science est devenue médiatique et virtuelle, pourrait se résumer par la formule : " cinquante ans de non-physique" »

    Et pourtant la physique quantique (la théorie des quanta) possède une place essentielle, la première (et la plus petite) car le ''quantum de mouvement minimum'' est une des propriété de la ''substance de l'espace'', et il est en relation de fait avec l'électron, particule élémentaire de toute matière. Ceux qui ont eu la patience d'étudier l'ensemble de mon blog ''paulpb.eklablog.fr'' ont pu accéder à la définition de ces notions, aux hypothèses de base et au développements auxquels cette ''physique des ondes'' nous entraîne.

    Dans cette nouvelle rubrique nous voulons montrer que la physique des ondes n'est ni virtuelle ni mathématique, mais qu'elle s'insère dans la réalité à toutes les échelles de l'univers. On peut même la qualifier de ''mécanique'' c'est à dire dimensionnelle et énergétique.

    Pour comprendre l'échelle des dimensions entre les ''différentes physiques'' (entre les différents niveaux de la physique), il est intéressant de rapporter toutes ces dimensions à celles de notre physique classique (unités usuelles internationales) en leur attribuant des ''puissances de 10 '', négatives et positives ( Indiquons que le nombre 10 élevé à une puissance entière négative –n est un 1 placé à la n ième position dans un nombre décimal, c'est à dire précédé de n zéros en comptant celui avant la virgule). Indiqué ici : (10p -XX) = (10 puissance moins XX ).

    2) ÉCHELLE  DES STRUCTURES DE LA MATIÈRE  ET DES ONDES

    21) L’ÉLECTRON QUANTIQUE Structure de base de la matière (de 10p-34 à 10p-30 mètres)

    Le génial Max Planck publie sa ''loi spectrale du rayonnement'' en 1901. Cette loi apporte une solution chiffrée à un simple problème de physique expérimental, mais en réalité, c'est une loi de la physique la plus fondamentale car elle projette celle-ci aux dimensions de la plus petite parcelle de matière. Le ''quantum de mouvement minimum'' et la constante de Planck (h) relient la ''substance de l'espace'' à l'électron que nous considérons comme la particule élémentaire de toute matière.

    La constante de Planck, exprimée en joule-seconde, h ≈ 6,626 069 57×(10p-34) J⋅s,

    Le « quantum d’action », également appelé « constante de Planck réduite » notée ħ ( h barre) est exprimé en joule-seconde, il vaut ≈ 1,054 571 726 ×(10p-34) J⋅s

    La masse de l'électron au repos est estimée à 9,109 382 ×(10p-31) kg

    La charge élémentaire de l'électron est l'électron-volt : 1 eV = 1,602 176 565 × (10p-19 )joule

    Le magnéton de Bohr vaut : 9,274 009 × (10p-24) J⋅T-1 Il représente un quantum de flux magnétique pour l'électron.

    Le facteur de Landé est une grandeur physique sans dimension qui relie le moment magnétique au moment cinétique d'un état quantique. Pour nous, il relie, dans l'électron, l'énergie de son onde de type lumière à celle de son onde de structure.

    22) La physique de L'ATOME ( de10p-15 à 10p-11 mètres)

    Un atome mesure, en moyenne, environ 1 Angström (10p-10 ) mètres, soit 0,1 nanomètre, soit un dixième de milliardième de mètre.

    La taille du noyau en mètre est environ de (10p-15), (100 000 fois plus petite que celle de l'atome).

    Les longueurs d'onde des rayonnements ionisants ( rayons gamma), sont inférieures à 10 picomètre, c'est à dire inférieures à (10p-11) mètres.

    Les longueurs d'ondes des rayons X (et donc des électrons) sont de 10 picomètres (10p-11) à 10 nanomètres.

    23) La NANOPHYSIQUE (de 10p-9 à 10p-4 mètres)

    La taille d'une molécule varie entre un nanomètre (10p-9 ) mètres, soit un milliardième de mètre, et un micromètre ( 10p-6 )mètres, soit un millionième de mètres.

    La taille des cellules est très variable, de l'ordre de grandeur de 20 µm (micromètres) pour les cellules animales et 100 µm pour les cellules végétales. ( de 20 à 100 millionième de mètre).

    Les longueurs d'onde des ondes ultraviolet sont de 10 à 400 nanomètres.

    Celles de la lumière visible varient de 400 à 700 nanomètres.

    Celles des infrarouges, de 700 nanomètres à 3 Millimètres.

    24) La mécanique et physique CLASSIQUE (au dessus du micromètre (10p-6) mètres).

    Les mesures d'usage courant ont été choisies primitivement en rapport avec les dimensions de l'homme, le pouce, le pied, la coudée.... Puis le système métrique et celui des unités internationales ont permis à l'homme en général, aux scientifiques et aux techniciens en particulier, de réaliser, en commun, des progrès considérables. J'ai déjà parlé des unités fondamentales et du système d'unités internationales dans le post-scriptum N°1 du blog.

    Les longueurs d'onde des micro- ondes et radio très hautes fréquences, (et ondes de structure des nucléons ?), vont de 1 mm. à 30 cm.

    Les ondes radio hautes fréquences ont des longueurs d'onde de 10 cm. à 1000 mètres.

    Les ondes radio basses et très basses fréquences ont des longueurs d'onde de 1 km. à 100.000. km.

    25) L'astrophysique ( de 10 p 9 ) à (10 p 25)

    Rayon de la terre : 6,4 x (10 p 6) mètres.

    Unité Astronomique ( demi-grand axe de l'orbite terrestre)= UA=1,495.978 x (10 p 11) mètres

    Année lumière= AL=9,460.730 (10 p 15) mètres.

