2) considérations scientifiques sur les ovnis, la science et le temps 3D.
A présent, je vais tenter d’expliquer aussi simplement que possible quelques apports de la théorie du temps 3D, et de ses implications, notamment pour l’invisible.
On ne peut parler du temps, en physique, sans parler de l’instrument de mesure auquel on l’associe, ainsi que son principe de fonctionnement : l’horloge atomique.
Cet instrument semble mesurer l’écoulement du temps mais il n’en est rien. Il mesure des cycles dont les caractéristiques sont interprétées, du fait de l’habitude mentale, comme une suite continue de temps qui s’accumule. En fait, au cours de son histoire scientifique, l’homme s’est concentré sur la nécessité de s’approcher au plus près de la précision pour s’adapter à l’essor technologique dont il bénéficiait. Ainsi, pour l’usage du positionnement par satellite (GPS) il devint impératif d’embarquer dans l’espace une horloge atomique.
Pour comprendre son fonctionnement, il est utile de connaître les propriétés que l’on attend d’elle. En premier lieu il faut distinguer le “temps-durée” du “temps-date”. Voici ce qu’indique un site consacré à l’horloge atomique :
(
http://www.obs-besan.../ech_intro.html) :
“Une durée est la différence de deux dates : elle correspond à une différentielle de la date. De même, en intégrant des durées constantes, on peut repérer la date. Historiquement, le temps a été mesuré avec des instruments indiquant la date, tels que le calendrier et le cadran solaire, et des instruments accumulant des durées fixes, tels que le sablier ou la clepsydre.
Cette différence correspond aux notions plus récentes d'unité de temps et d'échelle de temps :
* l'étalon de temps définit l'unité de temps-durée : la seconde ;
* l'horloge compte les unités de temps et définit le temps-date : l'échelle de temps.
Une échelle de temps moderne doit vérifier quatre qualités :
Pérennité :
Une échelle de temps doit pouvoir continuer à dater tous les événements futurs.
Accessibilité - Universalité :
Une échelle de temps doit être accessible à tous les utilisateurs potentiels.
Stabilité :
La durée de l'unité d'une échelle de temps doit être constante dans le temps.
Exactitude :
La durée de l'unité d'une échelle de temps doit être égale à la définition de l'unité.
Par exemple, une horloge qui réalise des unités de temps toujours rigoureusement égales à 0,9 seconde est parfaitement stable mais très inexacte. À l'inverse, une horloge dont la réalisation de l'unité de temps varie de 0,9 s à 1,1 s mais dont la moyenne vaut précisément 1 s, est très instable mais exacte. On distingue aussi souvent la stabilité à court terme (propriété d'une horloge dont la réalisation de l'unité de temps varie très peu sur des temps courts, mais évolue lentement au cours du temps) et la stabilité à long terme (propriété d'une horloge dont la réalisation de l'unité de temps varie beaucoup sur des temps courts, mais dont la moyenne évolue peu au cours du temps). “
Outre la problématique de la définition des dates, on voit immédiatement que la notion d’échelle est primordiale. De même que Benoît Mandelbrot a inauguré les fractales dans l’espace (auto-similarité spatiale à échelle variable), de même une part de la théorie du temps 3D inaugure les fractales dans le temps (auto-similarité temporelle à échelle variable). En réalité, cette inauguration date de Max Planck qui introduisit la notion de quanta à partir de la constante du même nom. L’ère de la discontinuité était née !
Un problème de fond persiste lorsqu’il s’agit de comprendre la mécanique quantique. La mécanique quantique n’est pas l’étude de l’infiniment petit, c’est l’étude de la discontinuité ! Il se trouve que la discontinuité est particulièrement probante à très petite échelle et en l’état actuel de notre connaissance. J’invite chacun à lire l’article de Science & Vie (nov.2003) sur la théorie constructale qui, elle aussi, parle de discontinuités mais à l’échelle macroscopique. Souvent en faisant des associations d’idées, la lumière surgit dans les limbes de notre psyché.
Comment est née la notion de discontinuité qui fut une rupture considérablement d’avec la physique dite classique “continue” de Newton (pour la gravitation) et de Maxwell (pour l’électromagnétisme) ?
Je cite ici longuement Swen Ortoli et Jean-Pierre Pharabod dans “le cantiques des quantiques” aux Editions de la découverte, version remaniée de 1998, page 23 :
“La catastrophe ultra-violette.
