les nouveaux principes

Il fut un temps où critiquer K. Marx suscitait des décharges haineuses et violentes de la part de ces partisans. Il en va de même aujourd’hui avec Einstein à cette différence près que celui-ci est considéré comme l’archétype du génie et de l’intelligence absolue. Dés lors, tenter de montrer les insuffisances du père de la relativité est ressenti comme un crime de lèse majesté qui ne peut être commis que par un irresponsable, un mégalomane, et dans tous les cas par quelqu’un qui par définition n’a rien compris à la relativité. Cette résistance à la critique des physiciens est d’autant plus féroce que la science est considérée comme un domaine qui échappe à l’idéologie par les procédures formelles qu’elle exige pour valider ses vérités.

1-  LA question de l’espace et du vide

1 -  La conception classique

Dans la mécanique Newtonienne, l’espace est le référent inertiel et la condition du mouvement. Il s’agit d’un mouvement dans l’espace mais aussi relativement à l’espace. Si l’espace est le lieu du mouvement, il devient également la référence à partir de laquelle celui-ci se mesure. Il jouera le rôle de référent privilégié, de système d’inertie absolue : telle était la conception classique. Cette conception correspond à notre perception commune et structurait assez solidement cette catégorie fondamentale de notre entendement avant l’intervention de la relativité.

Cependant, la théorie de la gravitation de Newton est venue poser un redoutable problème de cohérence interne des catégories physiques puisqu’elle rendait possible l’action réciproque à distance sans contact des corps. Dés lors, l’espace ne pouvait plus  être plus seulement un cadre où viendraient prendre place les objets mais aussi un milieu de production de phénomènes physiques. Ceci aboutit  à l’invention d’un éther doté de propriétés mécaniques qui se révéla comme une nécessité  pour redonner son unité à la mécanique générale. Malheureusement aucun modèle de l’éther ne sembla satisfaisant puisqu’il s’agissait de concilier deux propriétés contradictoires à savoir l’extrême fluidité constatée de ce milieu et sa nécessaire rigidité pour permettre la propagation des ondes transversales.

2 – l’impossibilité de prouver la réalité de l’éther

Au début du XXème siècle, il est apparu strictement impossible de mettre en évidence l’existence de l’éther par une expérience quelconque. Cela était d’autant plus difficile que toutes ces expériences partaient d’une présupposition sur  la nature de l’éther. Celui-ci ne pouvait être un milieu vibrant permettant la propagation des ondes électromagnétiques : la grande vitesse de celles-ci aurait supposé une densité inouïe incompatible avec l’existence des mouvements des corps en son sein. Il pouvait être à la rigueur le support des ondes E.M. mais être  extrêmement fluide et par conséquent difficilement détectable. Cependant un corps en mouvement devait ressentir un   » vent d’éther « .

Dans les expériences de Michelson et Morley, il s’agissait de mesurer les effets du déplacement de la terre à travers l’éther sur la vitesse de la lumière, de déceler un vent d’éther pouvant accélérer cette vitesse dans un sens et la diminuer dans le sens contraire. On pensait que l’éther, pénétrant tous les corps, était une substance très légère et qu’il était  possible de  détecter ses effets. Contrairement aux attentes, il fut impossible de déceler le moindre effet de l’éther. Ces  expériences sur l’éther partaient  de présuppositions quant à sa  nature, à savoir sa fluidité, qui le différenciait  des ondes électromagnétiques. L’éther pouvait à la rigueur supporter les ondes E.M, mais ne saurait en être leur substance constitutive, comme produites par un milieu en  mouvement. Or, puisqu’il s’agissait seulement de supporter les ondes, on pouvait très bien imaginer qu’elles se supportent elles-mêmes : l’éther, comme objet physique particulier ne présentait plus grand intérêt. L’impossibilité de détecter un quelconque vent d’éther lors des expérimentations autorisa Einstein à le ranger  définitivement comme objet de curiosité au musée de l’histoire des sciences.

Ni Maxwell ni ses successeurs ne parvinrent donc à imaginer un modèle mécanique satisfaisant  et on s’habitua à traiter les champs électromagnétiques sans se préoccuper de leur support mécanique. Il faut dater de cette période l’abandon de la conception mécanique classique, le véritable décrochage du réel. On doit bien se mettre dans l’état d’esprit des hommes de cette époque. La physique était en train de conquérir le monde, ses objets se répandaient partout, l’électricité, le téléphone, le moteur électrique envahissaient la vie quotidienne. On n’allait pas s’embarrasser de problèmes théoriques : place était aux expérimentateurs.

C’est dans ce climat d’indifférence aux attributs de l’éther que Lorentz postula que les particules de matière possèdent une charge électrique portée par les masses. Il retira ainsi à l’éther toute influence possible sur la constitution des charges électriques et du champ électromagnétique. Sous la forme de champs multiples (champ de gravitation, électromagnétique, champ nucléaire et d’interactions faibles) l’éther aura de multiples résurgences. Cependant, le champ ne possède aucune des propriétés de l’éther : il n’est pas un substrat pourvu de propriétés mécaniques et  ne sert pas de référent inertiel.

3 – Disparition avec Einstein de l’éther comme repère privilégié

Il ne restait finalement plus grand chose à l’éther lorsque Einstein édifia sa théorie de la relativité qui mettait en place une nouvelle conception de l’espace. S’appuyant sur les résultats négatifs des expériences qui concluaient à l’impossibilité d’appliquer le théorème de l’addition des vitesses à la lumière, celle-ci devint une vitesse limite. Il suffisait désormais de mesurer n’importe quel mouvement à partir de celui de la lumière, absolument invariable, quel que soit le repère de référence choisi. La présence d’un éther au repos devint inconciliable avec le principe de l’équivalence des systèmes de coordonnées qui ne retient aucun repère privilégié. Ainsi, Le mouvement d’un  corps pouvait être calculé à partir de celui d’un autre corps (le photon ) : matière et lumière restaient en tête-à-tête comme seuls objets utiles des expériences.  Dés lors, la question de l’espace, de sa nature, perdait de sa pertinence jusqu’à  devenir totalement inutile. D’un même geste Einstein fonde le mouvement sur un nouvel absolu – la vitesse de la lumière – et évacue la physique un problème embarrassant : celui de la recherche d’un repère inertiel.  La relativité élimine enfin cette substance  mythique qui rattachait encore la physique à sa préhistoire : la science opérationnelle devait se débarrasser de ses vieilleries pour ouvrir vraiment sur sa modernité.

Pour finir, la relativité ne garde de l’ancien éther que le cadre spatial : l’existence même du champ de gravitation étant liée à l’existence de l’espace. Celui-ci était nécessaire pour le positionnement des corps et la mesure des vitesses. Selon Einstein : Le fait que nous puissions placer des grains de riz ou des cerises dans l’espace doit être considéré comme une propriété de l’espace tout aussi réelle que l’existence de ces objets.

4 – Négation des propriétés mécaniques de l’éther :  naissance du continuum spatio-temporel

L éther n’a  plus d’utilité comme système de référence privilégié et Einstein va lui refuser toute propriété mécanique pour pouvoir plus sûrement y installer sa géométrie des champs en  prenant  appui sur la conception de Lorentz. Les champs devinrent des réalités indépendantes liées à aucun substratum. Pour Einstein, il paraissait finalement satisfaisant, et sans doute équivalent, de s’en tenir au mouvement des corps sans se préoccuper de l’agitation propre d’un quelconque milieu. Il suffisait de s’en tenir aux lignes de forces que suivent ces corps que l’on peut comparer à des sortes de fils cosmiques, pour reprendre l’image de Minkovski. Ceux-ci ayant leur autonomie, il devint  inutile de postuler un éther homogène et isotrope pouvant représenter les états de ces champs.

Comment a-t-il fait disparaître ces propriétés mécaniques pour y substituer la métrique de ce  continuum ?  Pour initier sa démonstration, Einstein à son habitude, utilise une expérience de pensée, une image du réel ou une représentation mécanique des phénomènes. Selon lui, le mouvement des ondes peut faire l’objet de deux descriptions :

1) Comme surface ondulatoire d’un milieu en mouvement.

2) Par l’observation des petits corps flottants qui indique le mouvement de chaque particule d’eau.

Dés lors, s’il n’y a pas de petits corps flottants et qu’on n’observe plus que la position de l’espace occupé par l’eau, il n’y a aucun motif d’admettre que l’eau est composée de particules mobiles. La question sur la nature et les caractéristiques de ce milieu n’a donc plus raison d’être. On peut tout aussi bien se représenter ce milieu – l’espace – comme constitué de lignes de force. Ce sont les potentiels gravitationnels qui confèrent à l’espace les propriétés métriques du continuum spatio-temporel qui sont différentes dans l’entourage de chaque point car conditionnées par la matière qui s’y trouve. Les champs deviennent des réalités (? ) ultimes, un nouveau concept-objet.

Cette démonstration est destinée à conduire le lecteur à cette conclusion: faire disparaître l’hypothèse 1 qui conduit à admettre l’existence d’un milieu ondulant que serait l’éther.

Nous nous trouvions en présence de 2 concepts initiaux :

1) un milieu ondulant

2) Des corps flottants manifestant l’ondulation de ce milieu.

Le milieu ondulant et les corps flottants disparaissent pour être remplacé par :

1 )  L’espace constitué de lignes de forces (les champs)

2 )  Une métrique de l’espace qui indique la valeur de ces lignes de force.

3 )  Des corps de matière considérés comme des potentiels gravitationnels qui vont

conditionner les propriétés métriques.

De fait, nous découvrons un raisonnement d’une circularité parfaite :

Les propriétés métriques de l’espace, qui indiquent la valeur des lignes de force, vont mesurer celle du potentiel gravitationnel ayant pour origine la présence d’une masse, laquelle détermine les propriétés métriques de l’espace.

Einstein escamote l’éther et ses propriétés mécaniques  pour y installer des champs et des lignes de force mais sans le substrat désormais d’un quelconque milieu. Le champ gravitationnel résulte de la courbure de l’espace engendrée par la présence d’une masse. Il ne s’agit pas d’une courbure effective, ce qui n’aurait aucun sens dans la théorie einstenienne d’un espace vide, mais d’une conséquence de la géométrisation de l’espace.

Selon M. Poirier ( essai P 338) « La courbure de l’espace temps qui intervient dans l’explication fournie par Einstein de la gravitation, n’est qu’un artifice géométrique dépourvu de tout sens intuitif. Tout essai de représentation d’un espace non euclidien se fait nécessairement dans l’espace euclidien. »

Aussi, la gravitation en tant que force disparaissait-elle pour laisser place à la courbure géométrique d’un système spatio-temporel à quatre dimensions. Les physiciens s’habituèrent à manier les équations des champs sans se soucier de leur représentation mécanique. On a abandonné progressivement la mécanique comme base de la physique puisqu’il semblait sans espoir de relier cette construction mathématique complexe à une réalité représentable et surtout à un système de causes parfaitement analysables. Les propriétés métriques de l’espace sont  comme transférées à un potentiel qui semble les prêter, s’en dessaisir tout en les retenant. Einstein joue sur la réciprocité du raisonnement : c’est la réalité du potentiel de la masse qui attribue aux lignes de forces, à la métrique, une existence comme objet réel. Le champ devient une réalité ultime détaché de la matière et sa mathématique parvient à faire exister l’objet. En d’autres termes, la masse grave donne à l’espace des propriétés mi-abstraites mi-concrètes, mi-géométriques mi-réelles. L’objectif de ce transfert de la matérialité vers l’abstraction des propriétés métriques est bien de remplacer  l’ondulation d’un milieu par des lignes de force d’un champ ayant pour cause le potentiel gravitationnel.

Il n’y a plus la moindre possibilité de transmission du mouvement à distance par l’intermédiaire d’un milieu. Les lignes de force ayant été dématérialisées, on se contentera de suivre comment la métrique change de position avec le temps. On constate que la démonstration d’Einstein suit très exactement son intuition au point de départ de la construction du continuum spatio-temporel et partant de toute la théorie de la relativité : remplacer l’observation des ondulations d’un milieu par le mouvement des corps qui s’y trouvent plongés, lequel traduit la métrique du continuum spatio-temporel qui a son tour remplace la nécessité d’observer l’objet flottant. Ce dédoublement d’un même objet le contraint à définir la matière comme une condensation du champ E.M. Einstein constate que l’énergie cinétique provient de l’énergie des champs et que l’inertie de la matière est explicable par l’existence de ceux-ci. Champs et matière  ne formeraient dés lors qu’une seule réalité : la matière produit  les champs et de la condensation des champs  apparaît la matière. D’où l’apparition dans  le langage de la physique moderne du  terme de champs de matière, ce qui n’a en toute rigueur aucune signification.

Einstein ne peut imaginer l’onde comme objet ayant les propriétés d’une substance différente de la matière et, en fusionnant champ et matière dans une mathématique, on ne se questionne plus sur la nature particulière du substrat des champs électromagnétiques. De fait Einstein reprend l’idée de Maxwell selon laquelle les champs E.M se propagent sous forme d’ondes polarisées à la vitesse C. Son souci sera de faire exister les champs comme ondes indépendantes de la source matérielle afin que l’interaction E.M ne puisse plus être expliquée comme action à distance. C’est ce modèle qu’il tentera de transposer à la gravitation. L’indépendance des champs relativement à la source conduit à se rabattre sur l’abstraction géométrique de la métrique qui semble détenir des propriétés matérielles. Par ces démonstrations, Einstein, comme les mécaniciens quantiques, parvient à donner une réalité matérielle à une simple abstraction géométrique, laquelle était destinée à se substituer à une autre réalité qu’il voulait contourner : la composition physique des champs.