    L'unité parsec=pc=3,085 678 × (10 p 16) mètres.

    L'étoile Proxima du Centaure est à 4,2 AL, soit à 39,736 (10 p 15) mètres de la terre.

    La proche galaxie d'Andromède est à 2.538.000 AL, soit à 24 x (10 p 21) mètres de la terre.

    Les confins de l'univers connu se trouvent à 15 milliard d'AL, soit à 141 x (10 p 24) mètres.

    26) Conclusion sur la dimension des structures

    Si l'on compare les chiffres indiqués en gras ( les exposants des puissances de 10) en négatifs et en positifs, on se rend compte qu'ils sont bien supérieurs en négatif. Cela signifie que le monde dans lequel vit l'homme est plus ''éloigné'' de l'électron que des confins de notre univers, ce qui semble paradoxal. Le monde quantique est bien ''un autre monde''. C'est pourquoi il faut admirer la perspicacité de Max Planck qui, par l’expérimentation et le calcul, est arrivé à pénétrer cette physique jusqu'à l'origine de la matière. Grâce à cette ''révélation'' quantique et à tous les travaux expérimentaux préparatoires et postérieurs réalisés par ces merveilleux scientifiques du 19ème siècle, il a été possible de connaître le mécanisme de fonctionnement intérieur de l'atome. Le perfectionnement technique des instruments qui en est résulté a permis de ''visionner'' la matière jusqu'à l'atome (jusqu'à l’angström), (10 p- 10 ).

    3) ÉCHELLE  ÉNERGÉTIQUE  DES  ONDES

    Quelque soit le milieu dans lequel l'onde se propage ( air, eau, métal, terre, substance de l'espace au niveau de l'atome et à celui de l'univers), l'onde possède une méthode de propagation qui lui est propre, ainsi que des propriétés qui lui sont spécifiques. Puisque, d'après notre thèse, la matière est faite d'ondes (l'électron, particule élémentaire), cette méthode et ces propriétés s'appliquent à tous les éléments et processus physiques et à toutes les échelles de structure et d'énergie.

    Dans le précédent chapitre, nous avons exposé l'étendue de ces échelles sur le plan de la longueur (distances et longueurs d'ondes). Cette échelle partait du plus petit, la substance de l'espace et l'électron et aboutissait aux confins de l'univers (et à cette même substance). C'est la dimension des structures de l'onde qui était concerné. Nous parlons maintenant de son énergie. Sa fréquence étant proportionnelle à cette énergie et la principale caractéristique des ondes, on doit également prendre conscience de l'étendue de ces fréquences, et en même temps, de l'universalité du phénomène ondulatoire. Pour cela, voici une image extrait de ''vb-audio.pagesperso-orange.fr'' :

    Ce schéma montre, pour les fréquences (l'énergie des ondes), un étalement identique à celui des longueurs, mais qui ne correspond pas à celui de la dimension des structures. Notre monde terrestre et classique se trouve sur la gauche, avec les faibles énergies (les ondes dites mécaniques), suivent les ondes, énergétiques (radio et lumière). Parmi les ondes hertziennes de très haute fréquence, il faut placer les ondes rotationnelles des particules intra-atomiques au repos dites ''ondes de spin'', que nous avons appelé ''ondes de structure''. Dans les rayons X nous avons placé les électrons, dans les rayons gamma, les débris de nucléons en provenance de la radioactivité naturelle ( de la mort de la matière). Ces mêmes rayons gamma font partie des rayons cosmiques en provenance des étoiles en création (de la création-recyclage de la matière).

    Dans notre blog ''paulpb eklablog.fr'' ( 6 chapitres, 4 post-scriptum et 5 rubriques), nous avons étudié les modifications conceptuelles que nos hypothèses de base apportent à la physique des hautes et très hautes fréquences, c'est à dire aux ondes de type lumière (énergie) et aux ondes électromagnétiques (électrons) (structure et énergie). Ces ondes circulent dans la ''substance de l'espace'' et constituent la matière élémentaire et l'ensemble des relations existant à ce niveau ''quantique'' (N°21 du chapitre précédent). La portée de notre étude s'est étendue à l'échelle atomique (N°22) et à la structure du noyau atomique. Puis nous avons effleuré l'échelle de la nanophysique (N°23) dans l'étude des microscopes électroniques.

    4) CONCLUSION

    Dans une prochaine rubrique nous changerons complètement d'échelle et de milieu de propagation des ondes. Nous passerons à l’extrémité gauche du schéma, dans la zone des ondes sonores et infrasonores et dans notre ''milieu'' de vie (air, eau, matériaux solides). En effet, je pense depuis le départ qu'une étude générale des ondes et de leur propagation devait être faite en prenant en compte et en comparant toutes les ondes, quelque soit leur fréquence, leur échelle et leur milieu de propagation. Nous prouverons que le phénomène de résonance est le moteur de cette propagation.

    La physique des ondes offre donc aux scientifiques un terrain d'étude qui permet d'accéder à la matière universelle, à toutes les structures, aux énergies minimum et maximum pouvant exister. Pourquoi donc continuer systématiquement à extrapoler les théories classiques, basées sur des particules, pour tenter d'expliquer des phénomènes qui sont ondulatoires ? Cela permet quelquefois de cerner la réalité, mais lorsque l'extrapolation donne des résultats aberrants, la science physique en cours actuellement est contrainte de dire ''stop'' c'est ''quantique'', alors les scientifiques sont dans l'obligation de pénétrer dans le domaine du virtuel qui possède l'avantage provisoire d'un arrangement avec la réalité mais crée constamment des complications supplémentaires.