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Article. Les racines d’une nouvelle relativité pour le 21ème siècle
Pierre Poubeau 04/01/2017

Nous recevons ces textes, que nous sommes heureux de publier, en remerciant son auteur. Nous lui laissons la responsabilité de ces hypothèses

Pour plus de détail, notamment les équations et les schémas que nous n'avons pas repris ici vu les limites imposées par notre éditeur de texte, se référer au site de l'auteur http://dualite-espace-temps.pagesperso-orange.fr/

Automates intelligents. La Revue

Sur l'auteur, voir CV ci-dessous

Cursus Etudes : Ecole Supérieure d’Electricité (Section Radioélectricité, période 1944-1946). L’enseignement de l’électromagnétisme, les conférences de Louis de Broglie et les contacts entre lui et ses étudiants, qui prolongeaient ses conférences, ont orienté mes recherches. Je me suis appuyé ensuite sur ses prises de position successives.

Cursus professionnel (aspects principaux).

1946-1948 CEA-DREM. Mission de Madagascar. J’ai commencé à travailler sur une évolution des compteurs Geiger-Muller pour la détection des corps radioactifs.

1948-1949. Air France; Assistant du chef du Service IRDO en charge de l’installation de stations de guidage des avions civils (en liaison avec les services ministériels : Secrétariat à l’Aviation Civile et Commerciale). Stations concernées: Abidjan, Lomé, Cotonou, Zinder, Ponte-Noire, Bobo-Dioulasso, Fort-Archambaud.

1949-1951 Lancement d’une entreprise personnelle. J’ai pris un brevet (demandé en 1950, délivré en 1952, N° 1.022.364 ) sur un détecteur de particules multifils sous la désignation cellule radiodétectrice. La phase finale de ces travaux s’est déroulée dans le Laboratoire de Maurice de Broglie qui s’était intéressé à mes recherches. Des années plus tard, ce détecteur, tel que je l’avais conçu, a été associé à un système de traitement numérique des signaux, par Georges Charpak, avec le succès que l’on sait (mon brevet était passé dans le domaine public quand il a pris le sien, en 1968 ; en tout état de cause, mon brevet ne prévoyait pas le traitement numérique des données)

1951-1953. Société Française Radioélectrique. Responsable des essais de tous les types de radars produits dans la Société et‘conçus par la Compagnie Générale de Télégraphie Sans Fils.

1953-1960 Chef de Service à Nord-Aviation. J’ai conçu et développé un système de liaison sol-air/air-sol pour le guidage des avions d’interception en liaison avec le Service Technique de l’Aéronautique ; il a été mis en œuvre au CEAM de Mont de Marsan.

1960-1963 Détachement de Nord-Aviation au Centre de Recherches Nucléaires de Strasbourg-Cronenbourg, Département de Physique Corpusculaire : développement du traitement numérique des mesures en physique corpusculaire (désintégrations nucléaires dans les émulsions au chlorure d’argent).

1963-1970 Chef du Département Satellites de Nord-Aviation, j’ai assuré, entre autres activités, le développement de la structure du satellite FR1 pour le CNES.

1970-1983, A l’Aérospatiale (fusion Nord-Aviation/Sud-Aviation), création d’un secteur R&D orienté Espace : j’y ai conçu et développé les roues d’inertie à paliers magnétiques, première mondiale, qui équipent les satellites Spot et Hélios.

Chief Scientist du Directeur de la Division Systèmes Balistiques et Spatiaux, Pierre Usunier, à partir de 1975.

1983-2016 Recherches, à titre personnel, sur La Dualité de l’Espace-Temps. J’ai la conviction, partagée par des personnalités à très haut niveau de compétence et de responsabilité, que ces recherches apportent une actualisation de la relativité et, corrélativement, l’élimination de la discordance entre la relativité et la théorie quantique sur le thème de l’inséparabilité quantique.


Présentation

Les résultats auxquels j’aboutis s’appuient sur des évidences mais dans un contexte tellement particulier qu’il me semble utile d’apporter quelques explications sur leurs racines et les développements consécutifs.

