• Propagation des ondes dans l'espace

     

    PHYSIQUE DES ONDES

    ESSAI D'UNE NOUVELLE PHYSIQUE

    RUBRIQUE N°7 Propagation des ondes dans la''substance de l'espace''    Les ondes hertziennes      La lumière      Les ondes électromagnétiques

    Par Paul Bouchard Le 30/08/2015

    1) INTRODUCTION

    Dans la rubrique N°6 précédente nous avons étudié la propagation des ondes sonores dans ''l'air'', cette étude est facilitée par le fait que les sons et l'air se trouvent directement accessibles à nos sens, ils font partie de notre ''milieu'' de vie. De plus, l'énergie de ces ondes est à notre portée. Ce n'est pas le cas de la ''substance de l’espace'' qu'il nous est impossible ''d'appréhender'' car cette substance nous est trop intimement liée puisque notre propre ''matière'' en fait partie. Par contre l'énergie qui y circule nous est possiblement accessible grâce aux ondes de ''type lumière'' que nous ''sentons, voyons'' et utilisons, grâce également aux ondes électromagnétiques (aux électrons) dont nous faisons un usage considérable en électricité et en électronique. La fréquence de ces ondes (leur énergie) est d'un niveau bien supérieur à celui des ondes sonores, mais leur méthode de propagation reste la même, c'est du moins une partie de notre thèse que nous allons préciser dans cette nouvelle rubrique.

    Les scientifiques ne traitent pas de ce sujet sous son aspect théorique et général. En effet ils seraient contraints d'aborder plusieurs problèmes délicats de la physique qui n'ont jamais été résolus de manière satisfaisante. Par exemple celui du ''vide'' de l'espace qui devrait être plein pour conduire les ondes qui y circulent, ainsi que l'impossibilité de définir physiquement la nature de cette espace. La lumière est supposée faite à la fois d'ondes et de particules ce qui est en réalité incompatible. Il existe de nombreux ''effets'' expérimentaux (Casimir, tunnel, Hall, forces de van der Waals, etc.) dont les explications sont laborieuses. De même le ''mariage'' difficile de la gravitation classique avec la physique quantique reste non résolu. Etc

    Ces difficultés théoriques n’arrêtent pas les scientifiques, car ils ont l'avantage de travailler sur des sujets plus ''pointus'' et immédiatement utiles comme ceux qui concernent l'énergie transmise par ces ondes. Toutes les thèses récentes publiées sur ces sujets ont pour base des équations ''sérieuses'' comme celles de Maxwell ou de d'Alembert. Les méthodes de calcul et les raisonnements sont adaptées de théories classiques (cinétique des gaz, équation de Boltzmann par exemple) ou (mécanique ondulatoire, mathématique des probabilités, équation de Schrödinger). Leur adaptabilité se fait souvent aux prix de simplifications et d'approximation, mais cela reste plus ''raisonnable'' que le survol dans les sphères de la physique dite quantique où tout est ''virtuellement'' possible.

    Nous espérons montrer dans cette rubrique que les hypothèses de base et le développement de la thèse exposée dans le blog ''paulpb eklablog.fr'' donnent à la propagation des ondes une solution simple dont l'électron est la clé de voûte et la ''mise en résonance'' un mode unitaire. Après les ondes sonores, confrontons nos hypothèses aux ondes de ''type lumière'' et électromagnétiques, pour cela, nous changeons de milieu de propagation et d'échelle.

    2) NOS HYPOTHÈSES DE BASE

    Si vous abordez ce blog pour la première fois, il vous est indispensable de prendre connaissance de cette thèse, sinon le suivi de cette rubrique serait incohérent. Signalons l'importance des points suivants qui changent les données habituelles de base du problème :

    *La ''substance de l'espace'' (S.E.), est conçue et définie par Jean-Jack Micalef dans son site ''les nouveaux principes de physique et de métaphysique'' (nouvelle présentation et texte revisité). Cette notion constitue une des base essentielle de la thèse du blog.

    *Les ondes de ''type lumière'' et les ondes électromagnétiques sont ''faites'' de cette substance et y circulent.

