L'objet de la science est la construction d'un modèle compréhensible, rationnel, de l'univers. Comme l'a écrit Einstein, il est donc inadmissible d'introduire des paradoxes dans la Science.
Pour transmettre la science, l'enseignant doit être rationnel, cohérent. Il doit refuser l'argument d'autorité au bénéfice d'aveux d'ignorance, moins confortables, et d'une recherche permanente de solutions des problèmes. L'objet du texte suivant est de montrer que de nombreux problèmes posés au 20° siècle à la physique ont trouvé des solutions généralement très élémentaires et qui ne font appel qu'à de vieilles théories physiques, bien conformes aux observations. Mais ces solutions ne sont pas spectaculaires et elles rendent caducs des travaux souvent complexes et fantastiques, au détriment de leurs auteurs.
Ainsi s'expliquent les modernes autodafés par exclusion des colloques, fermeture des revues scientifiques, assimilation à des fantaisies comme la « mémoire de l'eau », la « fusion froide », etc. Il est facile de trouver des exemples de ces dérives en tapant dans Google des ensembles de mots clef comme « Big Bang Wrong », ou en consultant sur Wikipedia la rubrique « effet CREIL »; il ne manque plus que de brûler les mécréants. Cette atmosphère montre que de nombreuses contestations sensibles ont été oubliées.
Voici donc (entre ***), des « idées reçues » oubliées, dont la réfutation est désespérément simple.
*** La mécanique classique n'explique pas la quantification de l'énergie.***
Les « énergies propres » sont simplement les minimums de potentiels. On trouve dans les vieux, classiques livres de spectroscopie de G. Herzberg des représentations de surfaces de potentiel de molécules simples. L'excitation d'une molécule par un champ électromagnétique (habillage) propulse la molécule hors de ces minimums, éventuellement jusqu'à un col, ce qui peut lui permet d'atteindre une autre énergie propre.
Le grand problème est de trouver un modèle mécanique des molécules. Les anciens manuels de mécanique quantique (Kemble, etc.) développent d'abord le « formalisme quantique » qui ne fait pas appel aux postulats de Copenhague, de sorte que ce formalisme peut être considéré comme « classique ». Le formalisme le plus fécond utilise les algèbres de Lie qui donnent des résolutions simples des équations de Schrödinger (lorsqu'on sait les poser); l'intégration d'autres formalismes (approximants de Padé, par exemple) montre que, hormis une prise en considération des symétries spatio-temporelles, ce formalisme n'est qu'une méthode d'interpolation dans un espace semi-discret (dans les études spectroscopiques précises, le nombre de paramètres à ajuster n'est parfois pas très inférieur au nombre d'observations ! ).
*** La « dualité onde particule » est résolue par la mécanique quantique.***
Cette notion des postulats de Copenhague de la mécanique quantique permet de ne considérer que des ondes vérifiant des systèmes d'équation linéaires. Ce postulat laisse le choix de l'aspect ondulatoire ou particulaire à l'arbitraire du physicien. Ce concept irrationnel ne peut donc pas être considéré comme scientifique.
Par définition, toute combinaison linéaire à coefficients constants de solutions d'un système d'équations linéaires est une solution, ce qui ne permet pas de caractériser des points remarquables susceptibles, par exemple d'être qualifiés de « centres de particules ». De Broglie a introduit deux ondes, une « onde pilote » vérifiant une équation linéaire, et une onde « u » représentant la particule, mais il n'a pas pu associer ces ondes. La solution est bien connue actuellement, bien que très difficile à manipuler mathématiquement. Un soliton est une onde solution d'un système non linéaire caractérisée par une grande région dans laquelle l'onde vérifie approximativement une équation linéaire, dont une solution est l'onde pilote; l'onde u est la différence entre l'onde solitonique et l'onde pilote.
