I
accueil |
E
sommaire
Science |
|
en
plus développé F
une particule est à
l'espace ce qu'une vague est à la mer |
l'expansion de l'univers
:
LA
GRANDE ILLUSION
Saint Thomas est-il un principe
scientifique?
Saint Thomas dit-on, ne croyait
que ce qu'il voyait.
Si nous prenons un ballon dans la
main, le ballon est plus grand que notre main. Si nous le lançons
au loin, sa taille rétrécit et il deviendra rapidement plus
petit que notre main.
En tout cas, c'est ce que nous voyons,
et Saint Thomas dirait que le ballon a rétréci car c'est
cela que l'on voit.
En principe, un scientifique
ne croit pas à ce qu'il voit, mais il interprète
ce qu'il voit en fonction de ce qu'il sait ou de ce qu'il croit savoir
"par ailleurs" sur le comportement des phénomènes.
Il sait que le rétrécissement
de la taille avec la distance est une simple illusion d'optique dans l'espace.
Vers 1928 Edwin Hubble a observé
que toutes les galaxies s'éloignent de la notre, et s'en éloignent
d'autant plus vite qu'elles sont plus loin de nous.
Hubble-Saint Thomas a vu les galaxies
s'enfuir de tous côtés, a cru à ce qu'il voyait, et
il en a conclu que l'univers se dilate au cours du temps.
Depuis sa découverte, son
observation ne cesse d'être massivement confirmée, mis à
part quelques galaxies rebelles qui persistent à sembler se rapprocher
de nous.
Les astrophysiciens ont mis ces
galaxies dans leur poche et un épais mouchoir par dessus, et
l'on a déclaré officiellement que l'univers est en expansion
puisque c'est ce que l'on voit, ce qui serait à l'évidence
une "preuve" de l'expansion.
Les galaxies rebelles à l'expansion,
les observations de jour en jour plus nombreuses de galaxies qui se rapprochent
les unes des autres et se percutent, le caractère nombriliste de
la terre au centre de l'expansion, tout cela aurait dû amener à
rechercher l'erreur, l'illusion d'optique par l'effet de perspective dans
l'espace-temps, analogue à l'illusion de la perspective dans l'espace
qui nous fait voir les objets diminuer de taille avec la distance.
Fondements de l'illusion
[nota : on peut retrouver
sous une autre forme les développements de cette page dans le texte
"une particule est à l'espace ce qu'une vague
est à la mer"]
Pour démonter cette illusion,
il faut d'abord rappeler comment on "voit" l'expansion. Ce que l'on observe
en fait, c'est que les rayonnements qui proviennent d'une galaxie présentent
des longueurs d'ondes systématiquement agrandies avec l'éloignement
de cette galaxie.
On appelle cela l'effet Doppler-Fizeau,
et l'on cite toujours pour l'expliquer l'analogie avec la modification
de la longueur d'onde dans l'air de la sirène d'une ambulance, plus
stridente quand elle s'approche de nous (diminution de la longueur d'onde
du son) et plus grave quand elle s'en éloigne (augmentation de sa
longueur d'onde).
Dans l'air (pour le son) ou dans
le vide (pour la lumière), l'augmentation de la longueur d'onde
s'explique simplement : puisque la source s'éloigne de nous, le
son ou la lumière qui seront émis en dernier auront plus
de chemin à parcourir pour arriver jusqu'à nous.
explication
schématique de l'effet Doppler-Fizeau d'allongement de la longueur
d'onde d'une lumière dont la source s'éloigne ( plus la source
est loin de nous, et plus sa lumière met de temps à nous
parvenir, et plus ses photons nous arrivent avec retard par rapport à
ce qui se serait produit si la source ne s'était pas éloignée)
|
Comme les lumières dont la
longueur d'onde augmente virent au rouge, on dit que les galaxies lointaines
ont leurs rayonnements qui rougissent, et c'est ce rougissement observé
qui serait donc la preuve de l'expansion de l'univers.