Lors de mes études à l’Ecole Supérieure d’Electricité (Section Radioélectricité, 1944-1946), j’avais bénéficié des conférences de Louis de Broglie recommandant de « constituer une théorie électromagnétique nouvelle, tenant compte de la structure discontinue de l’énergie radiante, laissant enfin à la Théorie de Maxwell-Lorentz un caractère d’approximation statistique. » De son côté, le cours d’électromagnétisme de Marc Jouguet attirait l’attention des étudiants sur l’importance de corriger la Théorie de Maxwell par les Potentiels de Liénard élaborés en 1898, il avait émis des doutes sur la validité des théories en vigueur et il avait insisté sur le fait que on ne savait pas comment l’énergie sort d’une antenne radioélectrique. » Tout au long de ma carrière professionnelle, je n’ai cessé d’approfondir ces problèmes et je m’y suis consacré à partir de la retraite (1983). Les résultats actuels étaient contenus dans ces prémisses.

Alfred-Marie Liénard (1898) a introduit une correction sur la formulation des potentiels retardés découlant directement de la Théorie de Maxwell-Lorentz pour qu’ils expriment valablement le champ électromagnétique d’une charge électrique animée d’une vitesse non négligeable devant celle de la lumière. Les résultats ont été validés par l’expérience et totalement cohérents avec ce qui découle de la relativité et de la formulation quadri-dimensionnelle de l’électromagnétisme. On en a conclu que l’ensemble de la démarche était cohérent avec la réalité physique.

Le champ électrique ainsi obtenu est orienté comme un champ instantané (colinéaire avec la position instantanée de sa source) alors que la Théorie de Maxwell-Lorentz l’oriente vers la position retardée. Les réflexions de l’époque avaient conduit à imaginer que la correction introduite avançait les potentiels et conduisaient à des champs instantanés. Cette interprétation avait été finalement abandonnée. Les présentes recherches conduisent à la conclusion que les Potentiels de Liénard fournissent la vraie valeur des champs en même temps qu’ils éliminent la propagation liée à l’éther dans la Théorie de Maxwell. Il en résulte que les interactions électromagnétiques de couplage sont instantanées ; le champ électrique et le champ magnétique sont en lien direct avec leurs sources sans intervention du phénomène supposé de propagation. Dans ce contexte les interactions instantanées entre particules intriquées constituent un aspect particulier des phénomènes de couplage. Il ne s’agit plus alors d’actions fantômes comme les avaient caractérisées Albert Einstein, mais d’actions instantanées réelles vis-à-vis desquelles les vérifications expérimentales sont simples et à la portée des laboratoires actuels. Il a pris conscience de ces réalités à la fin de sa vie et il a tenu à exprimer qu’il doutait d’avoir été sur la bonne piste, se reprochant d’avoir privilégié la relativité vis-à-vis des quanta. La physique est restée plus d’un siècle face à une réalité qu’elle regardait sans la voir.

Cette évolution de la pensée einsteinienne a tenu une place considérable dans les motivations des présentes recherches et leur développement. Elle gagnera à être plus largement connue par la communauté scientifique : elle est susceptible de contribuer à adopter les conclusions présentées ici, partagées par quelques personnalités à très haut niveau de compétence et de responsabilité qui approuvent et soutiennent cette démarche.


Sommaire


Depuis les années 30, avec le Paradoxe Einstein-Podolsky-Rosen et l’inséparabilité quantique (verschränkung) d’Erwin Schrödinger, la physique est en crise : la théorie prévoit et l’expérience vérifie des situations que la relativité exclut. La théorie électromagnétique prévoit qu’une charge électrique en mouvement rectiligne uniforme est la source d’interactions qui sont retardées par la propagation du champ électromagnétique : une charge électrique à énergie constante ne peut pas être la source d’un champ électromagnétique qui se propage à l’infini en emportant avec lui de l’énergie et de la quantité de mouvement. La réalité physique est totalement différente : le champ électromagnétique d’une charge électrique en mouvement rectiligne uniforme évolue instantanément jusqu’à l’infini de l’espace en fonction de l’évolution de sa source. Dans ce contexte, la relativité restreinte est compatible avec l’instantanéité des interactions électromagnétiques de couplage ; la discordance entre la relativité et la théorie quantique est ainsi éliminée.