Vers les années 1880, plusieurs physiciens s’intéressent au rayonnement émis par un corps chauffé. Ils constatent que la couleur, donc la longueur d’onde, du rayonnement varie avec la température : un morceau de fer chauffé est successivement rouge sombre, rouge orangé, jaune, blanc, à mesure que sa température s’élève. A quoi correspondent des couleurs ? En fait, ce que notre oeil perçoit, c’est la superposition de rayonnements de différence longueurs d’onde émis par le corps chauffé ; l’ensemble de ces rayonnements constitue le “spectre” du corps pour la température à laquelle il a été porté. Si la puissance d’un rayonnement donné est nettement plus élevé que celle de ces voisins, c’est lui que nous percevons en priorité.
Pour le fer par exemple, aux environs de 600°C (degrés celsius), le rouge domine ; vers 2000°C, le métal paraît blanc parce que toutes les composantes de la lumière visible s’aditionnent. Aux basses températures, un rayonnement est émis également, mais notre oeil ne le voit pas, car il se situe dans l’infrarouge. Au-delà de 2000°C, la majeure partie du rayonnement nous échappe aussi, car il se situe alors dans l’ultra-violet. ces différentes constatations servent de base à partir de 1893 aux travaux des physiciens allemands Friedrich Paschen et Wilhem Wien, travaux qui aboutissent à la loi formulée en 1986 par Wien : la longueur d’onde de la lumière dont la puissance dans le rayonnement émis par un corps noir est la plus grande est inversement proportionnelle à la température. On a d’abord l’infrarouge, puis le rouge, etc, jusqu’à l’ultraviolet et au-delà.
Complétant cette loi, le physicien anglais Lord John Rayleigh en propose en juin 1900 une seconde qui détermine, pour une température et une longueur d’onde données, la puissance rayonnée : “la puissance rayonnée est proportionnelle à la température absolue et inversement proportionnelle au carré de la longueur d’onde.” En clair, le rayonnement thermique est d’autant plus intense que la longueur d’onde est plus courte. Dans un premier temps, l’expérience corrobore la loi : pour les longueur d’onde allant de l’infrarouge au vert, les résultats sont conformes aux prévisions. C’est ensuite que les choses se gâtent. Pour le bleu, pour le violet, et plus encore pour l’ultraviolet, la formule de Rayleigh ne marche plus : l’expérience est en contradiction flagrante avec la théorie, qui conduit à des valeurs beaucoup trop grandes, presque infinies, pour les très petites longueurs d’onde. c’est ce que le physicien autrichien Paul Ehrenfest appellera la “catastrophe ultraviolette”. Le terme est certes outrancier, mais il signifie clairement que, pour la première fois, l’un des articles de foi de la physique classique, à savoir la théorie du rayonnement, est pris en flagrant délit d’erreur.
Afin de surmonter cette “catastrophe ultraviolette”, le physicien allemand Max Planck émet, en décembre 1900, une curieuse hypothèse : à propos des vibrations qui traduisent la chaleur d’un corps, il postulent qu’elles ne se répartissent pas suivant toutes les valeurs possibles (fournies par la loi ordinaire de fréquence qui régit le hasard) mais que, au contraire, elle obéissent à une loi déterminée. Si E représente l’énergie d’une vibration et v sa fréquence, il existe une certaine constante h telle que E/v est toujours h, ou deux h, ou trois h, ou un autre multiple entier de h. Il ne se produit pas de vibration pour d’autres quantité d’énergie. Hypothèse proprement révolutionnaire, car, pour la première fois, l’idée de discontinuité est introduite dans le domaine du rayonnement, c’est-à-dire des ondes.(...)
En résumé, Planck pose comme principe que les échanges d’énergie entre matière et rayonnement s’effectuent par paquets, par quantités définies (d’où le nom de “quantum” attribué à chacun de ces paquets élémentaires, et le pluriel “quanta).”
Nous voyons bien là que la physique quantique n’est pas l’étude de l’infiniment petit mais l’étude “des paquets d’ondes” ! Il s’avère que cette étude semble comporter une frontière : celle qui existe entre microscopique et macroscopique. Il existe donc un problème d’échelle mais ce problème d’échelle est directement lié à notre connaissance et notre maîtrise des paquets d’ondes !