Cette déduction est basée
sur trois principes :
1-
la vitesse de déplacement de la lumière est constante,
2-
la lumière voyage comme une onde,
3-
et la longueur d'onde d'une lumière est constante dans le temps,
du moins si la source de lumière et son observateur ne bougent pas
l'un par rapport à l'autre.
1-
Que la vitesse de la lumière soit partout et de tous temps identique,
cela semble assez
bien établi
par l'expérience.
2-
Que la lumière voyage comme une onde, cela
également a été prouvé
par de nombreuses expériences, notamment celles qui montrent que
la lumière fait des interférences.
3-
Que la longueur d'onde d'un rayonnement reste constante relève
par contre d'un postulat,
car nul n'a vécu quelques années-lumière pour mesurer
sa longueur d'onde à deux moments significativement différents.
Ce postulat est le suivant : il n'y a aucune raison connue pour qu'une
longueur d'onde varie, donc le mieux est de penser qu'elle ne varie pas.
C'est
sur ce point précis que nous allons débusquer la source d'une
possible illusion d'optique : nous allons proposer une raison
à ce que la longueur d'onde d'une lumière augmente toute
seule au fur et à mesure que le temps passe.
Le fonctionnement paradoxal
de la lumière
À la fin du siècle
dernier, on savait que la lumière voyageait comme une onde, et l'on
en déduisit normalement qu'une lumière est une onde.
Au début de ce siècle,
Einstein montra que la lumière se décompose en minuscules
grains de lumière quantifiables, que l'on a appelés des quantas
de lumière, ou photons. On en déduisit normalement qu'une
lumière est un ensemble de photons, donc un ensemble de grains.
Tout aussi normalement on en déduisit
qu'un photon avait un double caractère, celui d'une onde puisqu'il
se comportait comme une onde, et celui d'un "corpuscule" puisqu'il se comportait
comme un corpuscule. Ces deux caractères sont contradictoires (une
onde est en expansion infinie dans l'espace, et un corpuscule est limité
et localisable en principe dans l'espace), on en conclut donc que la lumière
présente une nature paradoxale, et l'on appela cela le "paradoxe
onde/corpuscule".
Quelque temps plus tard De Broglie
montra que même les particules de matière telles que les électrons
relèvent de ce caractère paradoxal, et ce caractère
est maintenant devenu un axiome incontournable de la théorie dite
"quantique".
Nous n'allons pas ici contourner
la théorie quantique, mais au contraire nous allons la prendre au
sérieux, et même la prendre encore plus au sérieux
qu'elle même ne le fait. Car la théorie quantique "contourne"
à sa façon ce paradoxe onde/corpuscule, en déclarant
que le caractère ondulatoire de la lumière ne se manifeste
que si l'on néglige son caractère corpusculaire, et inversement.
Quand il voyage, un photon serait
comme un "paquet d'ondes", et ce paquet d'ondes se ramasserait en photon
ponctuel seulement lorsqu'il est intercepté. On appelle cette transformation
la "réduction du paquet d'ondes". En somme, un photon serait parfois
une onde, parfois un grain, une onde lorsqu'il voyage et un grain lorsqu'il
s'arrête et se détruit, jamais les deux en même temps.
Pour que
la longueur d'onde d'une lumière augmente toute seule quand le temps
passe, il suffit de penser la théorie quantique de façon
plus radicale, d'admettre qu'un photon soit toujours et en même temps
une onde et un grain de lumière, et que par conséquent son
comportement serait toujours conditionné par ces deux propriétés
pourtant contradictoires.
En effet, si l'on admet que les
photons se comportent comme des grains de lumière quand ils s'éloignent
d'une source, et si cette source émet des photons à un rythme
régulier, ces photons se diluent naturellement dans un volume qui
augmente de plus en plus quand ils s'éloignent de leur source.
Plus le temps passe et plus ils
sont écartés les uns des autres, plus le temps passe et moins
ils sont fréquents pour un observateur fixe, car la même quantité
se répand dans un volume de plus en plus grand.
On doit maintenant traduire ce fait
en termes d'onde, puisqu'un photon voyage aussi comme une onde. Exprimée
mathématiquement, la longueur d'onde est l'inverse de la fréquence,
car lorsque la fréquence d'une onde diminue, ses creux et ses crêtes
successives sont davantage écartés.