Il apparaît qu’Albert Einstein est à la fois celui qui a permis à la physique d’effectuer un bond décisif mais l’a également  acculée dans une impasse en lui donnant de mauvaises habitudes de penser. En effet, Einstein en déniant à l’espace toute effectivité pour y substituer sa théorie mathématique des champs a interdit de penser les rapports entre l’espace et la matière. Dés lors, le grand refoulé l’éther a-t-il resurgi en la forme d’un vide quantique d’où est née une mer de particules virtuelles et la théorie des agents d ‘interaction. De plus, si Einstein s’est autorisé à imaginer une courbure de l’espace pour justifier son champ gravitationnel, si celui-ci ne peut avoir aucune traduction dans la réalité physique, si le champ est une construction formelle sans aucune matérialité, il est alors bien mal placé pour reprocher à Bohr d’avoir fait disparaître trajectoires et particules.  Son  retour en force dans le réel avec pour souci une plus grande simplicité est certes louable, mais on ne saurait oublier qu’il est le véritable père spirituel de la mécanique quantique.

5 – la mise en place de la relativité

Si avant Einstein on avait commencé à s’habituer à penser en dehors des catégories de la mécanique, avec la relativité on assiste pour la première fois à un véritable décrochage du réel  théorisé.  L’expérience négative de Michelson et Morley fut le coup de grâce asséné à l’ancienne physique mécaniste : la voie était désormais ouverte par Einstein pour une physique sans contrainte mécanique, sans souci de représentation du réel, pour une physique mathématique quelque peu allégée du poids de la réalité.

La relativité générale fournit une géométrie descriptive et une métrique qui permettent de prévoir et de calculer la courbure d’un rayon lumineux provoquée par la présence de la masse du soleil. Cette courbure s’inscrit et se comprend dans le cadre d’une géométrie riemannienne :ce que nous pensions dans un espace euclidien en terme de droite doit s’analyser comme géodésique. Quand Newton imagine que  la lune est attirée par la Terre sous l’effet d’une force d’attraction, Einstein affirme que son espace est courbé par la terre et quelle évolue sur une trajectoire qui est l’équivalent d’une droite dans l’espace Euclidien. La gravitation disparaît en tant que force pour laisser place à une structure géométrique d’un système spatio-temporel.  La force de gravitation se trouve tout à la fois diluée et exprimée dans le champ dont la structure relève d’une géométrie riemannienne à 4 dimensions. Le corps gravitant n’obéit pas à une force mais aux lois qui sont celles des propriétés de l’espace. Ce que la relativité générale fait disparaître habilement c’est le lien direct unissant deux masses graves, c’est la cause et la nature d’une force qui est transmise à distance.

Pour cela Einstein a besoin de rendre identique la masse grave et la masse inerte : l’accélération causée par un champ de gravitation ne peut être distinguée d’une accélération d’un autre type. Il devient alors possible de traiter la force de gravitation comme n’importe quelle force. Par ce procédé Einstein vide la gravitation de sa spécificité et interdit de s’interroger sur sa nature et son fonctionnement. Il fournit un cadre mathématique qui en décrit les effets pour mieux éliminer l’explication sur les causes. La relativité ne décrit pas comment la masse centrale produit le champ de gravitation.

La métrique de l’espace riemannien est descriptive d’un état de la force en différents points de l’espace et tout se passe comme si l’espace était courbe. Dans la relativité, on ne rencontre plus de transmission instantanée de force à distance puisqu’il n’y a plus de transmission de force du tout. C’est le potentiel d’une masse qui crée la métrique du continuum d’un champ de force  pour s’y dissoudre en faisant disparaître toute référence à une force centrale. Le mouvement des masses est rattaché aux seules propriétés du champ.

Quel sera l’usage fait de ce raisonnement lorsqu’il s’agira d’expliquer la courbure d’un rayon lumineux par le soleil ?  D’après Newton, cette courbure est produite par une interaction entre masses. Or sans masse propre, le photon devrait avoir une trajectoire parfaitement rectiligne. Si le photon est dévié comme un corps de matière, c’est qu’il a une masse, ce que lui autorise le principe de l’équivalence masse/énergie. La relativité générale intègre la gravitation dans une cinématique non euclidienne et dés lors le photon, comme toute espèce d’objet,  a une trajectoire incurvée  qu’il ait ou non de masse inerte : les  particules d’épreuve se meuvent  librement et suivent les géodésiques de cet espace.

6 – La question non résolue de la transmission à distance

Curieusement, ce qui est fondamentalement occulté dans la relativité générale, c’est la question de la transmission d’un mouvement à distance. Car l’attaque frontale de la relativité devait porter sur le maillon faible de la théorie newtonienne : la transmission instantanée dans l’espace. La force centrale qui est diluée dans les champs disparaît ce qui rend impossible la propagation immédiate d’une action. La force d’interaction et l’énergie potentielle de Newton perdent leur base puisqu’ils reposaient sur le concept de simultanéité absolue.

L’unification opérée par Maxwell avait permis à ses successeurs de se dispenser de l’hypothèse de l’action à distance, pour ce qui concerne l’électromagnétisme. Les ondes étaient constitutives du champ et se déplaçaient à la vitesse C à l’intérieur de ces champs. La tâche d’Einstein sera de s’inspirer et de prolonger ce premier travail d’unification en installant le champ gravitationnel sur des bases indépendantes  de tout support.

La  relativité générale va étendre à la gravitation certaines des propriétés attribuées aux champs E.M, comme si le fonctionnement des deux forces était semblable.  Mais cette unification, implicitement initiée par le rapprochement des propriétés identiques des champs, n’a pu être opérée et Einstein consacrera le reste de sa carrière à rechercher une géométrisation commune. Il devait avouer très dignement que la relativité n’a pu établir de liens logiques entre la gravitation et l’électromagnétisme.

Ce qui posait problème dans la théorie de Newton, c’était l’hypothèse d’une transmission instantanée à distance. Einstein n’a fait que poser une limite à la vitesse de cette transmission. Celle-ci doit s’effectuer à la vitesse de la lumière au moyen du support de champs; Mais ces champs n’ont aucune réalité matérielle. L’existence du champ se manifeste seulement quand on introduit des charges d’électricité. Les masses électriques ne sont rien de plus qu’un endroit où les divergences des champs électriques ne s’annulent pas.

Mais le champ gravitationnel, comment peut-il exister ? Einstein le définit comme un potentiel, mais un potentiel de quoi ? Quelle est la spécificité de la charge gravitationnelle relativement à la charge électromagnétique ? Un champ E.M peut se manifester comme onde indépendante, mais le champ des graves se montre par quel objet identifiable ? il ne pourra s’agir que d’ondes. Quelle est donc la différence entre les ondes graves et les ondes électromagnétiques ? Et pourquoi la gravitation produirait-elle un système d’ondes autre de celui de l’électromagnétisme ? Si chaque masse produit dans le même temps des ondes gravitationnelles et électromagnétiques comment les reconnaître ?

Un champ électromagnétique entre deux conducteurs emplit l’espace qui le sépare. De quoi est-il composé ? Nous  supposons – dans l’hypothèse la plus matérialiste – qu’il est composé d’ondes E.M (et non de particules virtuelles), seul objet que nous connaissons susceptible de transmettre un mouvement à distance. Il s’agit maintenant de savoir d’où proviennent ces ondes. Or les électrons en mouvement n’ont pas la faculté d’extraire de leur propre matérialité une quantité indéterminée d’ondes E.M. La physique actuelle ne peut trouver aucune réponse à cette question. Il est donc important pour elle de s’en tenir à l’aspect mathématique des champs et de déclarer résolu le problème de leur support par le même geste qui lui permet de clore la question des modalités de la transmission à distance.

Il est bien évident que ces  questions n’ont pas trouvé de réponse dans le cadre de la relativité générale. Le transfert de toutes ces difficultés dans le concept d’espace courbe a donc permis leur occultation complète. La relativité n’admet d’interactions que par l’intermédiaire des champs : de quoi sont-ils composés et quelle est cette substance qui devrait avoir nécessairement des propriétés mécaniques pour servir d’intermédiaire ? Nous retrouvons la question sur la nature des propriétés mécaniques d’un milieu aussi fraîche et vivace qu’avant l’intervention de la relativité.

La  » manœuvre  » d’Einstein fut subtile : en montrant et en résolvant l’une des difficultés (la transmission instantanée) il élimine la seconde par le même geste : les conditions de possibilité d’un mouvement à distance. L’éther, que la physique classique dotait de certaines propriétés mécaniques, certes assez étranges et  contradictoires, avait au moins la vertu de tenter d’expliquer les modalités d’un mouvement ondulatoire et pouvait servir de support à la transmission à distance du mouvement.

7 -   Les questions en suspens.

La science physique est essentiellement une mécanique qui étudie les mouvements et interactions entre objets physiques réels. L’oubli de son objet d’étude propre a permis d’occulter une question importante : les conditions de possibilité de transmission du mouvement à distance.

Entre objets physiques macroscopiques l’expérience de nos sens nous enseigne que la transmission d’un mouvement s’effectue, d’une façon ou d’une autre, par transmission mécanique directe, contacts, chocs, mouvements des électrons dans un conducteur etc. Les champs gravitationnel et magnétique posent un problème qui n’est toujours pas résolu : comment un objet peut-il influencer  le mouvement d’un autre objet à distance ?  Quelle est la nature de ce   » principe  » qui permet la déviation d’une aiguille aimantée lorsqu’on ouvre un circuit électrique ou qui influe sur la hauteur des marées terrestres et ceci sans contact ?

Le champ a une  » réalité  » géométrique, mathématique mais pas matérielle. Il constate un effet – la transmission – mais aucun objet physique qui en serait le support. Tout se passe comme si un visiteur de la terre en provenance d’une galaxie lointaine, bien à l’abri dans son immeuble, voyait bouger une enseigne. Mais ce voyageur ne sait pas que l’air existe et que le vent est à l’origine de ce mouvement. Par contre, très au courant de la théorie des champs d’Einstein et de Maxwell, il pourra dire que le mouvement qu’il observe a pour cause l’existence d’un champ de force  dont il maîtrise parfaitement les modalités de calcul. Il pourra même ajouter que le déplacement de l’enseigne résulte d’une courbure géométrique de l’espace.

En définitive, la théorie des champs est une construction destinée à contourner l’obstacle des propriétés mécaniques de l’éther, à faire oublier les questions fondamentales posées à son sujet, à démontrer qu’on peut continuer à faire fonctionnement la physique en faisant comme si ces questions ne se posaient plus, qu’il était même inutile désormais de les poser.  Et il n’en pouvait être autrement puisque l’éther  comme substance transmettrice lui imposait une densité énorme : il était radicalement interdit de penser dans cette direction et hors de question d’imaginer que le mouvement des ondes électromagnétiques manifestait justement le mouvement de l’éther. Mais, cet interdit reposait lui-même sur une contrainte dont on n’a jamais examiné le bien fondé : l’éther devait-il avoir les mêmes propriétés que la matière de sorte qu’on doive également exiger les mêmes conditions de densité pour transmettre des ébranlements à la vitesse C ?

8 – La Physique des champs  et  Le vide quantique.

Pour Einstein, le vide est vide. La physique quantique y découvre par contre  le lieu d’une énergie considérable, infinie. Le vide quantique plein de particules cohabite avec une conception relativiste d’un espace simple «lieu»  d’accueil des objets.

Le vide est présenté comme un réservoir infini à partir duquel on peut créer toutes les particules que l’on veut, mais c’est aussi un néant où les particules  disparaissent. Le vide serait  le siège de manifestations physiques les plus diverses. Là demeurent dissimulées toutes les particules que nous ne connaissons pas encore. Il n’est plus ce  milieu inerte et sans propriétés mais se trouve au contraire tout vibrant d’énergie. Sans cesse le vide fluctue du fait des mouvements des champs électromagnétiques, des paires de particules virtuelles sont produites. En électrodynamique quantique, le vide est assimilé à un milieu diélectrique (isolant)  polarisable et ses  fluctuations quantiques sont  capables d’écranter la charge électrique. Le  vide est alors défini  comme l’état fondamental du système d’énergie minimum, un état d’équilibre vide de toute excitation.

Mais, un état d’énergie minimum n’est pas un état d’énergie nul – ce qui pose la question de savoir quelle est la cause de cet état. S’il s’agit d’un état et qu’il comprend tout l’espace, nous pouvons dire que l’espace est le lieu d’une énergie. Nous retrouvons alors la conception alchimiste ancienne : l’espace réservoir d’énergie. Mais l’énergie comme telle n’a aucun sens. Il faut donner du mouvement à une substance pour la mettre  en œuvre. Toute énergie est mouvement de quelque chose. Qui dit mouvement dit objet, substance. Quelle est donc la nature de cette substance dotée d’une énergie minimale à laquelle  font référence les physiciens quantiques ?

A peine l’éther   » évacué  » le vide allait à nouveau se peupler d’objets, de fonctions, de propriétés particulières. Einstein avait commencé d’envisager la quantification des ondes de gravitation. La théorie de la relativité générale, théorie des champs, devait impliquer l’existence de telles ondes. Mais du fait de la nature de cette théorie, il devrait s’agir d’ondes de l’espace lui-même, des rides de courbures se déplaçant à la vitesse de la lumière. Dés lors, la matière devrait faire partie du champ et Einstein espérait que la matière se manifesterait comme une espèce de « grosseur » du champ. Aujourd’hui, la théorie unifiée prévoit que se sont les gravitons – particules messagères – qui sont chargée de transmettre le mouvement à travers l’espace. Il s’agit de particules insaisissables (difficilement décelables) qui transportent de l’énergie et seraient «du vide qui oscille  ».

Peu après l’époque où Einstein imposait la disparition de l’éther, l’espace commençait à se remplir à nouveau, à déborder, à foisonner. Le mérite  en revient, entre autres, à Dirac et sa mer d’énergie négative. Pour celui-ci le vide est l’état fondamental,  une configuration de l’espace de Fock,  où tous les états possibles d’énergie négative sont occupés par un électron. Comme les électrons sont des fermions et que tous les états d’énergie négative sont occupés, il est impossible de mettre un seul électron dans un état d’énergie négative. Tout se passe comme si les états d’énergie négative n’existaient pas. Mais si un état d’énergie négative n’est pas occupé, s’il y a un trou dans ce continuum, Dirac l’interprète comme une particule d’énergie positive. Comme il y a un trou, un électron peut y tomber. C’est qu’il a rencontré un positron avec lequel il s’est annihilé. En effet, une fois tombé dans le trou, il s’est perdu dans le vide. Réciproquement, un photon d’énergie négative peut éjecter un électron du continuum d’énergie négative en laissant un trou : on dira que le photon s’est matérialisé en une paire électron-positron. Un photon d’énergie suffisante peut également éjecter un électron en laissant un trou : le photon s’est matérialisé en une paire électron-positron. Conséquences de la théorie des trous de Dirac : un champ électrostatique inhomogène communique une énergie positive à certains électrons qui emplissent les états d’énergie négative et créent ainsi un certain nombre de paires électron-positron, assimilables à des dipôles électriques, de sorte que le vide est polarisé. Si la charge électrique est rapidement variable, il se produit dans la polarisation du vide des fluctuations qui réagissent avec le champ inducteur.