    *Le ''quantum de mouvement minimum'' est une des propriété de la S.E. Ce quantum est relié à l'électron, et constitue la base de la physique intra-atomique (autrement dite quantique).

    *L'onde de ''type lumière'' est uniquement longitudinale et non transversale, c'est à dire qu'elle n'est pas ''électromagnétique''.

    *L'électron, particule élémentaire de toute matière, est la véritable onde électromagnétique. C'est une onde de ''type lumière'' ( énergétique) qui se propage en tournant sur elle même (dans un sens ou dans l'autre), comme un vortex.

    *Cette ''onde de spin'' transversale, que nous avons appelé ''onde de structure'', explique la polarisation de la particule élémentaire (- pour l'électron, + pour le positron) dans le sens de son mouvement. Cette onde (également quantique) donne une ''structure de matière'' (une ''masse'') à la particule, aux nucléons, au noyau, à l'atome, à la molécule, à toute substance. De par sa polarisation, cette onde transversale justifie tous les phénomènes magnétiques et gravitationnels de la particule en mouvement.

    *L'électron, cette ''onde double'' (énergie et structure) explique l'ensemble des propriétés physiques et chimiques de la matière. Étant la brique de base de toute matière (y compris celle des nucléons des atomes), cette onde double, de par son énergie et sa polarisation, donne une justification unitaire à toutes les forces de liaison de la matière (forte, faible, atomique, électromagnétique, gravitation).

    3) PROPAGATION DES ONDES DE ''TYPE LUMIÈRE''

    Ce type d'ondes a été défini au chapitre 3 du blog. Ce sont des ondes énergétiques comprenant les ondes hertziennes, les infrarouges, les visibles, les ultra-violet et une partie des rayons X. Le schéma de la rubrique N° 6 montre l'étalement de leurs fréquences en Hertz. Ce type d'onde (non électromagnétique) ne diffère pas essentiellement des ondes sonores en ce qui concerne leur énergie, puisque nous avons vu le chevauchement en fréquence des ultrasons et des ondes radio. Par contre l'échelle dimensionnelle des sources de vibration n'a aucune commune mesure entre ces deux types d'ondes.

    Cette même rubrique a décrit, pour les ondes acoustiques, quelques unes de leurs sources (le coup d'archet sur la corde par exemple). Pour les ondes visibles, leur source est l'électron d'un atome préalablement excité qui ''rend'' son énergie, quantum par quantum, sous forme d'onde lumière. Pour les ondes hertziennes, ce sont les électrons circulant dans l’antenne de l’émetteur qui, mis en oscillation, émettent des ondes dites porteuses, que l'on peut ''moduler'' pour transmettre des informations (sonores et lumineuses).

    Dans la rubrique N°5, nous avons pu constater, par le chiffrage des dimensions en puissances de 10, que la différence d'échelle entre les dimensions du milieu humain et celles de l'électron est plus grande qu'entre l'homme et les confins de notre univers. Bien que le mode de ''transmission'' de toutes les ondes entre la source et le receveur soit le même (mise en résonance, suivant notre thèse), leur ''propagation'' pose question puisque les milieux ( air, eau ou substance de l'espace par exemple) sont si différents. Notons bien que les ondes sonores ne se propagent pas dans la S.E. (dans le ''vide'') puisque l'échelle dimensionnelle des longueurs d'onde qui peuvent y circuler est totalement différente, et puisqu'il n'y existe pas de molécules (de ''matière'') qui puisse résonner à la même fréquence.

    Dans le cas des ondes sonores, à la vitesse de 340 m/s dans l'air, la propagation se fait par mise en résonance progressive des molécules d'air ou de matière. Dans le cas des ondes de type lumière, à partir de la source, (le soleil par exemple) la progression de l'onde se fait par quantum de mouvement (et non par grain d'énergie) (et non par photon) dans la substance de l'espace (S.E.) à la vitesse de 300.000 Km/s. Nous voyons donc que la différence de vitesse des ondes dans l'air et dans la S.E. est de 10 puissance 6 ce qui est comparable à celle des dimensions entre la molécule d'air et le noyau de l'atome ( voir le chapitre 22 et 23 de la rubrique N°5).