Avant propos : les nuages sombres de la physique

Au début du 20ème siècle, Lord Kelvin considérait que la physique constituait un ensemble pratiquement achevé à l’exception de deux petits nuages sombres ; ces petits nuages sombres ont donné naissance aux quanta et à la relativité. Un siècle plus tard, l’histoire se répète : les quanta et la relativité ont donné naissance à un nouveau nuage sombre : les deux théories qui en sont issues sont en discordance l’une avec l’autre sur un point-clé.


Depuis les années 30, et malgré ses avancées, la physique est face à un problème qui reste sans solution. Au niveau théorique, Erwin Schrödinger est parvenu à la conclusion que des particules qui ont été en interaction restent liées sans que la distance qui les sépare intervienne par un délai de propagation : elles sont inséparables. Ce comportement semble contradictoire avec la relativité qui, dans son interprétation en vigueur, exclut toute forme d’interaction instantanée à distance.


Les expériences réalisées dans ce contexte ont confirmé les prévisions théoriques ; celles de l’Université de Genève font apparaître le problème sous une forme très simple. Un photon d’une énergie donnée est envoyé sur un cristal qui a la propriété de le scinder en deux photons dont l’énergie est la moitié de celle du photon initial. Ces photons jumeaux sont envoyés chacun sur une fibre optique, dans des directions différentes ; ils sont détectés lorsqu’ils se trouvent éloignés d’une dizaine de kilomètres. On observe alors qu’ils réagissent comme s’ils n’étaient pas séparés par la distance : le comportement de l’un dépend instantanément de celui de l’autre. Vis-à-vis de ce problème, la position de la communauté scientifique est généralement résumée de la façon suivante : « Nul ne peut dire aujourd’hui si les progrès viendront de nouvelles expériences, de percées théoriques ou de ruptures épistémologiques. (1) » Pourtant, des efforts considérables ont été déployés afin d’éliminer cette anomalie ; des débats extrêmement tendus avaient opposé certains des acteurs principaux de cette situation, à partir des années 30, Débat Einstein-Bohr en particulier. Albert Einstein considérait que les interactions instantanées au travers de l’espace étaient des actions fantômes et que, derrière elles, il y avait une incomplétude de la physique quantique.


Dans la dernière correspondance qu’il a adressée, à Louis de Broglie, le15 février 1954, il écrit : « Je dois ressembler à une autruche qui sans cesse cache sa tête dans le sable relativiste pour n’avoir pas à regarder en face ces vilains quanta.(2) ». Il exprimait ainsi la quintessence de réflexions qu’il avait commencé à faire connaître, dès 1949, en déclarant : «Il n’y a pas un seul concept dont je sois convaincu qu’il demeurera et je ne suis pas sûr, en général, d’avoir été sur la bonne piste.(3) »


Or, Albert Einstein était conscient du caractère colossal de son apport à la physique. Cette prise de position, en forme de testament scientifique, ouvre une voie de recherches qui n’a pas encore été explorée : quels éléments de la réalité physique sont susceptibles de se cacher derrière le fait qu’il ait privilégié la relativité par rapport aux quanta ? N’aurait-on pas là une orientation conduisant à la clé de l’énigme de la discordance qui les oppose ? Une telle situation se trouve éclairée par le processus itératif de la découverte scientifique, décrit par Banesh Hoffmann, collaborateur, ami et biographe d’Albert Einstein : « Le talent qu'a le théoricien scientifique d'aboutir à des conclusions valables en partant de prémisses reconnues plus tard inexactes n'est pas le moindre de ses dons, car il est doué d’une intuition clairvoyante (4). » L’intuition clairvoyante, c’est le génie qui présente la particularité de pouvoir œuvrer à contre-courant de la logique, ou de court-circuiter celle-ci, lorsqu’elle ne dispose pas des éléments permettant, à une époque donnée ou dans les conditions concernées, de faire avancer les choses ; A charge pour les détenteurs des résultats valables de remonter à leurs sources et de remettre en place des prémisses exactes.


Si on se propose de trouver une solution au problème que pose l’inséparabilité quantique, il apparaît deux voies de travail :

-La première conduit à considérer que les phénomènes concernés, en l’occurrence les interactions entre photons intriqués, n’impliquent pas de transfert d’énergie d’un point à un autre : l’interaction porte sur la polarisation des photons ; la question est alors de savoir si la relativité est compatible avec des interactions instantanées qui n’impliquent pas de transfert d’énergie.