Si l'on
admet donc que la lumière a des proprétés non seulement
ondulatoires mais aussi corpusculaires lorsqu'elle voyage, on en déduit
qu'obligatoirement sa fréquence diminue et que sa longueur d'onde
augmente comme le temps passe,
et que le rougissement du rayonnement des galaxies doit être d'autant
plus grand que la galaxie est éloignée de nous . .
. ce qui est bien ce que l'on observe.
 Diminution
naturelle au cours du temps de la fréquence des photons envisagés
sous l'aspect corpusculaire de leur fonctionnement.
Traduit
sous l'aspect cette fois ondulatoire de leur fonctionnement, cela signifie
que leur longueur d'onde augmente, donc que leur lumière rougit
au fur et à mesure du temps qui passe |
Certaines galaxies ont cependant leur
rayonnement qui bleuit, à l'inverse de la quasi-totalité
qui rougissent.
Dans l'hypothèse habituelle
il n'y a aucune explication à ce phénomène "d'exceptions
qui confirment la règle", et en attendant que l'explication soit
trouvée on oublie le plus souvent d'évoquer ces exceptions
gênantes.
Dans notre hypothèse, nous
n'avons pas de raison de penser que l'effet Doppler-Fizeau n'existe pas,
et nous supposons en conséquence que ces galaxies sont des galaxies
qui se rapprochent de nous tellement vite que cet effet est supérieur
à l'effet de rougissement impliqué par le caractère
corpusculaire de leurs rayonnements. L'observation des collisions de galaxies
est un phénomène courant, pourquoi notre galaxie serait-elle
exempte de ce risque ?
Banalité du paradoxe
onde/corpuscule
Les réflexions précédentes
sont abstraites et l'on peut souhaiter imaginer de façon plus concrète
la façon dont le paradoxe onde/corpuscule fonctionne.
Il convient d'abord de dissiper
ce qu'un tel fonctionnement paradoxal a de mystérieux et d'impensable.
La théorie quantique
dit que de telles choses n'arrivent qu'à l'échelle infinitésimale,
précisément appelée "l'échelle quantique",
et que les physiciens ont spécialement du mérite de parvenir
à penser de tels événements qui tranchent avec ce
qui se passe à l'échelle de la vie courante.
Selon nous cette barrière
d'échelle est tout à fait illusoire : il suffit d'observer
avec un autre regard les choses de plus grande échelle pour y voir
fonctionner les mêmes principes.
Ainsi par exemple, qu'est-ce
qu'un cyclone ?
Cela se déplace comme un
organisme parfaitement localisable, on peut à tout moment dire où
il est, et il possède même un centre que l'on appelle son
oeil. Ce sont là des propriétés similaires à
celles que l'on peut attendre d'un "corpuscule" à l'échelle
infinitésimale.
Mais en même temps, un cyclone
propage des vents qui se déplacent dans l'air comme des ondes, et
on peut l'envisager aussi bien comme une onde spiralante qui se propage
autour de son oeil. Il a donc également des propriétés
ondulatoires.
Un cyclone est donc une réalité
qui fonctionne de façon paradoxale, puisqu'à
la fois comme un organisme possédant un centre et comme un organisme
faisant un effet d'ondes.
Nous saisissons cet exemple bien
"visible" pour tenter de percer le mystère d'un tel fonctionnement
paradoxal, et nous nous posons à nouveau la question : mais
qu'est-ce donc qu'un cyclone ?
La réponse est : rien
qu'un courant d'air, rien de plus que l'air qu'il déplace.
C'est une organisation interne à
l'air, avec des gradients de pression et des gradients de vitesse organisés
d'une certaine façon, et avant que le cyclone naisse il n'y a rien
dans l'air, après qu'il se soit éteint il ne reste plus rien
dans l'air.
D'une particule infinitésimale
possédant ce caractère on dirait qu'elle surgit du vide,
puis qu'elle s'évanouit dans le vide, ce qui selon les physiciens
des particules serait chose tout à fait banale.