    C'est donc la nature du milieu dans lequel les ondes circulent qui est essentielle puisque c'est la substance de ce milieu qui serait chargée de la propagation des ondes. Faute de pouvoir connaître ce milieu de façon expérimentale, les physiciens du début du 20ème siècle ont suivi avec empressement l'idée d'Einstein suivant laquelle l'existence d'un ''éther'' n'était pas indispensable à sa théorie de la relativité. Ce fait, relié à la quantification de l'énergie découverte à cette époque, a orienté la communauté scientifique, soit vers une conception particulaire de l'énergie (le photon), soit sur l'existence de deux champs, l'un électrique, l'autre magnétique dont les variations temporelles de l'un seraient à l'origine de l'autre (et réciproquement). Cela ressemblerait-il à notre électron ?

    Notre blog est entièrement orienté vers une conception ondulatoire de l'énergie et de la matière, il rejette donc complètement cette idée de circulation de ''grain d'énergie'' dans l'espace. Il est alors important de déterminer les propriétés qu'il serait nécessaire d'attribuer à la substance de l'espace pour répondre à la réalité expérimentale des phénomènes physiques constatés. Dans son remarquable site ''les nouveaux principes de physique et de métaphysique'', Jean-Jack Micalef expose toutes les propriétés de cette substance de l'espace qu'il appelle également ''prématière'' car, je le pense aussi, la matière en est issue. Son site a largement inspiré la thèse première de mon blog. Par contre, je sais qu'il ne me suit pas sur ma thèse de l'électron, particule de base de toute matière (qui est une onde double) et probablement sur le développement des autres hypothèses qui en sont issues.

    Cette dernière indication montre que ce physicien n'est en rien solidaire des thèses développées dans mon blog. Par contre j'ai fait miennes plusieurs de ses idées et je les ai exposées en prenant soin d'en donner les références et, je l'espère, sans les déformer. La discussion sur la nature de la substance de l'espace est particulièrement importante. C'est pourquoi, plutôt qu'un commentaire, je préfère en citer intégralement un large passage :

     << S’il s’agit d’une substance absolument dense telle que n’existe aucun espace entre ses éléments, la vibration initiale ne doit parcourir aucune distance pour ébranler le milieu. Elle peut donc se propager à une vitesse dont la valeur n’a plus rien à voir avec celles que nous connaissons pour les ébranlements dans les milieux matériels discontinus. Ainsi, seules les propriétés de continuité de l’espace pourraient autoriser une vitesse comme celle de la lumière. >>

    << Une fois constatée que la densité absolue de l’espace était une condition nécessaire à la vitesse élevée de propagation des ondes électromagnétique nous retrouvons la contradiction entre cette densité et la fluidité constatée du mouvement en son sein. La densité extrême jugée nécessaire à la propagation des ondes électromagnétiques devrait interdire absolument tout mouvement en son sein. >>

    << Or, nous savons que la vitesse de propagation d’une onde ne dépend pas de l’intensité de l’impulsion mais de la densité du milieu. En conséquence, une faible impulsion – et en l’espèce le mouvement d’un corps - peut déclencher le mouvement d’une onde qui se propage à la vitesse C. Cette très faible impulsion correspond à la constante h de Planck d’une valeur de 6.626E-36 J, énergie nécessaire pour engendrer une onde EM. On constate donc que le milieu, la substance de l’espace, présente une très faible inertie. Or plus l’inertie du milieu est grande, plus la célérité diminue et inversement, plus l’inertie du milieu est faible et plus la vitesse augmente. >>

    << Ainsi, ces deux éléments conjugués : rigidité de la substance de l’espace, faible impulsion pour créer une onde consécutive à une très basse inertie du milieu, permettent tout à la fois une vitesse c élevée de propagation d’une onde et d’autoriser la translation d’un corps dans l’espace apparemment sans résistance aux faibles vitesses. Il faut attribuer à l’espace ce caractère absolument original qui n’a pas d’équivalent pour la matière de pouvoir concilier extrême rigidité de sa substance et fluidité de celle-ci. >>