On peut, construire des solitons tridimensionnels par exemple en introduisant dans les équations de Maxwell une non-linéarité augmentant la perméabilité et la permittivité avec le champ, jusqu'à une saturation. Les solitons obtenus sont observés en deux dimensions en optique. Ils existent mathématiquement à trois dimensions. Ils se repoussent à courte distance, s'attirent à longue distance et interfèrent avec eux-mêmes lorsque l'onde pilote est sectionnée par des trous d'Young.
On sait que les équations de Maxwell ne sont plus valables à haute énergie puisqu'il peut y avoir création de paires électron – positron; doit-on alors les corriger, dans le vide, par des non-linéarités de la perméabilité et de la permittivité?
*** Le concept de « mode électromagnétique » est flou.***
Le point de départ de l'électrodynamique quantique est la quantification de l'énergie électromagnétique d'un mode. Mais, les ouvrages et les articles utilisant l'électrodynamique quantique définissent généralement des systèmes de modes orthogonaux très particuliers (souvent inspirés des modes résonants des instruments de musique, ou des modes sinusoïdaux dans un cube), ou oublient toute définition. La définition des modes est simplement: « un mode est un rayon dans l'espace des solutions d'un système d'équations linéaires », soit « un mode est un ensemble de solutions d'un système d'équations linéaire, différant d'un facteur multiplicatif constant réel ». Cette définition est complétée par une normalisation qui, en électromagnétisme, choisit une solution du mode telle que son énergie soit unité, avec l'hypothèse d'absence de tout mode non donné dans l'espace. Cette hypothèse est PUREMENT MATHEMATIQUE, physiquement irréalisable. Encore avec cette hypothèse, le produit scalaire de deux solutions, donc l'orthogonalité de deux modes, résulte de la comparaison des énergies de solutions dans les deux modes avec l'énergie de leur superposition.
L'électrodynamique quantique utilise des systèmes complets de modes orthogonaux, mais une difficulté majeure est que changer le système de modes ne préserve pas la quantification des énergies.
*** Un système électromagnétique classique peut être isolé.***
Les sources naturelles de champ électromagnétique sont habituellement représentées par des multipôles car leurs dimensions sont très petites en comparaison avec leurs distances. Pour absorber le champ émis par une source, il faut lui ajouter le champ opposé dont la création requiert, où il est intense, près la source, l'utilisation d'un grand nombre de sources éloignées, elles-mêmes sources de champs résiduels. Après les expériences de Hertz, des charlatans (radiesthésistes,...) ont attribué des propriétés magiques à ces champs résiduels.
Les champs créés par une source ne sont pas arrêtés par une boîte métallique, mais brouillés par les champs émis par la boîte, contribuant à un champ stochastique.
***L'électron de l'atome de Bohr tombe sur le noyau.***
Il ne faut jamais oublier que l'énergie électromagnétique est régie par des équations non linéaires, de sorte que l'émission d'un champ provoque, en fonction des champs extérieurs, une émission d'énergie positive, négative ou nulle. Accéléré, l'électron émet un champ électromagnétique dans un certain mode. Il n'émet pas d'énergie en raison de l'interférence du champ émis et du champ du point zéro.
Pour obtenir exactement zéro pour l'atome d'hydrogène, il faut tenir compte de la correction de Lamb due au caractère stochastique du champ du point zéro.
*** Le « champ de Casimir » est d'origine quantique.***
Tout discutable qu'il soit, le calcul classique du rayonnement du corps noir fait par Planck montre que, dans un mode « monochromatique » de fréquence ν, l'énergie est hν/(exp(hν/(kT)-1) +f(ν). En 1916 (10 ans avant les débuts de la mécanique quantique), Nernst a corrigé la fonction f(ν), calculée par Planck, lui donnant la valeur hν/2, facilement retrouvée en utilisant la thermodynamique selon laquelle l'énergie correspondant à un degré de liberté est équivalente à kT à haute température. Ainsi on évalue les champs véritables, qui incluent la composante stochastique résiduelle.
*** On retrouve le champ du point zéro à toute température.***
Cet énoncé est ambigu car le champ, dans un mode donné, dépend d'un seul paramètre réel généralement nommé amplitude; cette amplitude possède toujours une composante stochastique et n'est pas nulle à 0K; elle est alors celle du champ du point zéro.