Pour qu'un photon fasse dans le
vide de l'espace à une échelle infinitésimale, un
effet similaire à celui d'un cyclone dans l'atmosphère à
grande échelle, on peut penser que le rapport entre un photon et
le vide de l'espace est de nature similaire à celui qui existe entre
un cyclone et l'air atmosphérique.
C'est en tous cas l'hypothèse
que nous faisons, et qui consiste à poser qu'un
photon n'est finalement rien dans l'espace, rien qu'une organisation du
vide qui parvient à durer, exactement comme parvient à durer
quelque temps l'organisation de l'air qui forme un cyclone.
Comme une vague sur la mer
On peut d'ailleurs se demander ce
qu'est une onde de façon générale, qu'il s'agisse
d'une onde dans l'air ou d'une onde sur l'eau ou dans l'eau ? : ce n'est
rien d'autre que de l'air ou de l'eau, mais cela constitue une déformation
de cet air ou de cette eau qui parvient à durer sans se défaire.
Cette définition vaut pour
les ondes que l'on sait voir, mais on peut penser la même chose à
propos des invisibles ondes électromagnétiques qui voyagent
dans le vide de l'espace : ce ne seraient pas des réalités
qui voyagent réellement "dans" l'espace, elles ne seraient faites
de rien d'autre que du vide qu'elles traversent, et elles ne seraient rien
d'autre que des déformations de ce vide qui parviennent à
tenir et à ne pas se défaire au fur et à mesure de
leur trajet.
Notre hypothèse est qu'en
fait le vide de l'espace aurait lui-même une structure ondulatoire,
c'est-à-dire qu'il serait formé d'ondes stationnaires qui
pulsent à toutes les échelles de l'univers [voir
E ce
point d'avantage expliqué].
Stationnaire pour une onde, cela
signifie que son voyage par rebond sur les autres ondes, toujours la ramène
au même endroit. Elle ne cesse de bouger car une onde ne peut tenir
sans se déplacer, mais la coordination de son mouvement avec celui
des autres ondes fait qu'elle bouge finalement sur place, qu'elle pulse
constamment sur place.
le
principe de fonctionnement des ondes stationnaires
|
|
|
|
|
|
1
: expansion des ondes
|
|
2:
rebond sur l'enceinte
puis
recontraction des ondes
|
|
3
: résultat stationnaire
|
À leur plus grande échelle,
ces ondes d'espace formeraient les énormes bulles vides de matière
dont on sait que l'univers est constitué, les galaxies se répartissant
sur les zones situées à la rencontre de telles bulles. Cette
structure d'ondes, à la fois immobiles et frémissantes, tel
serait ce que l'on appelle "le vide".
Cette
simulation modélise la distribution des galaxies dans un cube de
260 millions d'années-lumière de côté. La répartition
des galaxies suggère une structure en forme d'éponge, avec
une concentration sur des murs ou des parois englobants de vastes espaces
vides.
Ces bulles
vides seraient dans notre hypothèse la plus grande échelle
des ondes d'espace capable de tenir sans s'effondrer.
[Document
"Sciences et Avenir"] |
 |
Cette structure ne serait pas figée,
car les ondes qui la constituent connaîtraient des déformations
locales. Quand une onde d'espace est ainsi déformée, elle
chercherait à reprendre sa forme stable indéformée,
et elle ne pourrait le faire qu'en se débarrassant de cette torsion
en la passant à sa voisine. À son tour, sa voisine s'en débarrasserait
en la passant un peu plus loin, et ainsi voyageraient des déformations
locales des ondes d'espace, et ce sont ces déformations que nous
appelons photons.
 Structure
de l'espace en ondes stationnaires.
Ces ondes
connaissent des déformations locales qui voyages d'onde en onde
et que l'on appelle "photons" |
Ayant le caractère
de déformations locales, les photons auraient donc les propriétés
d'un phénomène localisé, c'est-à-dire corpusculaire,
et étant des déformations d'ondes, ils auraient tout aussi
naturellement des propriétés ondulatoires.