    Rien ne devrait donc arrêter la circulation d'une onde de type lumière émise dans la substance de l'espace. La rigidité attribuée à cette S.E. qui permet la propagation des ondes lumineuses est analogue à celle des matériaux transparents qui conduisent la lumière et dont les propriétés (réfraction, absorption, etc ) sont bien connues. On pourrait concevoir que, le mouvement de l'onde se faisant quantum par quantum, ce soit la vibration résultante, liée à l’extrême rigidité de la S.E., qui explique la mise en résonance progressive de ce milieu rigide et donc la propagation de l'onde. Le caractère fluide de la S.E. ne serait plus indispensable pour conduire l'onde de type lumière. Nous étudions ci-dessous le processus de propagation de l'onde électromagnétique (l'électron) dans les divers milieux.

    4) PROPAGATION DES ONDES ÉLECTROMAGNÉTIQUES

    Suivant notre thèse, il s'agit principalement des électrons et des positrons (particules élémentaires polarisées qui sont des ondes stationnaires mobiles), mais aussi des débris de noyaux constituant les rayonnements ionisants (rayons gamma et alpha), et des astroparticules (rayons cosmiques). En effet toutes ces particules sont formés d'électrons réunis par leurs ''onde de structure''. Ces ondes-particules ont des dimensions qui sont à l'échelle du domaine quantique, le plus élémentaire que l'on puisse imaginer.

     C'est précisément grâce à l'imagination (confirmée par les expérimentations) des scientifiques du 19ème siècle que ce domaine quantique a pu se dévoiler et que la physique théorique a réalisé un immense progrès ( voir notre rubrique N°4). Il est regrettable que leurs successeurs du 20ème siècle, pour traiter les phénomènes quantiques qui sont apparus, se soient contentés d'y transposer les lois de la physique dite macroscopique à base de mécanique (mouvement de particules). Pour expliquer ces phénomènes, ils ont été amenés à multiplier le nombre de particules élémentaires, composées et même virtuelles. Ils ont ensuite crée de nouvelles vagues de particules pour justifier les vagues précédentes. Les particules virtuelles relient les vagues entre elles et tiennent lieu d'expérimentation, (je caricature à peine).

    Alors, pourquoi ne pas mettre plutôt l'imagination au service de la physique des ondes ? L'avantage des ondes, c'est l'unicité et la simplicité de leurs propriétés, seul le milieu dans lequel elles circulent peut déterminer des conditions différentes de leur progression et de leur vitesse. Bien sur, elles peuvent être longitudinales (leur vibration se fait dans le sens de leur mouvement) ou transversales, ou les deux, mais les critères de fréquence (énergie), d'amplitude, de longueur d'onde restent communs. Quant à leurs structures, elles dépendent du nombre de particules élémentaires réunies par la même onde de structure.

    41) Le mouvement des électrons dans l'atome

    Imaginons donc quel pourrait être la ''vie'' de ces particules élémentaires dans leur atome si l'on accepte les hypothèses de notre blog. Au chapitre 9 de notre rubrique N°1, nous avons étudié la structure interne des atomes et le rôle des électrons en prenant pour exemple la liaison hydrogène. Nous avons constaté que la matière tend constamment vers une stabilité maximum et une énergie minimum. Pour un atome d'hydrogène qui a été excité par une élévation de sa température ou par une radiation, cela se traduit par la montée en fréquence (en énergie) de son électron suivant la loi des harmoniques ( voir le tableau au n°351 de la rubrique N°6 précédente).

    Pour revenir à l'état d'énergie minimum, deux solutions se présentent pour cet électron :       1° ''recracher'' l'énergie emmagasinée sous forme d'onde de type lumière (infrarouge), et revenir à la situation précédente, au repos, là où son mouvement est minimum (niveau fondamental), près de son proton avec lequel il est en résonance d'énergie et de structure (il n'y a pas de neutron dans l'atome d'hydrogène).

    2° marier son atome à un atome d'oxygène, (par exemple) pour permettre à l'ensemble une meilleure stabilité. C'est le cas des deux électrons de deux atomes d'hydrogène qui viennent compléter à 8 électrons l'orbite de valence de l'atome d'oxygène, (règle de l'octet et du duet) pour former la molécule d'eau.