Nous  traversons désormais avec Dirac le pays des chimères : pas l’ombre d’une explication mécanique mais des trous et des bosses, un vide doté de la faculté d’agir du lieu de son  néant pour modifier l’état de la matière, elle solide et concrète. Le malheur a voulu que cette idée se soit  révélée exacte puisqu’on très peu de temps après on découvrit le positron prévu par la théorie et  la création d’une paire e+, e- à partir d’un photon énergétique est devenue une affaire courante. Le malheur, car après le succès expérimental de la théorie d’Einstein basée sur une  courbure géométrique de l’espace, la physique s’est rendu compte qu’elle pouvait se passer d’une description mécanique des phénomènes  tout en  multipliant les découvertes exceptionnelles. En effet, ce continuum d’énergie négative où se découvre de-ci de-là des trous ne saurait affronter l’épreuve du réel et aucun physicien sérieux ne saurait admettre son  existence. Et pourtant, cette explication continue de fonctionner et sert actuellement de support à la physique quantique et en assure même l’unité. En effet, c’est grâce à cette nouvelle conception du vide que la relativité quantique devient vraiment cohérente puisque la théorie des interactions, qui suppose la mise en œuvre des particules virtuelles, se situe directement dans le prolongement de la conception de Dirac.

Richard Feynman a considéré que le vide contenu dans une simple ampoule serait suffisant pour faire bouillir tous les océans de la planète. Le vide serait alors le siège de manifestations physiques les plus violentes. Dans le vide résident toutes les particules que nous ne connaissons pas encore. Il n’est plus ce  milieu inerte et sans propriétés mais se trouve au contraire tout vibrant d’énergie. Sans cesse le vide fluctue du fait des mouvements des champs électromagnétiques, des paires de particules virtuelles sont produites. Celles-ci ne peuvent être observées, mais ont peu appréhender leurs effets : c’est le cas de l’effet Casimir. Le rayonnement électromagnétique du point zéro ( -273°) provoque une très légère suppression à l’extérieur de plaques et les rapproche. Ce rapprochement a été mesuré par Sparnaay. Cela signifie qu’il y a bien une énergie du vide. Certains proposent même d’en extraire l’énergie en utilisant l’effet Casimir. En E.D.Q le vide est assimilé à un milieu diélectrique (isolant)  polarisable par fluctuations quantiques et capable d’écranter la charge électrique.

Dans les écoles de physique s’enseignent deux théories contradictoires:

1) La relativité postule un espace vide, sans propriété, comme simple cadre au mouvement (Einstein a reconnu que la théorie relativiste de la gravitation introduisait un éther de type nouveau. Il serait alors possible de concevoir un éther en accord avec la relativité à condition de ne pas s’en servir comme repère absolu).

2) La physique quantique y découvre le lieu d’une énergie considérable, infinie. Cependant, dans le même temps elle conçoit ce vide  comme l’état fondamental du système c.a.d. à un état d’énergie minimum, un état d’équilibre sans excitation. Mais, un état d’énergie minimum n’est pas un état d’énergie nul. S’il s’agit d’un état et qu’il comprend tout l’espace, nous pouvons dire que l’espace est le lieu d’une énergie. Nous retrouvons la conception alchimiste ancienne: l’espace réservoir de toutes les énergies. Mais l’énergie comme telle n’a aucun sens. Il faut du mouvement et une substance qui  utilise cette énergie. Toute énergie est mouvement de quelque chose. Qui dit mouvement dit objet et  substance. Quelle est donc la nature de cette substance dotée d’une énergie minimale à laquelle  font référence les physiciens quantiques ?

L’énergie est posée comme infinie. Les paires  de particules virtuelles qui emplissent cet espace doivent avoir une quantité infinie d’énergie et, en application l’équation de l’égalité masse/ énergie, avoir une masse infinie. Nous sommes alors au cœur d’une inextricable confusion parfaitement illustrée par les difficultés épistémologiques liées à l’application de la procédure de la renormalisation.

La théorie des champs permet aux particules d’interagir avec elle-même. Ainsi, lorsqu’un électron émet un photon et le réabsorbe, à la limite cette boucle peut s’effectuer en un temps nul, ce qui correspond, selon les relations d’Heisenberg, à une énergie impulsion infinie. L’équation de Dirac contient des paramètres infinis car un électron en mouvement crée un champ électromagnétique et il interagit avec son propre champ. Ceci empoisonne les calculs de quantités infinies comme la masse propre de l’électron qui doit être calculée en tenant compte de l’interaction de l’électron avec son propre nuage de photons virtuels. Le procédé de renormalisation fait disparaître ces divergences indésirables en les associant à des quantités infinies de signe opposé de façon à ce que la somme algébrique de ces deux infinis redonne la valeur expérimentale de l’électron en l’absence de photons virtuels.  Ce tour de passe-passe mathématique est délicat à effectuer mais on parvient à éliminer les infinis en préservant les équations.

L’introduction des particules virtuelles a donc constitué une nouvelle étape dans la densification du vide : puisque des antiparticules sont susceptibles de surgir du vide, les physiciens quantiques n’hésitèrent pas à le peupler d’êtres nouveaux. L’agitation incessante de ces particules virtuelles a un nom : les fluctuations quantiques du vide, qui est assimilé à un milieu matériel. Lorsqu’un électron se déplace, il faut le concevoir comme naviguant dans une soupe de particules virtuelles qui l’assaillent continûment. Le processus par lequel un électron émet puis réabsorbe des photons virtuels implique que chaque électron soit enveloppé d’un essaim de ces photons. En effet, on  explique désormais le fonctionnement de la charge par une émission d’un photon virtuel qui est (presque) aussitôt absorbé. Les photons virtuels qui entourent toute particule chargée représentent des paires virtuelles e+, e-. Si la particule est un électron, sa charge électrique aura tendance à attirer les e+ virtuels et à repousser les e-virtuels. Cette polarisation a un effet d’écran sur la charge centrale, la charge effectivement perçue est plus faible que la charge réelle de l’électron. Cette polarisation du vide contribue de façon minuscule mais mesurable au décalage de Lamb. Le nuage virtuel modifie légèrement (ge =0.00115 ) le moment magnétique de l’électron.      La durée de ces transitions imaginaires est bien sûr encadrée par les inégalités de Heisenberg. Selon Hawking en effet  le principe d’incertitude signifie que le vide de l’espace est rempli de paires de particules virtuelles et d’antiparticules.

Il est bien évident que ces particules virtuelles n’ont aucun fondement théorique et qu’elles ne font que prolonger l’idée de Dirac de la mer d’énergie négative. Puisque celui-ci avait si bien réussi, on pouvait  supputer également l’existence de particules imaginaires que l’expérimentateur finira bien ou jour ou l’autre par découvrir. Les relations d’incertitude de Heisenberg apportent un moyen fort pratique de détourner la loi de conservation de l’énergie. L’argumentation est fascinante :  on parvient, à partir d’une incertitude humaine sur la mesure, à s’autoriser la violation d’un principe fondateur de la mécanique, pour justifier ensuite la création d’objets imaginaires – les quantons – surgissant directement du néant.

L’espace vide des champs n’a ainsi plus de sens : le vide est rempli de champs d’interactions qui en vertu des principes relativistes et quantiques sont soumis à des fluctuations quantiques. Ces fluctuations correspondent à la matérialisation des champs pendant des laps de temps très courts. Toute la matière et toutes les interactions sont présentes dans l’espace vide pourvu que l’on considère cet espace pendant des intervalles de temps suffisamment brefs.  (Cela signifie concrètement que moins un événement est saisissable dans le temps et plus il a de chances d’exister..comme virtualité).

En définitive, l’espace est-il vraiment vide ou bien renferme-t-il quelque chose ? On répond à cette question en postulant l’existence dans tout l’espace d’un champ électrique E d’intensité variable, crée par une charge électrique Q. Une charge q se trouvant à une distance r de Q est soumise à une force F(E) sous l’action du champ. L’équation F(E) = qE définit le champ électrique C’est la force qu’il (le champ) exerce sur une charge unitaire. On peut dire que la charge crée le champ électrique dont la mesure est donnée par la force qui s’exerce sur q.

Nous sommes dans la situation circulaire de la poule et de l’œuf. Le champ est-il en lui-même un champ électrique de sorte que sa nature propre contiendrait de l’électricité ou est-ce la charge électrique portée par la particule qui révélerait la nature électrique du champ ? Ce qui est certain, c’est que le phénomène électrique est de nature relationnelle et donc réactif. C’est la mise en contact du vide et d’une particule qui engendre un champ et donc une charge électrique. Champs et charge apparaissent comme indissociables. Il ne peut exister d’un côté un champ, de l’autre une charge : là où il y a champs, il y a charge et réciproquement. Mais pour qu’il y ait réaction et donc contact, encore faut-il se trouver d’une part en face d’un objet, possédant des propriétés réactives d’autre part. Or si le vide est vide il ne peut réagir. Pour sortir de cette impasse la physique quantique et Einstein, ont imaginé nombre de solutions dont les l’idée d’un champ de matière, d’un nuage d’énergie entourant l’électron, comme si ce champ accompagnait l’électron dans ses déplacements en étant comme posé sur le vide.

Ainsi, Einstein vide l’espace de toute sa matérialité mais y installe des champs qui redeviennent des champs de matière. Dirac les emplis d’énergie négative et positive et sont chargés maintenant de donner corps à  des particules virtuelles d’interaction  déduite par du principe d’incertitude d’Heisenberg. Peu a peu la théorie quantique se solidifie au moyen de coups d’états théoriques de plus en plus osés, s’appuyant sur une quantité énorme d’informations issues d’expériences aussi nombreuses que fertiles en résultats. Cependant certains physiciens ont  posé des questions fondamentales, tel Feynmam :

Si nous avons une particule chargée et que nous la poussions pendant un instant, il y aura une quantité de mouvement dans le champ électromagnétique. Celui-ci va donc réagir c’est-à-dire opposer une résistance. La quantité de mouvement apportée par la particule poussée va avoir pour objet de déclencher le mouvement du champ. C’est donc que dans le champ existait une force de résistance et que celle-ci avait la  valeur de la quantité de mouvement transmise au champ. Si le champ en effet n’était pas constitué d’une force, il ne serait pas nécessaire d’apporter de l’extérieur une quantité de mouvement pour susciter une réaction. Si donc le champ nécessite un apport d’énergie extérieur pour le mettre en mouvement afin que ce mouvement soit transmis, il faut bien que quelque chose résiste, qu’une force s’y trouve logée. Mais une force comme une énergie suppose toujours quelque chose qui la supporte ou qui la déploie. Se pose alors la question de savoir ce qui suscite l’énergie de résistance des champs.

On n’a jusqu’à présent jamais répondu à cette question de Feynman.

2       – La question de la vitesse limite

La théorie de la relativité repose une certitude expérimentale qui n’a fait l’objet d’aucune démonstration théorique : la vitesse de la lumière est une vitesse limite. Einstein constate, à la suite des expériences de Michelson et Morley, l’impossibilité d’appliquer le théorème de l’addition des vitesses à celle de la lumière. Il pose le principe d’une vitesse limite mais ne  nous dit pas quelle en est la cause. Et s’il conclut qu’aucun corps de matière ne peut atteindre cette vitesse, on ne comprend pas pourquoi un corps serait doté d’un mécanisme d’auto inertie qui l’alourdirait. D’après la relativité, en effet, l’augmentation de la masse est proportionnelle à celle de l’énergie (selon l’équation de Lorentz ). Aucune particule de matière ne peut donc atteindre la vitesse de la lumière sans que sa masse tende vers l’infini. Cette élévation de masse est un effet relativiste qui dépendra du choix du référentiel.

Qu’est-ce qui interdit à un  corps de dépasser cette vitesse dans un espace vide ? Ainsi en raisonnant avec la relativité on se trouve dans l’incapacité de dire pourquoi le photon ne peut se déplacer plus vite que la vitesse de la lumière, ni quelle est la cause de cette limitation. L’expérience seule prouve qu’il en est ainsi, qu’il existe une limite aux vitesses. Mais, quelle en est l’origine ? Cette origine ne peut être interne, comme obéissant à un nouveau principe aux fondements plus qu’incertains : celui d’une inertie propre, interne, à la matière et relative à l’observateur.

Certains photons puisque sans masse invariante au repos, mais  très énergétiques, pourraient aller à deux, trois, dix fois la vitesse de la lumière, sans crainte que l’augmentation de leur masse ne les ralentisse. Le photon, comme corpuscule, existe à différents niveaux d’énergie. Or il ne peut être accéléré et, lorsqu’il accroît son énergie, quelque chose de sa substance doit augmenter de volume. Mais cette élévation «de masse » est sans importance sur sa vitesse qui demeure invariable. Il peut donc augmenter le volume, de «substance » à l’infini. Cela ne se produit pas puisqu’on rencontre cette fois une énergie limite sous forme d’une rupture d’état qui donne naissance à la matière. Quelle est la cause de ce phénomène ? Il ne peut  s’agir que d’une cause externe car si aucun effet extérieur n’intervient pour limiter son élévation de volume et le scinder en deux particules, il est parfaitement autorisé à s’accroître à l’infini Le photon, existe à différents niveaux d’énergie mais il ne peut être accéléré et, lorsqu’il accroît son énergie, quelque chose de sa substance doit augmenter de volume. Le prestige d’Einstein, la confirmation par les expériences de l’exactitude de ses théories,  ont occulté certains vices de raisonnement qui nous semblent être contenus dans l’usage fait des transformations de Lorentz destinées tout à la fois à poser la vitesse de la lumière comme vitesse limite et à justifier le principe d’équivalence masse-énergie.