Nous avons coutume de penser la matière en terme d’espace car c’est dans l’espace en trois dimensions que nous voyons les objets. Ainsi, que ces objets soient grands ou petits, voire très petits, nous sommes tentés de reproduire et d’appliquer notre schéma de pensée à l’infiniment petit à la manière d’Aristote et même, plus près de nous, de Rutherford. A la vérité, parler d’infiniment petit, comme d’infiniment grand est très abusif. C’est, d’une certaine manière, occulter la présence d’une limite dans l’observation microscopique, induisant aussi l’idée d’une continuité de principes.
Or, rien dans nos connaissances actuelles nous permet de démentir l’idée selon laquelle il pourrait exister un gap entre les principes de la mécanique quantique et ce qui appartiendrait à des échelles immensément plus petites. Les différences pourraient être alors aussi grandes que celles qui existent entre physique classique et physique quantique. Il pourrait alors s’agir de métaphysique, c’est-à-dire de physique globale, ou encore de connaissance des causes premières et des premiers principes.
Pour ne pas perdre le fil de notre discours sur le temps, relions-le à cette notion de rayonnement en citant le site internet précédemment cité :
“L'énergie interne d'un atome (électrons + noyau) prend des valeurs qui correspondent aux divers états quantiques de l'atome.
Ce dernier a la possibilité d'effectuer une transition entre un niveau d'énergie Ea et un autre niveau d'énergie Eb, en émettant ou en absorbant un rayonnement. La fréquence v du rayonnement est déterminée par la relation:
h.v= | Eb - Ea |
où h désigne la constante de Planck.
La transition adoptée pour définir la seconde a été choisie en raison de ses qualités propres (pureté de la fréquence, faible sensibilité aux perturbations extérieures), mais aussi pour des motifs d'ordre technique (fréquence de transition située dans un domaine de fréquences accessible aux appareillages électroniques existants, commodité d'emploi du césium quant à l'obtention d'un jet atomique et à la détection par ionisation, entre autres).
Le principe de l'horloge à césium consiste à irradier des atomes de césium à l'aide d'un rayonnement micro-onde dont la fréquence est ajustée de façon à provoquer la transition atomique choisie. Lorsque le phénomène atteint son niveau maximum, la fréquence de la radiation incidente se trouve en coïncidence avec celle du césium et peut y être maintenue de façon extrêmement stable. L'oscillateur à quartz, qui pilote le générateur de micro-ondes, stabilisé par rapport à la transition du césium, produit les signaux horaires délivrés par l'horloge.”
Ainsi, le temps se trouve être, par définition, lié à une constante et une fréquence que l’on ajuste en permanence pour se conformer à la convention arbitraire que l’homme s’est donné pour se repérer dans le temps.
C’est ici que je souhaiterais évoquer l’article de Jacob Bekenstein ‘l’univers holographique” dans le dernier numéro (novembre 2003) de “Pour la Science” (édition française de Scientific American). Bien qu’il ne soit pas simple de résumer cet article complexe de sept pages, je me propose d’en livrer les éléments les plus remarquables. De même qu’un hologramme est une surface (deux dimensions) sur laquelle nous pouvons représenter trois dimensions, de même l’univers semble se présenter sous moins de dimensions qu’il n’y paraît. Cette recherche des dimensions supplémentaires est largement motivée par des carences des théories actuelles. A l’appui de cette assomption, les trous noirs, concept mystérieux s’il en est, illustreraient la disparition de l’entropie classique, venant violer la seconde loi de la thermodynamique. Pour entrer dans le détail, Bekenstein (professeur de physique théorique à l’université hébraïque de Jérusalem, élève de John Wheeler, lointain successeur dans la lignée de Boltzman) passe par des notions de dimensions fort intéressantes.
Avant cela, il me faut rappeller quelques fondamentaux : la seconde loi de la thermodynamique et l’entropie.