-La seconde est beaucoup plus drastique : elle consiste à mettre en évidence que la relativité n’exclut pas les interactions instantanées, même avec transfert d’énergie. On rencontre des situations de ce type dans certaines expériences, par exemple les interférences effectuées en utilisant des photons émis un par un, chacun étant séparé en deux composantes sur une lame semi-transparente ; si les deux composantes sont interceptées sur leur trajectoire, les deux moitiés de l’énergie traversent l’espace qui les sépare pour se rassembler en un point et en un instant. On a là une raison précise supplémentaire de rechercher s’il n’y a pas, dans l’interprétation de la théorie de la relativité restreinte, une faille qui ferait apparaître comme actions fantômes des interactions instantanées qui, en fait, seraient réelles. Les ultimes remarques d’Albert Einstein incitent à explorer cette voie.

I Les racines de la relativité restreinte


Les premières lignes du texte introduisant la relativité restreinte sont rapportées ci-après.

« Il est connu que l’électrodynamique de MAXWELL, telle que couramment comprise à l’époque actuelle, quand elle est appliquée à des corps en mouvement, conduit à des dissymétries qui n’apparaissent pas comme étant inhérentes aux phénomènes concernés. Prenons, par exemple, l’action électrodynamique réciproque d’un aimant et d’un conducteur. Là, le phénomène observable dépend uniquement du mouvement relatif du conducteur et de l’aimant, alors que les vues habituelles tracent une distinction nette entre les deux cas dans lesquels soit l’un soit l’autre de ces corps est en mouvement. »

La théorie électromagnétique classique conduit à considérer les deux situations évoquées de la façon suivante, tenant compte de l’action électrodynamique réciproque.

- Lorsque le conducteur est en mouvement rectiligne uniforme en face de l’aimant, la force électromotrice induite est concomitante avec le mouvement du conducteur, l’interaction est instantanée.

- Lorsque l’aimant est déplacé dans le même mouvement relatif (après l’accélération initiale), la théorie prévoit que la force électromotrice dans le conducteur, engendrant un courant si le circuit est fermé, et le transfert d’énergie s’établissent avec trois retards successifs proportionnels à la distance du fait de la propagation supposée du champ magnétique, à la vitesse de la lumière : retard lié à la propagation entre l’aimant et le conducteur, retard lié au retour du champ du courant dans le circuit conducteur sur l’aimant et retard lié au retour, au circuit, de l’énergie prélevée alors sur l’aimant. La dissymétrie avec le cas précédent est totale. En outre, l’interprétation actuelle n’est pas cohérente avec la loi de conservation : si les retards de propagation font que, lorsque le prélèvement d’énergie peut s’effectuer sur l’aimant, celui-ci a été immobilisé, il y aurait, dans le circuit, de l’énergie qui n’aurait pas de source.


La théorie électromagnétique relativiste, comme sa version initiale maxwellienne, se trouvent ainsi en contradiction avec le concept à partir duquel la relativité a été introduite. Elle est aussi en contradiction avec ses conséquences ; la relativité conduit à considérer que le mouvement de l’un ou l’autre des éléments correspond à une même réalité observée à partir de référentiels différents : le changement de référentiel d’observation ne peut pas transformer la nature des phénomènes comme le prévoit la théorie actuelle.

Ces contradictions apparaissent au niveau des racines de la relativité qui se trouvent en interface avec les fondements de l’électromagnétisme ; elles rejoignent aussi le testament scientifique d’Albert Einstein. Dans le texte réinterprétant l’émission de la lumière (Un point de vue heuristique concernant l’émission et la transformation de la lumière), il indiquait que celle-ci est constituée de quanta d’énergie émis tout d’un bloc et se déplaçant sans se diviser alors que la Théorie de Maxwell prévoit une énergie distribuée de façon continue sur un volume sans cesse croissant. Son analyse le conduit à considérer, dans le cas de la lumière, que des corpuscules sont créés (processus de conversion de l’énergie, confirmé ultérieurement) qui viennent s’ajouter à ceux existant dans l’univers avant l’émission.