L’équation de Lorentz  interprétée par Einstein démontre que lorsque la vitesse tend vers C, la masse de la particule augmente indéfiniment et exigerait l’usage d’une force infiniment grande pour s’y approcher. On en déduit que la vitesse C de la lumière est une vitesse limite que nulle particule matérielle ne peut atteindre. De là cette  conséquence : seuls des objets non matériels (sans masse) peuvent se déplacer et se maintenir à cette vitesse. Ce raisonnement est désormais bien établi, d’autant qu’il s’appuie sur une solide base expérimentale. Quatre affirmations sont posées qu’il s’agit d’examiner de près :

1)  la masse d’une particule croît avec la vitesse et aucune particule massive ne peut atteindre la vitesse de la lumière. 2) la vitesse de la lumière est une vitesse limite. 3) Seuls des photons – grains d’énergie sans masse – peuvent se déplacer à C.

1-   La masse d’une particule croît avec la vitesse :

Il s’agit d’une affirmation qui joue habilement sur la notion d’augmentation de l’inertie d’un corps due à la  croissance de sa vitesse. En physique classique, lorsque cet objet est mis en mouvement, sa masse peut éventuellement subir des déformations, mais la quantité de matière ne varie pas. Ce qui augmente c’est son inertie, c’est-à-dire sa résistance au changement de son mouvement. C’est que la valeur d’une masse, son poids, se mesure par une accélération. Plus celle-ci  est forte, plus l’énergie cinétique s’élève et plus elle pèse et contient d’énergie. Dès l’origine, la masse relève d’une double définition : 1) la quantité de matière physiquement mesurable en volume qui est invariable comme étalon 2) la mesure de son poids qui dépend de la valeur d’une force variable selon le lieu. Dans cet ordre d’idée, toute énergie supplémentaire transmise  à un corps qui accroît sa vitesse  accroît son inertie. Mais, sa masse dite au repos – sa quantité physique de matière – doit rester invariable. On constate qu’il est très facile de jouer alternativement sur les notions de masse et d’énergie La possibilité d’une équivalence masse/énergie était ainsi contenue dans la définition de la masse pesante.

Tout corps accéléré augmente donc son inertie. Mais ce que nous dit Einstein est différent : un corps accéléré augmente certes son inertie mais en plus, sa masse RELATIVE augmente d’une coefficient q correspondant au différentiel entre la vitesse de la lumière et sa vitesse propre (application de l’équation dite de Lorentz). Mais cette élévation de masse ne relève ni d’une augmentation de la masse-matière, ni de celle de l’énergie cinétique. Cet effet relativiste, purement mathématique, suscite pourtant un effet physique bien réel : le blocage de la particule devant le mur de la lumière qu’elle ne saurait franchir.

Dans le texte ci-dessous, nous voulons démontrer que si effectivement la mesure de l’inertie est relative a une autre masse, RIEN, aucun phénomène physique, n’explique pourquoi dans le même temps, une accélération produit suscite également un phénomène de résistance à son propre mouvement.

La physique a besoin de deux étalons fixes et matériels (la masse et la longueur) arbitraires pour construire son système de mesure. La construction de la notion de masse, quant à elle, malgré des siècles de pratique, reste une des plus difficiles et prête jusqu’à ce jour à nombre de confusions.

La masse est une quantité de matière Q sur laquelle on va mesurer une force F (gravitationnelle) telle que QF = m = 1kg. Il s’agit de la masse inerte qui représente un coefficient d’inertie, la valeur de la résistance à sa mise en mouvement. En faisant cette opération, on passe de la masse quantité de matière Q à la définition de la valeur de la masse inerte que nous désignerons par mq pour bien spécifier la présence qu’une quantité q de matière. Cette masse inerte n’est pas absolue, mais relative au référentiel où est mesurée la force F. Elle peut donc varier selon le champ de gravitation choisi, mais Q reste invariable. Cette variabilité intrinsèque de la masse alors même qu’elle est posée comme étalon fixe est à l’origine de bien des difficultés.

A la distance d = 1 mètre où se mesure la valeur de la force de gravitation, nous avons une égalité entre la masse inerte mq et celle que nous appellerons la masse cinétique (mc), qui se confondent ici. Si je l’accélère cette masse inerte mq reste invariable mais la masse cinétique va augmentée et en quelque sorte surgir : les masses inerte mq et cinétique mc se séparent. Nous allons avoir une augmentation d’une quantité q qui va se transformer en masse cinétique sous l’action d’une accélération donnant la quantité cinétique qc soit :

mq+qc =mc.

Nous avons ici la définition de 2 types de masse, de deux seules en une, toutes deux relatives au même référentiel : la masse inerte ou mq et la masse cinétique mc. Si on choisi cette fois un référentiel en mouvement la quantité q de la masse inerte mq reste invariable, mais la valeur de la masse cinétique mc dépendra de la valeur relative du mouvement de ce référentiel, ce qui ne change pas la nature de notre problème, nous aurons toujours : mc = mq+qc.

Mais, nous rencontrons ici une première difficulté considérable : on s’aperçoit immédiatement que toute élévation de la force qui se traduit en vitesse peut augmenter à l’infini la quantité qc et donc la masse cinétique. C’est la masse cinétique qui augmente et non la masse inerte mq qui restera invariable. A priori, rien n’empêche de donner à un corps dont la masse-matière n’augmente pas une vitesse infinie, la masse cinétique étant « constituée » d’énergie de mouvement elle peut s’élever sans restriction aucune. Cependant nous sommes en contradiction avec le principe même du mouvement qui interdit une vitesse infinie. Il faut donc poser le principe d’une limite, d’une impossibilité, d’une résistance en quelque sorte, à cette infinité de la vitesse.

C’est à ce stade qu’intervient la relativité dont l’une des ambitions est d’exprimer la nature de cet interdit à l’infinité de la vitesse. Comment procède Einstein ? Il nous démontre, très justement, qu’EN PLUS de la variation de la masse cinétique mc, nous devons tenir compte d’une augmentation relative de cette masse qui corresponde à une quantité relativiste qr dont la valeur est proportionnelle à la vitesse selon les équations de Lorentz.

C’est cette élévation de la masse relativiste (mr) qui doit agir comme une résistance pour empêcher une masse de matière (mq) de tendre vers une vitesse infinie.

Nous aurons donc la définition d’une nouvelle et 3eme masse, la relativiste (mr), soit logiquement :

mr = mq+qc+qr (1)

Nous constatons immédiatement que cette définition de la masse relativiste n’a pas de sens physique. Dans le 2eme terme, les éléments quantitatifs qc et qr étant reliés par un rapport de proportionnalité, ils varient dans le même sens, toute augmentation de la vitesse se traduit à la fois par une élévation de qc et de qr. Par ailleurs, la quantité qr est censée fonctionner comme une résistance au mouvement alors même qu’elle accroît la masse cinétique pour la transformer en masse relativiste (mr)

Car en effet, comment comprendre qr, le coefficient de Lorentz ? Comment comprendre également le fonctionnement de la masse relativiste par rapport à celui de la masse cinétique ? Pour la masse cinétique, toute augmentation de la vitesse se traduit intégralement par une élévation de celle-ci dans les mêmes proportions. Mais pour la quantité qr de la masse relativiste, nous savons qu’il ne peut en être ainsi, elle ne contribue nullement à l’augmentation de la masse cinétique. Elle traduit le phénomène suivant : une partie de l’énergie de la vitesse ne peut se transformer intégralement en mouvement. Nous avons donc un même cause, l’augmentation de la vitesse, qui produit des effets qc et qr différents et surtout contradictoires.

Comment peut-on éviter cette incongruité logique et physique ? Tout simplement en faisant basculer la quantité relativiste de Lorentz (qr) non du côté de la masse cinétique ( mc ) mais de celui de la masse inerte (mq). Dans la relativité en effet nous devrions avoir :

masse relativiste mr = mq+qr (2)

Cette écriture simplifiée correspond à l’équation d’Einstein : M = m/ (1-v²/c²)

Ce n’est donc pas la masse cinétique qui se transforme en masse relativiste par addition du coefficient de Lorentz mais la masse-matière mq qui va être augmentée pour être transformée en masse relativiste.

Or, il est impossible d’écrire l’équation (2). En effet, à quoi va corresponde l’augmentation de masse relativiste mr dans ( 2 )? Nous additionnons deux quantités irréductibles l’une à l’autre. A une quantité de matière mq va être ajoutée une quantité  qr, ce qui est impossible puisque mq est invariable. On ne peut créer de la masse-matière par le simple effet d’une accélération. La quantité relativiste qr n’a aucune réalité matérielle, elle doit donc relever de l’énergie cinétique et nous devons nécessairement la reporter du côté de la masse cinétique (1) mais en l’intégrant comme résistance soit :

Masse relativiste réelle : mr’ = mq+qc-qr (3)

Cette fois, la quantité qr fonctionne bien ici comme une résistance. Nous avons ainsi deux écritures de la masse relativiste, l’une liée à la masse-matière mq et l’autre à la masse cinétique mc.

Or, cette dernière masse cinétique mc est contradictoire : la masse cinétique d’un côté augmente relativement à la vitesse et cette vitesse dans le même temps la réduit d’une certaine quantité. Sachant que nous avons deux masses et deux seules (mq, mc) il parait impossible de rajouter un 3eme type de masse, sauf à l’introduire dans l’un ou l’autre des deux termes, ce qui apparaît également impossible. En vérité, la relativité semble jouer sur ces deux types d’écriture, passant imperceptiblement de l’une à l’autre : l’augmentation de la masse relativiste ne pouvant se faire que du côté de la masse cinétique mais l’écriture formelle n’est possible que du côté de la masse inerte invariable mq.

Se pose alors la question de l’origine de cette quantité de Lorentz qui semble problématique. De quel phénomène physique réel relève-t-il ? Il semble extérieur tout à la fois aux masses inerte et cinétique mq et mc, puisque nous ne pouvons le placer dans l’une ou l’autre des masses. Einstein nous dit que l’augmentation illimitée de la masse cinétique mc est impossible puisqu’elle tendrait à l’infini. Consécutivement, il fonde le principe d’une vitesse limite de la matière. Il faut alors bien entendre le phénomène exprimé par cette quantité qr comme une résistance au mouvement. Et en effet, c’est bien ce qu’il fut déduit de son rôle puisqu’elle exprime la proportion dans laquelle une énergie ne peut se traduire intégralement en mouvement. Et quand cette proportion augmente au point d’aboutir à ce que plus aucune énergie supplémentaire n’engendre une élévation de vitesse, alors nous avons atteint un seuil de résistance qui est celui de la vitesse limite. Mais qu’est-ce qui augmente ainsi ? Ce ne peut-être la masse matière invariable ni la masse cinétique qui au contraire tendrait à diminuer par suite du ralentissement de la vitesse en application de la quantité qr de Lorentz.

On voit comment Einstein joue avec les deux types uniques de masse en introduisant un 3eme type, la masse relativiste dont la quantité qr qui la fonde, peut aller indifféremment de l’une à l’autre. Il faut alors se demander quelle est l’origine de cette ambiguïté ? Cela est dû à la confusion initiale que nous signalions quant à la définition de la masse. En effet, la mesure du poids d’une masse est toujours la mesure d’une énergie et  constitue son inertie, sa résistance au changement de son mouvement. De fait, quand un corps reçoit de l’énergie, il augmente son poids et donc sa résistance au mouvement. Mais sa masse mq reste invariable, il n’y a pas d’élévation de quantité de matière, pas de transformation de l’énergie en masse. La masse ne peut varier que si on pose une quantité invariable susceptible de servir de base à la variation.

Or le poids-énergie d’une masse ne peut croître à l’infini et c’est cette croissance progressive de l’énergie qui va constituer pour Einstein une résistance à son propre mouvement, d’où la nécessité de recourir à la quantité qr de Lorentz pour fonder la vitesse limite de la masse-matière mq.

Mais de fait , si cette masse-matière reste invariable, rien ne l’empêcherait de tendre vers une vitesse infinie et donc d’accroître à l’infini sa masse cinétique qui ,elle, n’est « composée » que d’énergie, de pur mouvement. Car cette énergie cinétique, ce pur mouvement, ne peut fonctionner SIMULTANEMENT, comme principe de mouvement et empêchement à celui-ci, une masse-matière invariable ne peut SIMULTANEMENT recevoir de l’énergie/mouvement et être celle qui limite son propre mouvement en transformant cette énergie en résistance. Une énergie cinétique ne peut A LA FOIS  augmenter une vitesse et ralentir celle-ci ! Mais passant outre à cette radicale aporie, Einstein pose que seul l’interdit sur l’accroissement infini de la masse-matière mq peut justifier la vitesse limite. Cela explique pourquoi nous retrouvons la quantité qr de Lorentz du côte de la masse inerte mq alors même qu’il s’agit nullement d’une élévation réelle de masse-matière mais seulement fictive de mq qu’Einstein transforme en masse cinétique mc.

C’est ici que Einstein fait intervenir le rôle de l’observateur : cette augmentation de la quantité relativiste qr qui agit comme une résistance ne peut se mesurer qu’entre deux observateurs en mouvement relatif différentiel : deux observateurs en repos relatif ne pourront constater cette augmentation relative de masse. Pourtant, ces deux observateurs aux approches de C ne verront pas leur vitesse augmentée et seront face à un « mur relativiste » de la vitesse limite. Leur masse relative respective n’aura pas augmentée et pourtant, quelque soit l’énergie employée, ils ne pourront plus accélérer. Aucun des d’eux ne pourra justifier l’existence d’une vitesse limite car il ne s’agit pas d’un absolu que chaque observateur peut expérimenter mais d’une observation RELATIVE: La fondation d’un vitesse absolue dépend essentiellement de la position relative d’un observateur. Il est inconcevable pour la relativité qu’il puisse y avoir existence d’une vitesse absolue « en soi » qui ne dépende pas de la position d’un observateur et qui représente une impossibilité physique réelle.