*** Absorption et émission de la lumière sont toujours quantifiés. ***
Lorsqu'une matière transparente est soumise à un champ électrique ou magnétique statique, elle subit une polarisation Stark ou Zeeman observable par une modification des propriétés optiques dépendant continûment des champs. Les molécules parcourent des « états habillés » non discrets. Lorsque le champ disparaît, en général il récupère intégralement l'énergie qu'il avait fournie. De même, un champ électromagnétique habille les molécules, la polarisation Stark prenant le nom de polarisation Rayleigh. Chaque molécule polarisée émet un champ électromagnétique en retard sensiblement de π/2; l'interférence des champs diffusés entre eux est essentiellement cohérente, générant des surfaces d'onde identiques aux surfaces d'onde de la lumière excitatrice. L'interférence de cette dernière avec l'onde diffusée produit la réfraction.
Plusieurs faisceaux réfractés par un même milieu peuvent interagir. Si les relations entre les phases des faisceaux sont partout les mêmes, l'interaction est cohérente et les faisceaux peuvent échanger de grandes énergies. ainsi, on multiplie, combine, déplace les fréquences de faisceaux laser sans brouiller les raies spectrales ni les images. dans le cas contraire, il ne peut y avoir que des perturbations des réfractions sans échange d'énergie, ce qui permet de détecter un faisceau par un faisceau sonde sans perturbation notable du premier.
*** Contrairement à l'électrodynamique quantique, l'électrodynamique classique commet des fautes.***
1- Amorçage d'un laser.
Pour qu'il y ait un échange quantifié d'énergie entre une onde et des molécules, il faut que l'énergie des molécules franchisse un col de la fonction potentiel, donc qu'une onde soit d'abord absorbée. L'émission est « induite » par cette absorption, comme l'a montré einstein, par la thermodynamique, en 1917. Les interactions lumière molécule se font par des multipôles, prenons ici un dipôle. pour qu'il y ait absorption, il faut que le mode d'émission de lumière par le dipôle (dit improprement « mode sphérique ») ne soit pas orthogonal au mode de la lumière excitatrice. Au début de l'amorçage du laser, une molécule est excitée par le champ résiduel dans le mode d'émission du dipôle. Après amorçage, elle est excitée par l'onde laser plane dont seule la composante sur le mode d'émission du laser peut être active. Le calcul, vérifié par la dynamique de l'amorçage du laser, montre que pour obtenir la même excitation, il faut une intensité deux fois plus grande dans le mode plan que dans le mode sphérique (l’énergie perdue est diffractée). L'électrodynamique quantique qui ne sait pas traiter un changement de système de modes orthogonaux doit introduire un champ ad hoc appelé « réaction de radiation ».
2- Caractéristique d'un récepteur photoélectrique, à bas niveau (comptage de photons).
L'amplitude véritable a d'un champ peut être scindée mathématiquement en une partie résiduelle, stochastique s et une partie connue c (obtenue, par exemple, par le calcul habituel du champ du dipôle oscillant). cette scission est artificielle car le champ dans un mode ne dépend que d'un paramètre. le récepteur photoélectrique reçoit, dans son mode, l'amplitude a=c+s et, en cas d'absorption dite totale, laisse a'=s. l'énergie absorbée est w=a2-a'2=c2+2cs. En comptage de photons, w est une fonction linéaire de c; négliger, comme d'habitude s est erroné. cette erreur, commise par exemple dans les expériences d'interférences du quatrième ordre permet de proclamer que l'électrodynamique classique est inexacte.