Ce phénomène est étranger à la Théorie de Maxwell, dans sa formulation initiale. Il est apparu ensuite (Effet Compton, continuité laser-maser, discontinuité de la détection de l’énergie radiante à très bas niveau de puissance) que le processus de création de particules est à la base du rayonnement électromagnétique depuis les rayons gamma jusqu’aux ondes à très basse fréquence, comme cela avait été anticipé, dès 1924, par Louis de Broglie dans sa thèse, précisément centrée sur les Recherches sur la Théorie des Quanta et introduisant la Mécanique Ondulatoire : « Il faudrait d’abord constituer une théorie électromagnétique nouvelle, rendant compte de la structure discontinue de l’énergie radiante, laissant enfin à la Théorie de Maxwell-Lorentz un caractère d’approximation statistique qui expliquerait la légitimité de son emploi et l’exactitude de ses prévisions dans un très grand nombre de cas. (5) »

II La théorie électromagnétique réexplorée

La conception maxwellienne de l’électromagnétisme a été profondément remise en cause par l’introduction des quanta, mais les quanta n’ont été introduits initialement que dans la lumière. Leur extension vers les rayons gamma s’est faite d’abord (Effet Compton en 1923) ; l’extension au domaine de la radioélectricité ne s’est faite que très lentement, dans un certain flou. Albert Einstein avait d’ailleurs indiqué, dans le texte qui introduisait les quanta que la Théorie de Maxwell était d’autant plus appropriée que les longueurs d’onde étaient plus grandes. Finalement, alors que les quanta éliminaient (peut-être pas complètement) la propagation et l’éther, pour ce qui concerne le rayonnement, ces concepts (au moins la propagation) subsistaient pour ce qui concerne les interactions de couplage. Si on supprime la propagation, dans l’interaction aimant-conducteur mentionnée ci-dessus, la discordance disparaît, mais on entre alors dans un remaniement drastique des fondements de la physique. D’autre part, lorsque l’on est conduit à envisager une rupture épistémologique pour aller vers la clé de l’énigme de l’inséparabilité quantique, on s’oriente inévitablement vers une démarche iconoclaste.


La contradiction qui apparaît au niveau de l’interaction aimant-conducteur s’insère dans le contexte du champ magnétique qui est un aspect relativiste du champ électrique et, dans le cas de l’aimant, la transposition est relativement complexe puisqu’elle passe par les électrons de la matière. Il devient essentiel de remonter aux racines de cette situation : le phénomène fondamental en cause correspond à l’interaction entre deux charges électriques. Lorsque ces charges sont en état statique, elles interagissent selon la Loi de Coulomb. Lorsque, dans un référentiel donné, l’une des charges est statique et l’autre animé d’un mouvement quelconque, leur interaction nous place en présence des phénomènes fondamentaux, électriques et magnétiques, qui sont à la base de l’électromagnétisme classique ; si les deux charges sont constituées chacune d’un électron, on aboutit à la configuration élémentaire de ces phénomènes.


La compréhension profonde de la nature des problèmes en cause implique de remonter à leurs racines. A l’époque où les Équations de Maxwell ont été établies, on ignorait presque tout de la structure de la matière et l’électricité était considérée comme un fluide continu caractérisé par des densités de charge et de courant. C’est donc sur ces bases que James Clerk Maxwell a établi sa théorie. En introduction du chapitre concernant la Théorie Electromagnétique de la Lumière dans son Traité d’Electricité et de Magnétisme, il indique d’abord les deux théories selon lesquelles la lumière passe d’un corps à un autre : théorie de l’émission et théorie de l’ondulation. « Dans la théorie de l’émission, le transport effectif de l’énergie s’effectue par des particules de lumière. » Il précise ensuite, concernant la théorie qu’il va développer : « Dans la théorie des ondulations, il y a un milieu matériel qui remplit l’espace et c’est par l’action des parties contiguës de ce milieu que l’énergie se transmet de proche en proche. (6) ». Concernant l’éther, il précise avec circonspection : « s’il existe…... » Autrement dit, il s’appuie explicitement, mais prudemment, sur l’hypothèse d’un milieu support de la propagation et, s’il n’y a pas de milieu, il n’y a pas de propagation. Toute la théorie repose donc sur l’hypothèse de l’existence de l’éther, en lui imputant, vis-à-vis du champ électromagnétique, des propriétés comparables à celles des milieux matériels vis-à-vis des déformations élastiques et conduisant à des équations de propagation similaires. La découverte de l’électron (1897) conduit Hendrik Antoon Lorentz à reformuler la Théorie de Maxwell en tenant compte de cette nouvelle situation (Théorie de Maxwell-Lorentz) ; il reste néanmoins sur les mêmes fondements, en précisant certains aspects liés à l’existence supposée de l’éther. La Théorie de Lorentz met en avant l’analogie avec l’émission d’ondes sonores par une tige vibrant dans l’air et elle précise : Ce concept implique que toute perturbation introduite dans un système électromagnétique, initialement en état d’équilibre, se répercute dans l’espace avec un délai lié à la vitesse de propagation et à la distance (7).