Il est ainsi capital que la masse relative demeure fictive, qu’elle ne corresponde à aucun phénomène strictement « matériel » mettant en jeu une quantité de matière, qu’elle puisse être constatée par un observateur mais n’existe pas pour un autre. L’important pour la relativité était de trouver une CAUSE à la résistance d’un corps à une vitesse infinie, c’était de fonder, dans les mathématiques seulement, le principe d’interdiction de cette vitesse infinie, c’était de construire une nouvelle philosophie du mouvement dans un espace vide et non réactif.

Tout porte à croire que cette ambiguïté dissimule un impensé véritable, le mécanisme essentiel qui interdit une vitesse infinie, lequel semble échapper à la théorie de la relativité.

Puisque la masse tend à augmenter indéfiniment à l’approche de C, aucune particule de matière ne peut atteindre cette vitesse. Or  l’augmentation infinie de la masse ne peut être puisqu’une particule  accélérée évacue son énergie supplémentaire sous forme de rayonnements de freinage. Feynman nous dit en effet que lorsqu’on accélère une charge, elle rayonne des ondes électromagnétiques et perd ainsi de l’énergie. Dés lors, le travail qu’on fournit à une charge doit être égal par seconde à la perte d’énergie due aux rayonnements. Et Feynman de conclure : d’où vient la force supplémentaire contre laquelle nous effectuons ce travail ? L’électron exercerait sur lui-même une force qui tend à empêcher son accélération et se retient par ses propres lacets de chaussures.

Si l’on suit le raisonnement de la physique relativiste nous aurions affaire à deux phénomènes contradictoires : d’une part une augmentation de la masse-matière et d’autre part une diminution de cette masse-matière consécutive à ces rayonnements de freinage. Comme l’intensité de ces rayonnements ne peut être que proportionnelle à la vitesse, il faut bien que la masse-matière demeure invariable. Une particule ne peut à la fois augmenter sa masse et en perdre sous forme de rayonnements. L’argument d’une augmentation de la masse-matière comme cause interne du freinage de la particule lui interdisant d’atteindre la vitesse C n’est donc pas recevable. De fait, dans l’expérimentation, une particule qui est accélérée n’augmente pas sa masse à l’infinie. Aux vitesses proches de C, il se produit une rupture d’état à l’occasion de laquelle des particules nouvelles sont créées. On constate donc que  » l’expérience de pensée  » d’Einstein ne peut correspondre à rien de réel.  Il serait plus simple d’avouer qu’une cause externe est à l’origine du ralentissement de la particule, et que cette cause est celle-là même qui produit les rayonnements de freinage.

En physique classique, ce qui augmente, c’est la masse-inertie, c’est-à-dire la RESISTANCE EXTERIEURE au mouvement alors même que la masse-matière doit de rester invariable. Mais il est évident qu’Einstein ne pouvait poser cette question : qu’est-ce qui engendre une résistance au mouvement des particules alors même qu’il est supposé un espace vide et insusceptible d’affecter le mouvement des corps en son sein ?

( Lorentz avait situé l’origine de cette force dans l’action de l’électron sur lui-même; il s’agit en quelque sorte d’une «auto-interaction». Mais cette auto-inertie doit  prendre une valeur infinie pour une charge ponctuelle). Nous allons comme Einstein, recourir à une expérience de pensée pour montrer les incohérences des justifications de la relativité.

Les deux vaisseaux et le synchrotron

Deux observateurs A et B circulent dans un synchrotron géant  dont un 3eme C commande la vitesse et un angle fixe d’incurvation de la trajectoire correspondant au rayon de l’appareil.

Lorsque C les accélère A et B sont toujours en repos relatif mais sont contraints au fur et à mesure de corriger leur trajectoire manuellement sous peine de heurter la parois du synchrotron. ( C n’opère aucune correction, le champ EM est uniforme). Par ailleurs A et B constatent mutuellement une émission de rayonnements en provenance de leur vaisseau respectif alors même qu’il sont toujours au repos relatif et n’ont aucun moyen de connaître leur vitesse.

La correction de trajectoire est transmise à C qui constate que celle-ci est proportionnelle à la vitesse et correspond bien aux enseignements de la relativité : le freinage est du à l’augmentation relative de la masse proportionnelle à la vitesse.

Cette augmentation de la masse est relative uniquement à C puisque A et B sont mouvement par rapport à lui. Il n’y a pas d’augmentation de masse entre A et B puisque au repos relatif et pourtant ils sont contraints d’effectuer des corrections de trajectoire et de voir des rayonnements dont ils ne peuvent trouver aucune explication. Pour A et B, la mesure de leur inertie relative étant inchangée, tout se passe comme s’il ne se passait  rien si on en croit la relativité.

Cette augmentation  de masse censée expliquer le freinage des vaisseaux est totalement fictive ou plus exactement est liée uniquement à la mesure car la masse dite au repos reste invariante pour AB et C. Elle est fictive car elle ne correspond aucunement à une augmentation réelle de la masse-matière puisque supposée dans le référentiel de C mais pas dans celui entre A et B. Elle est fictive car elle dépend essentiellement de la position de l’observateur qui va mesurer le mouvement. Il faut alors différentier la mesure d’un mouvement, et donc d’une inertie relative, des phénomènes physiques réels que produit ce mouvement.

S’il est vrai que la détermination de la valeur mesurée d’un mouvement suppose un rapport entre deux référentiels (on ne peut mesurer un mouvement en lui-même, dans l’absolu), les conséquences physiques qu’engendrent un mouvement ne sauraient être différentes selon le référentiel. Le freinage des vaisseaux (la correction de trajectoire, le rayonnement émis) ne sont pas relatifs à l’observateurs C mais se constatent effectivement par A et B. Il est donc impossible d’expliquer par la relativité à A et à B la cause du phénomène qu’ils observent. Il faut donc trouver une explication cohérente qui soit valable pour A.B et C ; Or manifestement la notion d’augmentation relative de la masse ne peut expliquer POURQUOI, il se produit une résistance au mouvement que l’on peut constater dans tous les référentiels.

2-  La vitesse de la lumière est une vitesse limite.

A partir de cette argumentation d’une croissance  proportionnelle de la masse à la vitesse,  Einstein va pouvoir  justifier la vitesse limite de la lumière : c’est  cette augmentation RELATIVE de masse qui va en quelque sorte freiner la particule. L’inertie n’est plus externe – due à une force extérieure comme dans la pesanteur – mais interne à la matière. Einstein fonde le principe d’une auto-inertie de la matière, d’une cause « en soi » de la limitation d’un mouvement, d’un individualisme des particules. Et si une particule matérielle ne peut atteindre la vitesse de la lumière, c’est qu’il existe une limitation de son accroissement et par conséquent une vitesse limite.

Cette démonstration est alors étayée par le recours à l’équation de Lorentz. Mais cette équation contient  la condition qu’elle est chargée de démontrée à savoir que la vitesse C. est une vitesse limite. En effet le rapport v²/ C² est affirmé d’emblée comme condition de la croissance de la masse relative. Elle suppose immédiatement qu’aucune particule matérielle ne peut atteindre C et que cette vitesse représente une condition limite. Ainsi, la conclusion se trouve introduite dans les prémisses de la démonstration.

Lorsqu’on constate une vitesse limite du déplacement des corps dans l’atmosphère terrestre, nous en connaissons la cause : la résistance de l’air. Cette résistance croît  comme le carré de la vitesse. Mais l’acte de fondation de la physique relativiste a été d’évacuer l’hypothèse de l’influence de l’éther sur le déplacement des corps. Il n’y avait pas d’autre solution que d’imaginer une auto-limitation de la vitesse par croissance de la masse en jouant sur l’ambiguïté masse-matière et masse-inertie, énergie cinétique et énergie de masse,vitesse absolue et relative à un référentiel. En effet, ce freinage de la particule n’est pas absolu et ne correspond pas à un phénomène physique réel, opposable à tous. La vitesse absolue C n’est justifiable que relativement à un observateur et l’absolu d’un mouvement se trouve curieusement fondé par un argument relatif.

3- Seuls des grains d’énergie sans masse peuvent atteindre et se maintenir à la vitesse de la lumière.

L’argumentation se poursuit qui a pour objet de justifier l’absence de masse des photons : seuls des photons – grains d’énergie sans masse – peuvent atteindre et se maintenir à la vitesse C. La masse est un obstacle pour atteindre la vitesse de la lumière. Consécutivement seul un objet sans masse peut accéder à la vitesse C.

L’argument parait simple, il s’agit d’un renversement, d’un raisonnement à contrario. Or celui-ci est en toute bonne logique totalement irrecevable. Comment en effet définir un objet- le photon – par la qualité de n’avoir pas une propriété détenue par un autre corps que lui-même ? Ce raisonnement est alors du type : un animal ayant deux pattes ne peut aller à la vitesse d’un cheval, aussi  seul un animal n’ayant pas deux pattes peut aller à cette vitesse.

Si l’on passe sur la surprise constituée par la découverte d’un objet physique  sans masse,  comme sur le concept aberrant de grain d’énergie, on ne saisit par très bien quelle propriété physique les autorise à n’exister qu’à la vitesse C (et pas en dessous ni au-dessus), ni ce qui justifie la trajectoire seulement rectiligne de leur mouvement. Par contre, ce grain d’énergie peut croître de façon linéaire et donc « exister » selon différents niveaux d’énergie jusqu’à une énergie limite qui est celle à partir de laquelle la création de matière devient possible.

La masse de matière peut se constituer, exister, être créée, à la condition de vitesse C, mais ne peut demeurer en cet état de mouvement. Or, ce qui n’est pas démontré, c’est pourquoi une croissance infinie de l’énergie d’un photon ne peut engendrer un grain d’une grosseur infinie. Quelles sont les contraintes qui limitent cette « masse » infinie et imposent le surgissement de masse-matière à certains niveaux d’énergie. On voit que là aussi, il existe des limites physiques à la croissance du grain d’énergie et que cette limite est toujours celle qui impose une rupture d’état.  Ce qui est en jeu ici c’est la distinction fondamentale entre deux états : celui de la matière et celui de l’état-lumière et des modalités de transition réciproque. L’absence de masse du photon ne peut être simplement déduite de l’équation de Lorentz comme une impossibilité faite à la matière d’atteindre cette vitesse. Elle tient à des caractéristiques propres du photon qui se doivent d’être mises à jour.

En définitive, l’existence d’une vitesse limite nous semble plutôt imposée par les conditions d’existence du mouvement. Un corps quelconque, fut-ce un grain d’énergie (?) , ne peut atteindre une vitesse illimitée car, à supposer une circonférence elle-même infinie de l’univers, il serait immédiatement de retour à son point de départ. Une vitesse illimitée est un non-sens fondamental. Il doit nécessairement se trouver une vitesse limite pour fonder la notion de mouvement. Mais encore faut-il que cette exigence de principe trouve sa concrétisation dans le réel : il faut qu’un corps soit empêché par quelque chose pour ne pas dépasser cette vitesse. Et cet interdit doit être externe à ce corps puisqu’on ne voit pas pourquoi la matière contiendrait en elle-même son principe d’inertie. Ce n’est pas parce que un corps (de matière)  augmente RELATIVEMENT sa masse en proportion de sa vitesse, qu’il ne peut dépasser la vitesse de la lumière. Il lui faut obligatoirement une résistance externe. La question se pose tout entière alors de savoir quelle serait la nature d’une résistance externe à la matière elle-même qui viendrait limiter la vitesse des corps.

3- LES AMBIGUÏTES ET CONFUSIONS SUR LES NOTIONS D’ENERGIE ET D’EQUIVALENCE MASSE/ENERGIE

Pour beaucoup de physiciens, l’équivalence masse-énergie est une évidence qui ne nécessite plus de démonstrations pour certifier sa validité. Nous voulons montrer que ce n’est pas le cas et que les certitudes expérimentales ont masqué les insuffisances des analyses mécanique et théorique du phénomène.

Nous savons depuis Einstein que la masse est l’équivalent de l’énergie. Ce terme pose immédiatement une difficulté majeure qui est celle du respect du principe d’identité. Une chose est selon ses propriétés et ne saurait être équivalente à aucune autre. L’équivalence ne peut être que d’ordre métaphysique.  Ainsi,  peut-on abstraire les propriétés des marchandises auxquelles est attribuée une valeur monétaire. Sur ce seul plan, deux objets de même valeur peuvent être considérés comme équivalents, ce qui permet leur échange.

L’énergie ne peut être l’équivalent de la matière et encore moins identique, ce que laisse supposer la notion d’équivalence. Ces incertitudes conceptuelles, loin d’être anodines, cachent une réelle difficulté. Qu’en est-il en effet de l’état physique de l’énergie ? S’il est admis que la masse se transforme en énergie, comment déterminer le lieu, le volume, le poids, la forme de cet objet curieux dénommé énergie.

Car l’énergie à proprement parler n’existe pas comme objet: l’énergie double le concept de mouvement, l’énergie n’est que du mouvement.  Il nous est dit que dans une particule cette énergie est stockée sous forme de masse. L’équivalence est présentée tantôt sous le mode de l’identité – la masse est de l’énergie, tantôt sur celui du contenant – la masse contient de l’énergie ou encore qu’un corps transporte de l’énergie. Mais la question se pose immédiatement :  comment une masse au repos peut-elle contenir, stocker, transporter  quelque chose comme du mouvement ? Si on remplace le terme d’énergie par sa véritable équivalence, le mouvement, on ne comprend plus très bien. Car le mouvement apparaît bien pour ce qu’il est: une véritable abstraction ne pouvant jamais être saisie indépendamment de l’objet qui se meut. Il peut donc y avoir équivalence de la valeur d’un mouvement de deux objets différents mais un objet ne peut se changer en son équivalent comme s’il passait d’un état de réalité à un état d’abstraction.

Ainsi, l’expression   équivalence masse-énergie prête à confusion. On croit  que la masse contient une sorte de  matière subtile évanescente : l’énergie. Quand on dit que la masse stocke, contient, peut se transformer en énergie, on recourt également à cette conception bien commode car insaisissable de l’énergie. De fait, une masse qui s’annihile transmet sa quantité de mouvement à un autre objet physique, le photon,  qui “ supporte “ le mouvement transmis : il n’y a pas d’énergie sans mouvement et sans déplacement d’un objet.