Si un photon est une déformation
des ondes d'espace qui s'en débarrassent en l'expulsant et en le
faisant ainsi voyager sans fin à la vitesse de la lumière,
on
peut se demander ce qu'est dans cette hypothèse une particule de
matière ?
Elle n'aurait pas plus de "matérialité"
qu'un photon, ce serait aussi une déformation des ondes d'espace,
donc rien de plus que l'espace lui-même, mais ce
serait cette fois une déformation qui tournerait localement en rond,
qui entortillerait les ondes d'espace de telle sorte qu'elles ne parviennent
plus à s'en débarrasser ni à la défaire.
Voilà pourquoi une particule
de matière est une chose qui "reste dans" l'espace, même si
elle n'est faite de rien d'autre que cet espace.
Etant
un entortillement local d'ondes,
on comprend aussi pourquoi tout comme un photon, une
particule de matière présente donc à la fois et
en même temps un caractère corpusculaire et un caractère
ondulatoire.
Notre hypothèse peut donc
se ramener à peu de choses : le vide de l'espace n'est pas rien,
mais a le caractère d'une structure d'ondes stationnaires qui pulsent
à toutes les échelles de l'univers.
On ajoute juste l'hypothèse
complémentaire que ces ondes ne sont pas "tranquilles" mais constamment
dérangées par des déformations locales, et en découle
alors l'existence des photons qui forment les rayonnements et l'existence
des particules de matière.
En découle aussi nécessairement
que les photons ont toujours le double caractère d'onde et de particule,
ce qui implique comme on l'a vu que les photons d'un rayonnement deviennent
de moins en moins fréquents dans l'espace au fur et à mesure
que leur voyage se prolonge.
Ainsi, selon l'idée que l'on
se fait du photon, la plus petite particule de l'univers, dépend
l'idée que l'on se fait des transformations de l'univers à
sa plus grande échelle.
Sur cette question, ce
que l'on voit est donc conditionné au plus haut point par ce que
l'on croit savoir, et notre conception de la réalité est
conditionnée au plus haut point par le type de lunettes que nous
mettons pour la décryter.
l'actualité d'avril 1999:
Des observations récentes (voir par exemple leur compte-rendu
dans le numéro de mars 1999 de la revue "Pour la Science") laissent
penser que le décalage vers le rouge des rayonnements ne serait
pas exactement proportionnel au temps qui passe, mais qu'il accélérerait
quelque peu au cours du temps. Dans la conception d'un univers en expansion,
cela signifie que la vitesse de l'expansion s'accélère, ce
qui est en contradiction avec l'idée communément admise dans
la même conception et selon laquelle la gravité freine progressivement
l'expansion.
Dans notre hypothèse, un photon n'est qu'une irrégularité
locale, une déformation locale des ondes d'espace que celles-ci
s'empressent de repasser à leurs voisines pour s'en débarasser,
et qui par ailleurs s'étale sur un nombre croissant d'ondes au fur
et à mesure que le temps passe. Dans cette optique, l'accélération
au fil du temps du décalage vers le rouge peut s'expliquer par le
fait que les photons très vieux ont leur énergie trop étalée,
répartie dans un trop grand volume, et de la sorte s'éteignent
brusquement, ou sont détruits par le bruit de fond de l'agitation
des ondes d'espace.
La disparition de ces photons diminue progressivement leur nombre,
donc leur fréquence dans l'espace, ce qui est une autre façon
de dire que la longueur d'onde de ce qui reste de rayonnement augmente
au fil du temps.
Ainsi, comme on l'a expliqué plus haut
la diminution de fréquence des photons serait d'abord due à
leur dilution progressive et régulière dans l'espace, et
pour les plus vieux rayonnements une perte supplémentaire de fréquence
proviendrait de la fraction des photons qui se défont naturellement
du fait de leur trop grande perte de cohésion. |
| I
accueil |
E
Science |
G
haut |
les
mêmes notions mais en plus développé :
F
une particule est à l'espace ce qu'une vague
est à la mer |
O
auteur
|