Dans cette interprétation, la Théorie de Maxwell-Lorentz, pour le vide conduit à des équations
qui expriment, sous forme très synthétique, que les champs et se propagent à la vitesse de la lumière, à partir de leurs sources, lorsque celles-ci ne sont pas en état statique. Dans un référentiel donné, une charge électrique en mouvement rectiligne uniforme n’est pas en état statique ; en un point fixe dans ce référentiel, le champ électromagnétique va apparaître en propagation et, quelles que soient les précautions que l’on prenne pour exprimer le phénomène, il va apparaître comme un pseudo-rayonnement. Or, la théorie prévoit aussi que tout rayonnement d’origine électromagnétique implique l’accélération d’une charge électrique. On perçoit donc, à tous les niveaux, la nécessité de clarifier la situation.


Dans le cadre de l’aspect élémentaire des théories actuelles de la physique, le champ électromagnétique d’une charge électrique en mouvement est formulé de la façon suivante. La charge électrique q parcourant la courbe C, le champ électromagnétique en P, à l’instant t, lorsque la charge est en M, est entièrement déterminé par son passage à la position retardée M0, où elle était à l’instant t0 = t - M0P/c (1), et par les caractéristiques de vitesse et d’accélération à cet instant, quoi qu’il ait pu lui advenir ultérieurement. Le champ est supposé s’être séparé de sa source en M0 et s’être propagé jusqu’à P pendant que la charge s’est déplacée de M0 à M, le champ étant associé à de l’énergie et de la quantité de mouvement (voire du moment cinétique). Lorsque la charge q parcourt l’axe x’x à vitesse rectiligne uniforme l’interprétation des phénomènes concernés se fait comme indiqué précédemment. Le champ en P, lorsque la charge q est en M est déterminé par le passage de q en M0 indépendamment de ce qui intervient sur q postérieurement, par exemple immobilisation en M’.


En première analyse, cela semble cohérent avec l’analogie de la tige vibrant dans l’air en émettant des ondes sonores ; si la tige parcourt la courbe C, elle émet des ondes tout au long de sa trajectoire par exemple en M0 et ce qui intervient sur elle postérieurement à cette émission n’a plus d’influence sur la propagation des ondes émises. Lorsque la théorie einsteinienne remplace les ondes par des quanta, c’est encore cohérent à l’échelle macroscopique parce que, lorsque les quanta sont en grand nombre à un instant donné dans un volume donné, ils se comportent comme une onde : c’est ce qu’a exprimé Louis de Broglie, indiqué ci-dessus. A l’échelle microscopique, la situation est différente. Avec le concept maxwellien de la propagation dans un milieu, il n’y a pas de changement de la structure de ce milieu ; avec la tige vibrant dans l’air, l’énergie rayonnée passe des molécules de la tige aux molécules de l’air, mais le nombre de particules concernées est inchangé. Avec les quanta einsteiniens, des corpuscules sont créés (processus de conversion de l’énergie impliquant la création de particules), qui viennent s’ajouter à ceux existant dans l’univers avant l’émission. Ce phénomène est étranger à la Théorie de Maxwell ; toutefois l’aspect statistique des phénomènes assure une cohérence partielle.


Une situation totalement différente apparaît dans le cas de la charge en mouvement rectiligne uniforme et de l’analogie avec la tige vibrante. A chaque instant, la tige cède de l’énergie à l’air environnant en émettant les ondes acoustiques, ce qui suppose qu’elle dissipe progressivement l’énergie qui lui a été apportée ou qu’une source d’énergie lui soit associée ; la charge électrique en mouvement rectiligne uniforme est à énergie constante et ne peut donc pas céder d’énergie au milieu environnant comme la théorie actuelle le prévoit.