1 – La conservation de l’énergie

Le principe de conservation de l’énergie signifie qu’il y a conservation du mouvement. Et seul  un mouvement qui est conservé peut se transmettre. Ce qui se conserve et se transmet, c’est toujours un quelque chose en mouvement. Il n’y a rien d’extraordinaire, sinon un respect des principes de base de la physique classique. Car en suivant le raisonnement de la physique relativiste nous aboutirions au paradoxe suivant : Une masse au repos contient son équivalent en mouvement ce qui est logiquement inacceptable, sans autres explications. La conservation de l’énergie suppose un support, un corps physique qui est lui-même en mouvement. Il y a cependant différentes façons de conserver  le mouvement.

La conservation de celui-ci à la suite d’une transmission par contact d’une autre masse se manifeste physiquement par le déplacement du corps ou celui de molécules et particules. Il s’agit du principal procédé de transmission et de conservation de l’énergie du mouvement et qui recouvre la plupart des transformations (combustions, échauffements, énergie solaire, énergie nucléaire, chimique etc. )

Il faut conclure que le principe de conservation de l’énergie ne suppose pas une  boite à l’intérieur de laquelle l’énergie est stockée comme des conserves dans une armoire. La conservation de l’énergie implique qu’un corps soit  en mouvement ou que celui-ci soit retenu. Il ne s’agit donc pas d’une énergie potentielle mais d’une énergie réelle en train de s’exprimer.

La notion d’énergie potentielle est à l’origine de cette idée qu’il est possible de stocker de l’énergie. Ainsi, un corps suspendu à une certaine hauteur détiendrait une énergie potentielle de gravitation. Or, il ne contient strictement aucune énergie, il est simplement soumis à une force externe

Le principe de conservation de l’énergie interne par la masse n’est donc aucunement fondé. Qu’en est-il en effet d’une particule sans mouvement de translation dans l’espace qui conserverait son énergie de masse ? Lorsqu’un électron est annihilé au contact d’un positron, il se crée deux photons. Ces photons sont assimilés traditionnellement à de la pure énergie. Or l’énergie pure n’a aucun sens, le concept d’énergie est équivalent au concept de mouvement. Il ne saurait donc y avoir d’énergie sans l’expression d’un mouvement et il s’agit toujours du mouvement de quelque chose. Dés lors l’idée de «paquets d’énergie » souvent usitée par la physique contemporaine est une absurdité. Elle signifie simplement  que la recherche la plus moderne reste sous l’emprise de l’ancienne représentation de l’énergie comme fluide magique contenu dans la matière. La masse ne détient que la capacité de se transformer en photons, lesquels sont des objets physiques à statut particulier agis par de l’énergie mais qui ne sont pas eux-mêmes de l’énergie.  Or si la masse conserve de l’énergie cela veut dire qu’elle conserve du mouvement et c’est ce mouvement qui est transmis aux photons. Mais la physique contemporaine ne sait pas pourquoi le mouvement est conservé par la masse ni comment s’effectue la transition matière-photons. L’équation E = mc², orgueil de l’humanité, par sa beauté et sa simplicité, semble se suffire à elle-même et ne guère avoir besoin de fondements théoriques puisque l’expérimentation la confirme. Il nous semble tout au contraire qu’elle manque cruellement de bases rationnelles. Nous ne pouvons nous contenter du seul apport d’Einstein, considéré par tous comme suffisant, comme si la réflexion dans ce domaine était définitivement close.

Par ailleurs, toutes les particules chargées ont la propriété, lorsqu’elles sont soumises à un champ électromagnétique, d’émettre un nombre indéterminé de photons : le phénomène porte le nom de rayonnements de freinage. Quelle est la cause de cet effet ? La particule émettrait-elle du sein de sa matière propre des photons ayant pour conséquence de la freiner ? Mais dans cette hypothèse, ce qu’elle gagnerait en masse du fait de sa vitesse serait en partie dissipé en rayonnements. Il n’y aurait pas d’augmentation de masse proportionnelle à la vitesse et l’origine du freinage de la particule resterait mystérieuse. Comme on le voit, l’existence même de rayonnements de freinage pourrait détruire l’argumentation d’Einstein. Si ces rayonnements ne proviennent pas de la particule, qu’elle en serait la source ? Certainement pas de l’espace puisque cela supposerait de le doter d’en densité extrême. En outre la science la plus moderne ne voudra plus être de nouveau confrontée avec la problématique sans issue de l’éther.

Ces rayonnements signifieraient alors que la masse demeure invariable mais que l’énergie excédentaire de l’accélération est évacuée. Pourtant la physique relativiste est tout entière construite sur cette idée d’une augmentation de la masse-matière proportionnellement à la vitesse sans que jamais il soit précisé quelles sont les modalités phénoménologiques . . Mais il est vrai qu’il s’agit d’une augmentation RELATIVE, qui peut-être perçue par un observateur mais pas par un autre. Ici, nous avons affaire à une réalité/vérité relative : le phénomène qui se produit pour l’un n’aura aucune réalité ou existence pour l’autre, tout dépendra du système de référence choisi. Ainsi, la physique relativiste a-t-elle détruit la notion même de phénomène objectif, réel. Or,le rayonnement de freinage peut être constaté par tous les observateurs et celui-ci est consécutif à l’augmentation de masse laquelle ne l’est pas par tous. Ainsi, l’un des observateurs possède-t-il l’explication sur la cause quand l’autre est condamné à rester dans l’ignorance en application des postulats de la relativité. Cette équivalence masse-énergie, qui parait si naturelle car les expérimentateurs la vérifient chaque jour, n’a-t-elle pas été acceptée un peu trop facilement comme évidence, alors même qu’elle demanderait à nous révéler d’autres secrets, celui par exemple de la transmutation de l’énergie en matière et vice versa ?

Le photon  n’ayant pas de statut précis en physique (il n’a pas de masse invariante au repos ), il fut tentant de «matérialiser » l’énergie en affirmant que le photon EST de l’énergie. Dés lors la réversibilité masse-énergie pouvait correspondre aux transformations particules-photons. Nous retrouvons l’ambiguïté précitée : le photon est-il de l’énergie ou transporte-t-il de l’énergie ? S’il transporte de l’énergie il faut qu’il soit constitué en objet et que la valeur de cette énergie  «transportée» soit équivalente à celle de son mouvement. S’il s’agit d’un objet physique, il doit avoir une sorte de masse constituée d’une substance occupant un volume dans l’espace. S’il existe comme objet physique en mouvement, il n’EST donc par pure énergie.

Ce concept de masse invariante au repos laisse sous-entendre que le photon, s’il ne peut avoir ce type de masse, ne peut pas avoir de masse du tout. Nous ne pouvons donc pas appliquer l’équivalence masse-énergie au photon (sauf à penser comme louis De Broglie que le photon pourrait tout de même avoir une masse : mais cette masse n’est pas équivalente au concept de masse de matière au repos;  Il faudrait aussi envisager une catégorie particulière de masse ! )

Ce qui est sûr, c’est que l’énergie du photon peut se transformer en masse invariante et qu’inversement la matière peut se transformer en photons. Ici, il ne sagirait plus d’équivalence mais de transformation par une opération physique de changement d’état. Si le photon ne peut être assimilé à une masse-matière, on est condamné à le restituer au concept de pure énergie. Mais comme nous avons posé qu’il ne saurait y avoir d’énergie sans un mouvement qui l’exprime, le photon serait essentiellement du mouvement, ce qui vide celui-ci de toute réalité puisqu’un mouvement n’est jamais que celui d’un objet. Pour éviter cette impasse il faut alors affirmer que le photon, les ondes électromagnétiques, transportent de l’énergie. Cette image ne nous faire guère progresser : tout objet en mouvement emporte son énergie avec lui, un train de voyageurs transporte son énergie ! On remarquera que l’assimilation du photon à de l’énergie est fort commode et permet de ne pas s’embarrasser des difficultés que nous venons de soulever.

Nous sommes dans la plus grande difficulté  pour rendre compte avec notre langage des concepts de la physique et on serait tenté de poser un principe d’intraduisibilité absolu entre le monde physique et l’univers du langage. Nous pourrions nous satisfaire du formalisme mathématique et du seul apport des expériences : l’égalité E = mc² signifie simplement que l’énergie peut se transformer en matière et réciproquement, ce qui est vérifiable par l’expérimentation. En recourant à ce procédé, nous avouons et théorisons notre incompréhension et limitons  notre désir d’en savoir plus.

Cette démission de l’esprit devant sa tâche étant insatisfaisante, il nous faut reprendre à la base le raisonnement : il ne saurait y avoir d’énergie sans mouvement et tout mouvement est celui d’un objet physique. Dés lors le photon n’est pas de l’énergie mais un objet en mouvement, de même que les ondes électromagnétiques. Mais aussitôt nous somme face à un questionnement essentiel: de quoi sont faits ces objets sans masse dénommés ondes électromagnétiques et photons ? La physique actuelle n’accorde aucun statut de réalité aux ondes E.M. Aussi, le recours à l’expression   » les ondes transportent de l’énergie, sont de l’énergie  » était bien pratique pour camoufler la difficulté.  Mais elle admet que le photon est un corpuscule qui se révèle être un terme inadéquat. Dans l’impression de plaques d’épreuve, le photon se comporte « comme » un corpuscule de matière en laissant un impact. Ici aussi, le photon est traité à l’équivalence d’un corpuscule de matière sans pour autant y émarger. Cette imprécision du vocabulaire, loin d’être anodine, dissimule un réel problème d’intelligibilité des phénomènes.

Si le photon n’est pas de l’énergie et s’il n’a pas de masse, il ne saurait être totalement un corpuscule de matière  » classique « . Mais un objet sans masse au repos peut-il se concevoir ? Il faut donc accorder au photon un statut particulier de masse-en-mouvement puisqu’il a une réalité d’objet perceptible par nos sens et les instruments. On voit par-là qu’une réflexion en profondeur doit être menée pour définir un état de la matière aux propriétés particulières, sans se contenter de ce double statut prêté complaisamment au photon, celui d’être à la fois onde et corpuscule.

Mais l’énergie a-t-elle une masse ? La question revient à se demander si le pur mouvement a une masse. Bien évidemment non, car la masse relève de la matérialité et le mouvement le  «mode d’être  » de cette masse.  Lorsqu’une particule est extraite d’un atome, sa masse est supérieure à celle qu’elle pesait auparavant. Ce « défaut de masse » est attribué à l’énergie de liaison qui est libérée lors de son extraction. De là, il fut conclut un peu hâtivement que l’énergie avait une masse. Einstein n’a pas hésité à faire jouer la notion d’équivalence en déclarant que l’énergie avait un poids. Dans ce cas, il ne devrait pas y avoir de différence entre la masse d’un atome et la somme de ses constituants lorsqu’ils en sont séparés. Or une différence existe : l’énergie de liaison de l’atome n’a donc aucun poids.

Pourquoi cette confusion semble-t-elle constamment entretenue ?  C’est que la valeur d’une masse, son poids, se mesure par celle d’une accélération, c’est-à-dire d’un mouvement. Plus l’accélération est forte, son mouvement rapide, plus elle pèse et contient d’énergie. Dés l’origine, la masse relève d’une double définition:

1) la quantité de matière physiquement mesurable en volume qui est invariable comme étalon

2) la mesure de son poids qui dépend de la mesure d’une force laquelle est variable selon le lieu. Aussi, un même étalon de matière peut-il «contenir » une énergie potentielle différente selon le lieu de la mesure de la force d’attraction. L’équivalence masse-énergie est donc contenue dans la définition de la masse. Toute énergie supplémentaire transmise  à un corps qui accroît sa vitesse accroît sa masse-cinétique, mais celle dite au repos – sa quantité physique de matière – doit rester invariable. On constate qu’il est très facile de jouer alternativement sur les notions de masse et d’énergie.

2 – L’énergie a-t-elle un poids ?

Dans la dynamique newtonienne on prevoyait la conservation  de l’énergie d’un système isolé et les variations de l’énergie cinétique dépendait du travail des forces extérieures. La masse comme quantité physique de matière demeurait invariable.

En physique relativiste, la masse au repos a une énergie interne propre. Qu’est-ce que cette énergie latente de masse alors même que la particule est définie comme invariante au repos ? A aucun moment Einstein nous fournit la moindre explication à ce sujet. Outre les équations de Lorentz qui ont pour objectif de montrer la croissance de la masse en proportion de la vitesse, Einstein recourt à l’exemple suivant pour illustrer son principe d’équivalence masse- énergie :

Deux fragments de matière absorbent une quantité égale d’énergie s’ils sont irradiés. Ils acquièrent l’un et l’autre une masse supplémentaire et les ressorts au bout desquels ils pendent s’allongent. L’énergie a donc elle aussi une masse inerte.

L’expression  » l’énergie a aussi une masse inerte  » est pour le moins inexacte. Dire que l’énergie a une masse inerte revient à dire que le mouvement a une masse inerte, ce qui est inacceptable. Il faut alors comprendre qu’ une quantité de la  » substance «   en mouvement des photons s’est transformée en matière pesante, s’est agglutinée par un procédé, qu’il s’agirait de décrire très précisément, aux  particules pesantes formant une masse.

Si l’énergie cinétique s’est accrue par contre, il ne saurait y a avoir augmentation de matière. Or pour Einstein, toute hausse de cette énergie cinétique aux approches de la vitesse de la lumière augmente la masse. Le proton étant d’un poids invariable, cet apport d’énergie se traduit par un rayonnement de freinage qui restitue l’énergie reçue. En effet, la valeur de masse d’une particule est constitutive de son identité: celle-ci n’existe qu’à une condition de masse précise (il pourrait y avoir des particules de n’importe quelle masse, selon un continuum, ce qui n’est pas le cas ). On ne comprend toujours pas comment un rayonnement absorbé par un corps peut augmenter sa masse inerte. Il est impossible de transmettre de l’énergie qui ne serait pas celui d’un « corps » en mouvement comme il ne saurait y avoir augmentation de la masse de matière sans recourir à un procédé de transformation d’un photon-en-mouvement en masse pesante qui aboutit à la création de deux particules.