Le premier principe de la thermodynamique postule que du travail peut être transformé en chaleur et inversement que de la chaleur peut être transformé en travail. Lorsqu’un système reçoit du travail, il augmente son énergie interne. Il peut très facilement revenir à son état initial en restituant cette énergie reçue au milieu extérieur, sous forme de chaleur. De même on peut extraire du travail d’un système qui a reçu de la chaleur (c’est le cas et le principe des futures centrales à fusion nucléaire contrôlée ITER), mais bien que cela soit permis par le premier principe, il n’est pas possible que le système restitue intégralement en travail l’énergie reçue sous forme de chaleur. Cela consitue le principe de Carnot ou second principe de la thermodynamque. En mécanique quantique, cela se décline par le paradoxe du Démon. La chaleur est la traduction macroscopique de l’agitation des molécules et, selon que cette agitation est très intense, par le mouvement brownien des atomes, voire des particules. Dans le paradoxe du Démon, celui-ci trierait les particules ayant beaucoup d’agitation de celles qui en ont peu de sorte que l’on aurait d’un côté de la “matière froide”, et de l’autre de la “matière chaude”, isses d’une matière qui était au départ homogène et isotrope. Or, le Démon lui-même puise de l’énergie “quelque part” pour effectuer ce tri. Donc, le second principe de la thermodynamique semble bien prééminent.
Le second principe de la thermodynamique postule (selon Kelvin) que : il est impossible de réaliser un processus dont le seul résultat serait la transformation intégrale en travail d’une quantité de chaleur fournie par une source de chaleur.
Ce qu’on appelle source de chaleur est un système suffisamment gros (macroscopique) pour que sa température reste invariable malgré les échanges de chaleur qu’il peut avoir avec d’autres systèmes.
Pour que le seul effet du processus soit la transformation de chaleur en travail, il faut que le système qui reçoit cette chaleur et qui fournit du travail revienne dans son état initial, autrement dit qu’il subisse une transformation cyclique. Si le système reçoit de la chaleur que d’une seule source, on dit qu’il subit une transformation monotherme. On peut donc écrire l’énoncé de Kelvin sous la forme : il est impossible d’obtenir du travail à partir d’un système qui subit une transformation cyclique monotherme.
Lorsqu’une transformation est réversible, le système parcours une suite d’états d’équilibre, et une modification infiniment faible des conditions extérieures permet au système de parcourir les mêmes états d’équilibre en sens inverse. Une transformation parfaitement réversible est évidemment irréalisable (second principe), ce n’est qu’une limite dont on peut essayer de s’approcher le plus possible. Donc toute transformation est irréversible...selon la seconde loi de la thermodynamique. C’est pour cela qu’une tasse que l’on vient briser ne peut, semble-t-il, pas se reconstituer d’elle-même.
Nous avons vu qu’à tout système en équilibre, on peut associer une fonction d’état (c’est-à-dire dont la valeur ne dépend que des caractéristiques qui définisent l’état d’équilibre du système : volume, température, ...), l’énergie interne U.
U a un sens physique clair : c’est la somme des énergies mécaniques microscopiques de toutes les particules qui constituent le système. Le premier principe s’exprime simplement à partir de la fonction U : la variation de U entre deux états d’équilibre d’un système est égale à la somme du travail W et de la chaleur Q reçus par ce système pour passer d’un état à l’autre.
Si plusieurs chemins sont possibles (au sens spatial du terme) pour passer d’un état à l’autre, W et Q peuvent être différents sur différents chemins ; mais U étant une fonction d’état W+Q est indépendant du chemin.
Introduite par Clausius en 1865, l’entropie, notée S, est, elle aussi, une fonction d’état, caractéristique d’un système en équilibre. Ses propriétés sont directement liées au second principe de la thermodynamique. Mais contrairement à ce qui se passe pour la fonction U, l’interprétation physique de l’entropie, qui décrit le rapport Q sur T de chaque particule lors d’une transformation, reste, en thermodynamique assez obscur. Son sens ne devient clair qu’à l’aide de la mécanique statistique. C’est Boltzman qui en donne en 1877 une interprétation physique claire.
L’énergie interne U est la somme des énergies microscopiques de chacune des particules d’un système en équilibre. Cet équilibre peut être obtenu de milliers de façon à l’image d’une foule qui demeure au même endroit tandis que les individus se déplacent individuellement, se bousculant de temps à autre.
La mécanique quantique nous apprend que, bien qu’en général prodigieusement grand, Oméga (nombre d’états microscopiques qui réalisent le même état d’équilibre) reste toujours fini. On voit que S (entropie) est d’autant plus grande que Oméga (nombre de combinaison d’états pour le même équilibre) est grand.