    Il suffit de relire la rubrique N°1 pour plus d'explication, mais il manque un complément indispensable : comment se fait l'accrochage de l'électron qui permet la nouvelle liaison des deux atomes ? Nous sommes en mesure de l'expliquer maintenant, car c'est par ''résonance'' entre les électrons des deux couches de valence des deux atomes que se fait cette mise en commun. Le résultat est la sortie de l'électron de son atome d'hydrogène, lui permettant de passer sur la couche de conduction, et de là, sur la couche de valence de l'atome d'oxygène.

    42) La circulation des électrons dans la matière

    Cette circulation n'est pas intermoléculaire (échelle nanométrique), comme pour les ondes sonores. Elle n'est plus intra-atomique comme au paragraphe précédent, puisque il s'agit d'électrons libres sortis de leurs atomes à la suite de leur excitation. Mais elle se fait toujours à l'échelle quantique (dans la substance de l'espace). La différence entre le ''mouvement'' intra-atomique précédent et la ''circulation'' extra-atomique dans un ''conducteur'' que nous étudions maintenant, réside dans les propriétés magnétiques des électrons qui se révèlent à une bien plus grande échelle, puisque elles accompagnent la totalité de l'environnement du conducteur. Ces propriétés magnétiques sont dues à l'onde transversale de structure des électrons du conducteur qui, du fait du mouvement imprimé à ces derniers, ''magnétise'' (structure) l'ensemble du conducteur.

    Nous avons étudié au chapitre N°43 de notre blog le rôle de l'électron dans l'atome et à l’extérieur de son atome. J'avais décrit l'action des électrons dans la circulation des ''charges'' électriques dans les conducteurs et aux bornes d'un générateur, ainsi que celle des charges électrostatiques entre les nuages et la terre. J'ai relu mon texte, écrit en Mars 2014, et je constate ne rien devoir changer. Mais une nouvelle réflexion est nécessaire sur le rôle de l'électron libre qui circule en dehors de l'atome et sur l'analogie qui existe dans ce mouvement entre la ''charge'' de l'électron et une ''masse'' de matière qui passe d'un niveau à un autre plus bas ( différence de potentiel).

    L'électron, en acquérant l'énergie suffisante pour sortir de son atome, devient ''matière'' à part entière, comme l'atome, mais reste la même onde double (énergie et structure), particule élémentaire avec sa charge élémentaire (énergie) et sa masse élémentaire (structure). L'une et l'autre sont les véritables ''unités'' de base de la matière, liées d'une part au quantum de mouvement dans la substance de l'espace et d'autre part à la constante de Planck, (pour ce qui est des unités macroscopiques en usage). La charge et la masse ne sont que des notions abstraites, leur véritable signification est ''nombre de charge élémentaire polarisée ( proton +e électron -e) '' et ''nombre d'électron de masse (m)''.

    Les électrons libres (charges) ont acquis dans un accumulateur une énergie élevée (sur la borne négative). Mis en circuit par un conducteur, ils véhiculent leur énergie en direction d'un récepteur (une lampe par exemple) qui la dépense en lumière. A la sortie de la lampe, les électrons du fil conducteur ont un niveau d'énergie plus faible qui est celui de la borne positive de l'accu . La fonction de l'accu est décrite ainsi par Wikipédia :

    <<L'énergie électrique peut donc se stocker sous forme électrochimique, qui présente la caractéristique intéressante de fournir une tension (différence de potentiel) à ses bornes peu dépendante de sa charge (quantité d'énergie stockée) ou du courant débité. On utilise la propriété qu'ont certains couples chimiques d'accumuler une certaine quantité d'électricité en modifiant leur structure moléculaire et ceci de manière réversible. >>

    Lorsque l'on parle de circulation des électrons libres dans un conducteur, il faut comprendre qu'ils se déplacent en fait très peu dans ce conducteur, bien que le ''flux électrique'',lui, le fasse à la vitesse de la lumière. Je cite à nouveau Wikipédia :