Dans cette mutation de l’énergie en masse pesante du photon, Einstein se saisit de l’acception purement énergétique du photon – le photon est de l’énergie pure – et, par une application stricte du principe d’équivalence masse-énergie,  il conclut à l’augmentation du poids et donc de la masse physique. De fait, il peut y avoir augmentation de la quantité de mouvement d’une particule mais en aucune manière augmentation de sa masse de matière. La création de masse obéit à des conditions strictes de niveau d’énergie.

On voit donc que le trouble existant sur le statut physique du photon se double d’un trouble sur la définition de l’énergie. Ce qui est à chaque fois dissimulé, c’est le procédé par lequel l’énergie du mouvement d’un corps peut se transformer en masse réelle de matière pesante.

Dans les accélérateurs de particules, des particules éphémères sont créées par collisions de haute énergie entre protons par exemple. Il y a en effet création de particules nouvelles, de masse supérieure au proton, par le « simple » fait d’accélérer ces protons. Ce donc pas l’énergie en tant que telle qui suscite de la masse-matière, mais le mouvement donné aux protons qui sont diffusés.

La masse inerte d’une particule, sa quantité finie de matière qu’elle contient et qui s’exprime par un poids mesuré conventionnellement relativement à une accélération donnée, est par contrainte invariable. Une particule permanente (électron, proton et dans certaines conditions le neutron ) se définit par la valeur constante de sa masse en déca et au-delà de laquelle elle en saurait demeurer en l’état. Les conditions de création d’une particule suppose qu’une énergie précise puisse se transformer en matière, ce qui implique qu’en deçà aucune particule ne puisse se former et qu’au-delà l’excédent s’évacue sous forme de rayonnement ou se transmue d’autres particules éphémères. Si cette masse pouvait varier, nous aurions une gradation infinie de particules possible à tout niveau d’énergie, ce qui n’est pas vérifié dans les accélérateurs où seuls protons et électrons, voir neutrinos constituent le terme de tous les processus particulaires.

On ne saurait par conséquent accepter l’idée qu’une particule puisse augmenter sa masse par absorption d’énergie de photons ou par accélération. La conservation de l’énergie de masse doit alors être différencier de la conservation de l’énergie cinétique de translation. Lorsque cette énergie cinétique est augmentée, c’est sa quantité de mouvement qui s’accroît alors même que sa masse inerte demeure invariable. Cependant, ce qui varie en proportion d’un surcroît d’énergie c’est la résistance qui s’oppose au mouvement. Cette résistance est peu sensible aux petites vitesses mais s’élève rapidement aux vitesses relativistes et sa mesure correspond aux équations de Lorentz intégrées dans la théorie de la relativité. De même, lorsqu’une particule appartenant à un atome  » absorbe  » un photon elle voit sa quantité de mouvement augmentée sous le choc sans que pour autant accroître sa masse inerte, puis restitue en émission ce photon, ce qui signifie bien qu’on ne saurait élever l’énergie de la masse inerte d’une particule.

4 -  ONDES PHOTONS ET CORPUSCULES

On ne peut pas dire qu’un objet choisit simultanément deux trajectoires opposées ou qu’une chose est à la fois ici et ailleurs, qu’un objet est à la fois lui-même et autre : les principes de non-contradiction et d’identité constituent les piliers de la  pensée scientifique. L’indiscernabilité entre ondes et particules a pour conséquence de laisser planer le doute sur l’existence des particules en tant qu’objet physique doté d’une forme et occupant à un instant  quelconque un volume dans l’espace.

Les chercheurs quantiques ont théorisé  l’objet à double face, celui qui peut se présenter complémentairement comme onde ou corpuscule, sans être stoppé par un quelconque interdit logique, sans se questionner sur les mécanismes physiques qui unissent une onde à sa particule et encore moins se demander quel est le statut physique d’une onde « dans le réel » relativement à la matérialité d’un corpuscule. Et c’est ainsi que le photon présente un aspect corpusculaire et ondulatoire sans que pour autant ce corpuscule puisse être assimilé à de la matière puisqu’il n’a pas de masse au repos.

1- Statut actuel de l’onde

L’objet le plus méconnu et le plus mal traité est sans aucun doute l’onde électromagnétique. Bien que d’un usage quotidien pour tous, l’onde électromagnétique n’en demeure pas moins mystérieuse quant à son origine, sa nature et son statut physique. Mais a vrai dire s’agit-il d’un objet qui aurait un semblant de rapport avec une quelconque matérialité ? Pour Einstein par exemple les ondes de lumière apparaissent comme des processus ondulatoires du champ E.M. dans l’espace. Mais comme le champ E.M. n’a pas une réalité physique, on ne voit pas très bien comment ce processus ondulatoire peut bien «exister». Selon une définition, l’onde est une perturbation ou une vibration plus ou moins complexe se propageant DANS l’espace.

Pour la physique actuelle l’onde EM n’a aucune espèce d’existence comme objet : il s’agit essentiellement d’un phénomène de pure énergie;  les ondes, dit-on,  transportent de l’énergie. Lorsqu’on voit une onde aquatique en mouvement, nous sommes assurés de constater qu’un objet – un liquide – transporte effectivement de l’énergie ou plus exactement  que le mouvement est la manifestation même d’une énergie qui serait «comme  » contenue dans cette onde ou plus justement encore conservée. Or l’énergie n’est en rien ni contenue, ni conservée : elle est tout entière le mouvement qui est en cours.

Consécutivement, quelque chose qui n’est pas matériel ne peut rien transporter et ne peut conserver de l’énergie ni encore moins se mettre en mouvement. A priori, l’onde E.M qui n’a aucune espèce de statut plus ou moins proche de la réalité qui la constituerait comme un objet  n’a pas «lieu d’être»: l’onde ne peut «exister »

Pour éviter cette incohérence,  on glisse sur l’obstacle en affirmant alors que l’onde est de l’énergie. Mais puisque nous savons que l’énergie «existe » toujours par le mouvement d’un objet, nous revenons à notre questionnement initial pour nous demander de quoi est fait cet objet,  l’onde électromagnétique,  qui apporte à notre domicile les informations du matin ?

2 – La théorie de la complémentarité

Les chercheurs quantiques ont théorisé  l’objet à double face, celui qui peut se présenter alternativement et complémentairement comme onde ou corpuscule, sans être stoppé par un quelconque interdit logique, sans se questionner sur les mécanismes physiques qui unissent une onde à sa particule et encore moins se demander quel est le statut physique d’une onde  » dans le réel  » relativement à la matérialité d’un corpuscule. Et c’est ainsi que le photon présente un aspect corpusculaire et ondulatoire sans que pour autant ce corpuscule puisse être assimilé à de la matière puisqu’il n’a pas de masse au repos.

Bien que d’un usage quotidien, l’onde électromagnétique n’en demeure pas moins mystérieuse quant à son origine, sa nature et son statut physique. Mais s’agit-il d’un objet qui aurait un rapport avec une quelconque matérialité ? Selon une définition, l’onde est une perturbation ou une vibration plus ou moins complexe se propageant DANS l’espace mais, d’une façon bien commode, on assimile l’onde à de la pure énergie. En fait, tout s’est passé comme si le vieux débat consistant à savoir qu’elle était la nature du photon et  toutes les interrogations nées à partir de l’expérience des trous de Young, permettaient  de dissimuler la vraie question sur la nature des ondes et leur rôle dans la constitution du photon.

La transgression du principe d’identité fut la réponse apportée quant au statut du photon : à la fois onde et corpuscule. La physique a accordé un statut «d’’être hybride  » à celui-ci car elle se trouvait dans l’incapacité à comprendre la généalogie onde/photon/matière et sa réversibilité.

Cette transgression mit tout le monde d’accord, d’autant qu’elle correspondait au double comportement du photon qui avait les caractères d’une onde et d’un corpuscule. Puisque la question était réglée, celle de l’onde l’était également. Cependant, le fait de se comporter à la fois comme onde et comme corpuscule ne veut pas dire qu’un photon soit à la fois onde et corpuscule, mais que nous nous trouvons en présence de deux objets physiques distincts ayant des comportements assez différents. Or par toute une série de propriétés l’onde E.M présente des similitudes frappantes avec les ondes matérielles. Aussi, le statut d’immatérialité de l’onde n’est-il absolument pas tenable et celle-ci doit avoir « quelque chose » de la matérialité. Or, qu’est-ce qu’un objet qui présente certaines propriétés de la matière sans en être tout à fait ? Il règne sur le sujet le plus étrange silence. D’autre part, qu’en est-il du statut physique du photon ? Il n’est pas matière et ne participe pas de l’onde. Il n’a pas de masse au repos bien qu’il soit nécessairement composé d’une substance. Quelles seraient alors les propriétés de cette substance qui ne l’autorisent à exister et à se mouvoir qu’à la vitesse de la lumière ? Einstein constate l’existence du photon – qu’il assimile à un grain d’énergie – sans développer son histoire, sa genèse, la spécificité de son état relativement à ceux de l’onde et de la matière. La physique du siècle dernier, qui a multiplié les objets incongrus, ne s’est même pas donné la peine d’interroger ceux qui étaient les plus proches et les plus familiers.

L’explication se complique lorsqu’on cherche à approfondir les rapports qu’entretient l’onde électromagnétique avec les photons ou les particules de matière. Nous avons en effet trois objets physiques distincts dont seul l’un d’entre eux a un statut cohérent : la matière. L’explication ne se complique à vrai dire pas du tout pour les physiciens contemporains qui ont contourné notre questionnement en traitant l’onde comme associée à un photon et ou à  une particule. La théorie de la complémentarité s’inscrit parfaitement dans ce processus qui traite le photon tantôt comme onde, tantôt comme particule. Les physiques ondulatoire et corpusculaire peuvent ainsi se compléter, se nourrir mutuellement et ne semblent plus contradictoires.

L’approche complémentaire totalise ainsi l’ensemble des informations que l’on peut extraire de l’expérimentation. L’onde n’est donc pas un phénomène « en soi » mais représente une modalité d’approche du réel : la question de son statut singulier ne se pose pas car elle ne saurait exister comme objet isolé voire comme objet physique. En effet, selon cette école : nous avons tendance à nous représenter les particules élémentaires à l’image réduite de la matière macroscopique. Nous considérons ainsi les corpuscules comme des petites sphères ; quant aux ondes, il est plus difficile de se les représenter (des vagues ?) En réalité, de telles représentations n’ont plus de sens à l’échelle élémentaire : il n’existe pas de modèle du photon qui soit calqué sur des objets familiers. Les deux modèles ondulatoire et corpusculaire sont deux DESCRIPTIONS complémentaires.

Il suffit de savoir que ces deux …(il n’existe aucun substantif pour les qualifier) sont complémentaires, et cette «description » contient toutes les informations possibles sur l’onde et le photon. Cependant, pour Bohr, il n’était pas question de transgresser le principe d’identité, mais c’est le dispositif expérimental qui impose l’appréhension du «phénomène» selon deux modes complémentaires. En effet, tout objet est perceptible soit par les sens directement, soit à travers un instrument qui en détermine les propriétés. Percevoir un objet revient donc à l’appréhender par l’une ou plusieurs de ses propriétés (forme, couleur, poids, nature du mouvement etc.). De deux choses l’une: soit il s’agit de deux objets aux propriétés propres et distinctes, soit il s’agit d’un même objet présentant simultanément plusieurs propriétés, ce qui est loin d’être exceptionnel dans la nature.

La théorie de l’école de Copenhague va donc pouvoir s’affirmer et dominer la pensée physique.  Il est devenu indifférent de  traiter un même objet tantôt comme onde, tantôt comme particule. Cette transgression du principe d’identité autorisée, on pouvait se permettre un nouveau décrochage et  représenter l’électron comme un paquet d’ondes. L’objet physique réel – l’électron – disparaît  dans le paquet d’ondes, lesquelles s’abîment à leur tour dans le formalisme mathématique. La cohérence formelle et l’abondance des résultats expérimentaux ont justifié à posteriori l’abandon du « principe de réalité  » et validé la nécessité de transgresser le principe d’identité. Cette dilution du réel peut être théorisée par Heisenberg qui affirmera l’incapacité de principe des images, et donc de la raison humaine, à décrire plus précisément un phénomène.

Cette dualité fut appliquée aux particules qui avaient également un comportement ondulatoire. De fait, Les électrons diffractent et peuvent contourner un obstacle. Des expériences montrèrent que les électrons traversant le métal sont déviés non comme des particules mais comme des ondes. Un électron en mouvement est toujours accompagné d’une série d’ondes. Celles-ci l’emportent dans leur mouvement et déterminent la direction qu’il doit suivre ; c’est donc un système beaucoup plus compliqué qu’une charge ponctuelle en mouvement uniforme.

L’onde sert de guide à la particule et l’informe en quelque sorte des modifications physiques de l’environnement. La particule suit une trajectoire déterminée mais cette trajectoire est modifiée selon les informations transmises par son onde pilote. Des dispositifs expérimentaux très fins permettent également de connaître et de détecter le passage de la particule et il semble bien que la question de la trajectoire ne se pose plus : un objet physique a une trajectoire bien a lui, reste à s’assurer des modalités fiables de sa détection.

Mais le fait de se comporter à la fois comme onde et comme particule ne veut pas dire qu’une particule est à la fois onde et particule mais que nous nous trouvons en présence de deux objets physiques distincts ayant des modalités de comportement assez différentes. Se pose alors la question de ces ondes pilotes réelles qui accompagnent et guident les particules. L’école de Copenhague avait un mérite de cohérence car en s’affirmant dans l’abstraction elle évitait se confronter avec une redoutable réalité : de quelle matière sont faite ces ondes pilotes, quelles sont les modalités de leur surgissement et quels sont les liens qui les rattachent aux particules?

3 – Les  propriétés de l’onde

L’onde E.M possède une série de propriétés et d’attributs spécifiques qui font d’elle un objet physique à part entière. De fait, l’onde E.M a tous les caractères des ondes matérielles sauf la matérialité : diffraction, interférences, stationnarité, phases, longueurs, quantification de son énergie. L’onde EM est plane, progressive et transversale. Par ailleurs, a certains niveaux de basse énergie elle se propage seule, sans être accompagnée d’un photon. De même, la célérité de l’onde est constante, on ne peut ni la ralentir ni l’accélérer. Ceci explique que le théorème  d’addition des vitesses ne s’applique pas à celle de la lumière: il s’agit d’une vitesse absolue.