*** Des photons lointains peuvent être intriqués (expérience d'einstein podolski et rosen).***
En électrodynamique classique, une transition intervient lorsque l'excitation par un champ fait franchir un col de potentiel à une molécule. sauf dans le cas d'une cellule photoélectrique sensible, le champ dans le mode absorbable, voisin du champ du point zéro, est trop faible pour induire une absorption. si une molécule a émis de l'énergie en subissant une transition, le champ moyen dans les modes de même fréquence est augmenté, si bien que les molécules qui bénéficient aussi d'une fluctuation favorable de leur champ résiduel peuvent subir une transition. En moyenne, après une désexcitation d'une molécule, une seule molécule subit la transition, mais il peut y en avoir aussi zéro, ou plusieurs; le champ résiduel joue le rôle de bain thermodynamique.
La solution classique est beaucoup plus simple et sûre, car compréhensible que l'intrication de photons. le développement de la « décohérence quantique » semble destiné à faire perdre que la cryptographie quantique son parfum d'«avions renifleurs ».
*** La loi de Hubble montre que l'univers est en expansion. ***
Les raies spectrales des astres sont décalées en fréquence par rapport aux raies de laboratoire par plusieurs effets:
– La gravitation, effet habituellement assez faible.
– L'effet Doppler: les fréquences des raies spectrales émises par un astre qui s'éloigne sont abaissées, comme sont abaissés les sons émis par un véhicule qui s'éloigne; on dit que la lumière est rougie, bien que les fréquences de l'infrarouge s'éloignent des fréquences du rouge. réciproquement, si l'astre se rapproche ...
– Les astres de notre galaxie et des galaxies proches présentent des rougissements supplémentaires proportionnels à leurs distances; c'est la loi de Hubble. cette loi est étendue à des spectres dont les grands rougissements sont jalonnés par les rougissements des raies Lyman de l'hydrogène atomique (forêt Lyman), ce qui situe les « quasars » à une très grande distance et est à l'origine de la théorie de l'expansion de l'univers (Big Bang).
La première supernova observable à l'oeil nu depuis plusieurs siècles est apparue en 1987 (SN1987a). c'est une étoile dont la luminosité variable a pu être observée directement, ou par l'éclairement d'un anneau qui l'entoure. le retard, de l'ordre de 8 mois, des variations d'éclairement de cet anneau permet de calculer son rayon qui comparé à son rayon angulaire situe SN1987a vers 160 000 années-lumière.
Cette supernova possède aussi, à l'intérieur de l'anneau, une « forêt Lyman » qui la situe, par la loi de Hubble, à plus de 2 milliards d'années lumière.
Le fondement de la théorie du Big Bang paraît douteux. Une si jolie théorie, qui bouleversait toute la physique!
*** Seul le Big Bang. explique les grands rougissements des astres.***
Lorsque Townes montait le premier maser, prototype des lasers, il consulta les plus illustres spécialistes de la mécanique quantique; quelques uns furent dubitatifs, les autres dirent nettement que les lasers ne fonctionneraient pas. Nous voyons des lasers chaque jour, mais les astrophysiciens n'ont pas appris comment fonctionne un laser, et ils semblent même avoir oublié la théorie de la réfraction. L'électrodynamique quantique est peut-être, en partie, responsable de cette méconnaissance. Beaucoup d'observations en astronomiques peuvent être expliquées en tenant compte de la cohérence d'interactions entre la lumière et la matière. Dans les interactions cohérentes, les images et les spectres ne sont pas troublés, comme dans un effet Doppler.
Les fréquences des impulsions de lumière qui transmettent des flots d'information dans des fibres optiques sont rougies. en supposant qu'il est toujours possible de trouver les meilleures conditions de rougissement, ce rougissement est inversement proportionnel au cube de la durée des impulsions. Les rougissements sont facilement observés au laboratoire avec des impulsions de 10fs=10-14s (1 femtoseconde égale 10-15s). La lumière naturelle, temporellement incohérente, est constituée d'impulsions dont la durée est de l'ordre de 1 ns (10-9 s). Une observation des rougissements en lumière naturelle requiert donc un laboratoire 10(14-9)X3=1015 fois plus grand que les laboratoires usuels et un parcours de la lumière dans de l'hydrogène atomique excité dans les états 2S ou 2P. Peut-on convaincre les astrophysiciens de tenir compte d'un effet cohérent inobservable sur terre ?