    <<La propagation de l'influx électrique se fait à une vitesse voisine de celle de la lumière (aux effets capacitifs près), mais ce n'est pas du tout la vitesse des électrons qui le constituent. Ceux-ci voyagent beaucoup plus modestement à quelques centièmes de millimètre par seconde, en fonction de l'intensité du courant et de la section du conducteur. >>

    Notre thèse de propagation des ondes explique ce qui se passe réellement dans le conducteur. Puisque notre électron est une onde, le courant électrique progresse à la vitesse de la lumière par ''mise en résonance'' successive des électrons libres de ce conducteur. Il circule d'autant mieux que le métal du conducteur possède des électrons libres sur la couche de valence de ses atomes (le cuivre en possède ''un'' disponible par atome). L'intensité de ce ''courant électrique'' (son débit), correspond au nombre d'électrons libres (de charges) circulant par unité de temps.

    43) Autres ondes électromagnétiques

    Dans ce paragraphe, il faut classer les rayonnements ionisants, alpha, bêta et gamma. Ils ont une composante magnétique (onde de structure) étant des débris de nucléons, donc des particules de ''matière''. Les astroparticules sont également des ondes électromagnétiques circulant dans l'espace interstellaire et intergalactique. Elles sont considérées comme les particules les plus énergétiques existant. Une partie de ces particules de basse énergie (relativement au reste des rayons cosmiques) est piégée par le champ magnétique terrestre. Elles participent à la formation des ceintures de Van Allen, ou bien, elles sont déviées par le vent solaire qui, lui, est constitué essentiellement par des ions et des électrons. Wikipédia nous donne les précisions suivantes :

    << La magnétosphère est la région entourant un objet céleste dans laquelle les phénomènes physiques sont dominés ou organisés par son champ magnétique.... La ceinture de Van Allen, est une zone toroïdale de la magnétosphère de la Terre entourant l'équateur magnétique et contenant une grande densité de particules énergétiques. La rencontre de ces particules avec les molécules de la haute atmosphère terrestre est à l'origine des aurores polaires. >>

    Il est fort heureux que la terre possède une ''onde de structure'' magnétique qui nous protège de ces particule de matière, ondes de très haute énergie capables de détruire toute vie.

    Les conditions de propagation de ces astroparticules restent inconnues. Puisque ce sont bien des particules de matière, on en revient à notre discussion précédente sur la rigidité et la fluidité de la substance de l'espace. Si leur vitesse est faible, analogue à celle de la terre autour du soleil ( moyenne de 106.000 Km/h), il faut considérer que leur matière est ''structurée'' comme celle d'un astéroïde. S'ils circulent à la vitesse de la lumière, ce sont des ondes dont la progression se fait de manière analogue aux ondes de type lumière étudiées au chapitre N°3 de cette rubrique. Je répète donc une partie du dernier paragraphe : ''On pourrait concevoir que le mouvement de l'onde se faisant quantum par quantum, ce soit la vibration résultante, liée à l’extrême rigidité de la S.E., qui explique la mise en résonance progressive de ce milieu rigide et donc la propagation de l'onde''.

    5) CONCLUSION

    Dans cette rubrique et dans la précédente, l'étude de la propagation des ondes dans la matière et dans l'espace nous a conduit des profondeurs de l'atome à l'espace intergalactique en passant par notre propre milieu de vie. Nous avons déterminé la même procédure de mise en mouvement de vibration d'une source, quel que soit la nature des ondes (longitudinale ou (et) transversale), leur fréquence (leur énergie), et la structure de la source (électron, nucléon, atome, molécule ou objet). La propagation de cette vibration se fait de la même manière, par mise en résonance d'éléments correspondants à la longueur d'onde de la vibration ( s'il s'en trouve dans le milieu traversé). Ces éléments servent de résonateurs successifs jusqu'à un éventuel récepteur capable d'absorber l'onde. Tout ceci se réalise quel que soit le milieu traversé.

    Nous voici prêt à aborder les sujets que je voulais traiter au départ, celui de la résonance en cavité, des lasers et des atomes froids. Pour cela, l'étude générale de la propagation des onde se révélait indispensable. La prochaine rubrique sera consacrée à ces sujets.