Or la vitesse de propagation d’une onde ne dépend pas de l’intensité de la force à l’origine de son mouvement mais seulement des propriétés physiques du milieu de propagation. Elle ne dépend donc ni de la fréquence, ni de l’amplitude, ni de la forme des ondes. Cette célérité est proportionnelle à la densité du milieu. Dans un ensemble homogène donné, la vitesse de l’onde sera invariable. La constance de la vitesse de propagation de l’onde E.M ne pourrait dépendre que des propriétés physiques d’un milieu et ce milieu, c’est l’espace. Or l’espace a été déclaré vide est insusceptible, compte tenu de sa fluidité, de pouvoir propager des ondes à la vitesse considérable qui est celle de la lumière. Toutes nos analyses nous conduisent invariablement à nous interroger sur les propriétés mécaniques d’une substance «occupant » l’espace, mais nous semblons buter, comme tous les physiciens, sur la contradiction apparemment irréductible fluidité/densité de ce milieu.

Ainsi, nonobstant toutes ces qualités «matérielles», l’onde demeure l’enfant bâtard de la physique et aucun physicien ne voudrait assumer la paternité de sa reconnaissance comme phénomène ayant un substratum matériel.

4- Les relations de l’onde et du photon

D’après Einstein, les quanta sont issus des caractères physiques propres aux ondes. En effet, les ondes sont émises ou absorbées par quantités discrètes. Aucun fondement théorique ne sous-tend cette affirmation qui résulte seulement de l’expérience du corps noir. L’onde dans son mouvement est absolument continue mais ce sont ses crêtes qui donnent cette impression de discontinuité. Dans le modèle ondulatoire, l’énergie transportée est supposée uniformément répartie sur les surfaces d’ondes. On peut s’attendre à ce qu’une onde qui transporte beaucoup d’énergie provoque un effet photoélectrique important. Il n’en va pas toujours ainsi. Einstein a levé la difficulté en supposant que l’énergie est localisée par paquets en certains endroits de la surface d’onde. Chacun de ces paquets ayant une structure granulaire est appelée photon qu’il considère comme de petites portions d’énergie. Les photons seraient des discontinuités de l’énergie transportée par les ondes. Cette discontinuité prolonge celle qu’on admet pour la matière ou pour les charges électriques.

C’est Louis de Broglie qui en 1922 relie les théories ondulatoire et corpusculaire en admettant que l’on doit toujours associer une onde au mouvement d’une particule. Un photon est donc accompagné d’un cortège d’ondes. Comment peut-on visualiser, représenter ce cortège d’ondes ? Si l’on se réfère à l’effet Cerenkov une  émission de lumière accompagne le mouvement d’une particule électriquement chargée lorsque celle-ci traverse un milieu matériel transparent avec une vitesse supérieure à la vitesse locale de la lumière. Ce rayonnement lumineux se propage en nappe conique entourant la direction suivie par la particule. C’est donc une « onde de sillage » analogue à celles qu’on observe sur la surface de l’eau au passage d’un canot rapide ou à l’onde de choc d’un avion supersonique. La nappe conique est l’enveloppe des ondes émises successivement. (Cette description prouve s’il en était encore besoin qu’il est tout à fait envisageable de comprendre «par l’image», le fonctionnement mécanique de l’onde).

Que nous dit la mécanique quantique sur le sujet ? Un photon est associé à un train d’ondes assez court d’extension spatiale Dx suffisante pour contenir plusieurs vibrations de courte longueur d’onde. Il semble difficile  d’offrir aux photons une extension spatiale inférieure à leur longueur d’onde associée, sous peine de ne pouvoir définir cette dernière. Cela confère aux  « photons radios » de grande longueur d’onde (~ 1 km ) une extension spatiale assez importante. Des photons de faible fréquence et de grande extension spatiale équivalent à une onde. Une fois de plus, on peut s’attendre en recourant aux explications de la physique quantique, à ne rien comprendre puisque la réalité des phénomènes est diluée dans l’explication mathématique. La question est la suivante : à partir de quand peut-on distinguer l’onde du photon, y-a-t-il bien deux objets distincts, où se situe le photon : dans, sur l’onde, devant, derrière, au milieu de celle-ci ? Y a-t-il un nombre indéterminé de photons sur une onde ou chaque onde est-elle attachée, déterminée, précédée par un photon?

Pour mieux comprendre nous devons recourir à une seconde description : des ondes hertziennes aux rayons gamma, on constate que l’aspect ondulatoire s’atténue en même temps que l’aspect particulaire s’accentue. Cela est dû à la diminution progressive de la longueur d’onde et à l’augmentation concomitante de l’énergie des photons associés. Aux faibles fréquences, l’aspect ondulatoire est prépondérant et on constate que le phénomène de diffraction apparaît facilement. Par ailleurs, La fréquence d’une onde augmente avec la vitesse des corpuscules qui la suscitent. Enfin le contournement des obstacles représente une propriété du mouvement qui est commun à toutes les ondes matérielles. Mais plus l’onde devient dure, plus elle est dirigée dans un sens, moins cette propriété de contournement est sensible. On passe ainsi des ondes longues concentriques à des ondes courtes directionnelles.

Le phénomène envisagé est à plus d’un titre intéressant : il montre tout simplement les modalités de surgissement – de naissance – d’un photon. A mesure que les ondes deviennent plus dures (plus énergétiques), et donc plus courtes, le photon parait puis augmente son volume (puisqu’il s’agit d’un corpuscule ). Le photon, telle qu’est décrit sa parution, n’est donc pas onde et corpuscule à la fois, mais il se distingue radicalement de l’onde dont il est justement issu. Il doit se produire une transformation de l’onde en photon par densification de l’onde. Il faut bien que quelque chose se passe, qu’un changement se produit qui fasse passer de l’aspect ondulatoire à la forme corpusculaire, autrement nous aurions affaire au même objet sans aucune singularité comportementale. Ce qui est certain, c’est que l’apparition du photon est liée au raccourcissement de la longueur de l’onde, à l’augmentation de sa fréquence, bref à un processus de compression de l’onde elle-même. Nous aurions donc bien affaire à deux êtres différents dont les relations sont celles qui dérivent d’un changement d’état, d’un processus de mutation d’un objet en un autre objet  à certaines conditions d’énergie. L’objet crée  doit  garder certains caractères de son géniteur et nous retrouvons en effet les modalités de progression de l’onde et la vitesse identique de propagation. Pour reprendre les images de l’effet Cerenkov, le photon comme particule produirait une onde de sillage mais sa substance constitutive serait la conséquence d’une sorte d’onde de choc, d’un choc d’ondes qui se comprimeraient et cette substance densifiée précéderait les ondes proprement dites.

Si on accepte ces modalités du surgissement progressif du photon du sein de l’onde de plus en plus énergétique et dense, on comprend mieux pourquoi l’énergie d’un photon est proportionnelle à la longueur de l’onde qui l’accompagne. On comprend encore mieux la théorie des quanta puisque à  chaque énergie des photons correspond à une densification d’ondes. Au demeurant, toutes les ondes matérielles sont soumises à la théorie des quanta et les calculs font intervenir un multiple entier d ’une fréquence fondamentale. Dans la théorie des cordes vibrantes, une corde soumise à une tension déterminée constitue un résonateur multiple dont les fréquences propres sont les multiples entiers de la plus petite d’entre elles. La longueur de la corde est une valeur proportionnelle entière de la demi-longueur d’onde. Les «harmoniques  » correspondent à un multiple   d’une valeur vibratoire fondamentale. Ainsi, tous les phénomènes vibratoires supposent une distribution discontinue de l’énergie et il est faux d’avoir opposé sur ce thème physique classique et physique particulaire lors de la découverte des quanta lumineux. Certes, les vibrations électromagnétiques et les ondes lumineuses sont continues, mais celles-ci supposent une discontinuité interne liées à leurs caractéristiques ondulatoires (une onde est constituée de creux et de crêtes). Il apparaît évident que, selon la mécanique ondulatoire, l’intensité de l’onde en un point définit la probabilité de présence des photons : ceci est tout à fait normal car la densification d’un photon est liée à un niveau d’énergie qui est mesuré par la fréquence d’un système d’ondes.

Comme on le constate, le fait d’isoler un objet particulier détectable et produisant des effets spécifiques nous contraint à lui donner un statut de matérialité avec toutes les conséquences qui s’imposent. On comprend pourquoi les physique quantique et relativiste se sont acharnés à oublier l’onde, à la fondre dans le photon, l’énergie ou  la mathématique, à refuser son existence comme objet spécifique. Par toute une série de propriété l’onde E.M. présente des similitudes frappantes de comportement avec les ondes matérielles. Elles s’inscrivent logiquement dans un continuum photons-matière en étant située au début de ce processus. L’égalité E = hv = mc² relie indéniablement l’onde à la matière et transcrit mathématiquement cette continuité sans rupture d’essence.

Une zone des rendements décroissants ?

Les exemples abondent donc qui tendent à démontrer le radical décrochage du réel qui nous semble devoir constituer une formidable révolution négative passée remarquablement sous silence : on ne trouble pas les équipes de physiciens qui gagnent. Or depuis l’époque des grands découvreurs ( Einstein, Bohr, Shrodinger, de Broglie, Fermi etc ) on peut dire que la physique théorique a stoppé sa progression pour accumuler les résultats de façon désordonnée et incohérente. Les seuls progrès réels sont venus de la physique des particules, mais nous sommes désormais rentrés dans la zone des rendements décroissants : des accélérateurs de plus en plus puissants, des équipes de chercheurs toujours plus nombreux pour des résultats de plus en plus maigres.

Il semble bien  au  stade actuel de son développement – et après le bond gigantesque effectué depuis le début du siècle – que toute la physique se trouve aujourd’hui dans la situation de la cosmologie ptolémaïque avant le héliocentrisme : le formalisme devient de plus en plus complexe, arbitraire et  ésotérique à mesure que les physiciens se saisissent moins bien de leur objet, comme si chacun ajoutait ombre sur ombre, en dissimulant pour s’en éloigner les vérités les plus simples qui devraient constituer le socle de toute physique.

Reconstruire une physique du réel, une nouvelle mécanique générale

Il s’agit de s’entendre sur l’objet de cette science : étude des composants du réel, des lois de leurs mouvements, interactions et associations. Il peut paraître curieux, après plus de cinq siècles de physique expérimentale, d’être contraint de rappeler que cette science s’occupe de l’observation d’objets physiques qui existent. Il nous faut donc poser  a priori les conditions d’existence des objets physiques dans le réel. Nous pouvons les appréhender par leurs actions et réactions, par leurs effets de perturbation sur les appareils de mesure, leur masse : d’une façon générale par leurs propriétés.

La physique quantique a contribué à la connaissance par  des formulations mathématiques et s’appuie sur une impressionnante série de succès expérimentaux.  Son discours consiste à s’arc-bouter sur ces deux aspects en s’interdisant toute description précise des phénomènes. Cette physique nouvelle s’est construite par une série de « coups d’état » dont chacun renversait ou affaiblissait un principe fondamental de la mécanique classique. Le fossé apparemment irréductible qui s’est creusé entre les deux physiques n’a pas d’autre cause. On ne peut accepter la théorisation de cette situation comme un mal nécessaire.

Avant d’entreprendre tout travail d’unification des forces fondamentales, nous devons postuler  d’emblée l’unité de cette science. Il est évident que le fonctionnement de la physique du monde suppose une cohérence de ses parties. Nous recherchons cette cohérence des lois physiques avant tout travail de formulation mathématique, puisque celle-ci doit servir à confirmer la mécanique et non l’inverse. L’unification des principes mécaniques devra donc précéder l’unification en sa transcription formelle.

Notre démarche  veut combler le vide explicatif laissé par  une approche trop mathématisante et systémique. Il s’agit d’une mécanique générale où nous renoncerons à nous confronter avec la complexité des formalismes mis en place, nous contentant d’en saisir l’intuition fondatrice issue de l’expérimentation.

Nous avons démontré qu’une physique où est absente la description du phénomène ne peut  être acceptée. La règle d’or à respecter en toutes circonstances, c’est que les contraintes logiques des lois physiques déterminent le modèle mathématique. Si les objets macroscopiques respectent les lois fondamentales par lesquelles « leur être est », on ne voit pas pourquoi les plus microscopiques qui les constituent  seraient soumis à des principes divergents. Si les planètes, les corps pesants, obéissent aux lois du mouvement, à celle des conditions de conservation de et transmission de l’énergie, il parait logique que les  particules répondent aux même exigences.

L’élaboration des nouveaux principes de mécanique générale partira du fonctionnement du monde particulaire pour ensuite se déployer et rejoindre l’univers de la physique classique. Ces nouveaux principes ne le seront vraiment que si justement ils se découvrent en respectant les fondements de la physique traditionnelle.

Il est évident que la mathématique devra prendre sa place à l’intérieur de cette totalité théorique et descriptive qu’elle aura charge de compléter et de vérifier. Il ne s’agira pas d’installer l’instrumentation formelle à côté, au centre ou encore moins dans les bas fonds de la théorie. La nature parle en première approximation, et en première approximation seulement, le langage de la mathématique. Il appartient au savant d’en traduire les signes pour accéder à la compréhension des phénomènes de la nature.

ll parait plus raisonnable, puisque la physique est la science de la mécanique générale de l’univers, de supposer que les principes qui commandent aux  forces sont la conséquence d’un effet mécanique car les objets physiques fonctionnent bien réellement selon un mode, une façon, que la science a justement pour tâche de porter à l’entendement par une représentation. Il est évident que la mathématisation  est l’instrument qui contribue à l’explication en infirmant ou confirmant une hypothèse phénoménologique. Cependant, toute équation, tout système formel ne sera  recevable  que pour autant qu’il  s’attache à décrire le phénomène dans la complexité de sa nature et de ses relations, pour s’assurer qu’il s’agit bien là « d’un effet du réel » et non le produit  d’une construction imaginaire effectuée a posteriori.

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