Dans Classical charged particles (considéré comme l’un des ouvrages de référence de l’électro- magnétisme classique) Fritz Rohrlich résume les deux cas évoqués : “The radiation field detaches itself from the charge which is its source and leads an independent existence…… In contradistinction, the velocity fields are permanently attached to the charge and are carried along with it; they have neither energy nor momentum at large distances from their source…In fact, it would be physicaly meaningless to separate a charge from its velocity field. (8)”


Jusqu’à maintenant, l’hypothèse qui consiste à considérer que de l’énergie assocIée au champ se détache de la charge est apparue valable parce que le flux de cette énergie à l’infini, exprimé par le flux du vecteur de Poynting, est nul. Lorsque de l’énergie électromagnétique est rayonnée, son flux sur une surface sphérique englobant la zone d’émission est constant quand le rayon de la sphère croît à l’infini ; c’est évident si on raisonne en terme de photons émis : c’est toujours le même nombre de quanta-corpuscules qui s’enfonce vers l’infini, le flux du vecteur de Poynting reste alors constant. Dans le cas qui nous concerne maintenant, le fait que le flux d’énergie soit nul à l’infini conduit à postuler que l’énergie, qui s’est séparée de la charge avec le champ, s’évanouit en se propageant dans l’espace : c’est inacceptable. L’énergie peut se déplacer ou changer de forme ; dans les conditions de notre univers terrestre, elle ne s’évanouit pas, elle ne disparaît pas.


Ce qui précède conduit à évoquer l’évolution de l’interprétation des phénomènes électro-magnétiques postérieurement à la Théorie de Maxwell et aux Expériences de Hertz. Les recherches menées en 1898 par Alfred-Marie Liénard ont abouti à la conclusion suivante : l’expression des champs d’une charge électrique en mouvement, par la mise en œuvre des potentiels retardés issus directement de la Théorie de Maxwell, conduit à une expression inexacte du champ électromagnétique. Dans le cas de la charge électrique animée d’une vitesse rectiligne uniforme, ces recherches ont conduit à introduire, dans la formulation des potentiels, une correction tenant compte de la vitesse de la charge et de l’angle. On est arrivé ainsi aux Potentiels de Liénard et Wiechert (Emil Wiechert est parvenu indépendamment à la même formulation en 1900) ; ces résultats se sont avérés en accord avec la réalité physique dans les multiples confrontation avec les données expérimentales.


Les composantes du champ, pour une valeur donnée de q sont supposées être déterminées par les paramètres liés à la position retardée M0, distance M0P et angle x0, mais la correction introduite sur la charge pour tenir compte de l’impact de son mouvement sur l’élaboration des potentiels, aboutit à ce que le champ électrique soit colinéaire avec la position instantanée de la c
harge ; les champs et sont orientés comme si l’interaction était instantanée et leur formulation dépend de l’angle x et non plus de x0.qui intervenait au départ de la démarche. Le champ électrique est exprimé de la même façon que si la charge était statique, mais avec un coefficient amplificateur qui est spécifique des effets relativistes.


En fait, on découvrait par étapes que la Théorie de Maxwell ne conduisait pas à une expression valable du champ d’une charge électrique en mouvement. Il était apparu d’abord la nécessité d’apporter une correction pour les grandes vitesses d’une charge en mouvement, mais le problème était général et il allait falloir attendre l’introduction des quanta pour atteindre les racines du problème au niveau de la lumière puis pour l’ensemble du rayonnement électromagnétique. Lorsque la relativité s’est développée, il est apparu que la formulation du champ électromagnétique à partir des Potentiels de Liénard et Wiechert était cohérente avec ce qu’implique cette théorie ; on obtient le même résultat en partant du champ de la charge en position statique dans un référentiel donné et en faisant le changement de référentiel conformément à la Transformation de Lorentz.


Le problème évoqué a été abordé sous différentes formes dans les traités d’électromagnétisme. Examinons ce qu’il en ressort dans l’ouvrage Classical Electricity and Magnetism de Wolfgang Panofsky et Melba Phillips. “Note that the electric field is directed towards the present position of the electron and not towards the retarded position……For low velocities, the electromagnetic field reduce to the Coulomb and Biot-Savart fields. For high velocities, both fields magnitude depends on the angle between the direction of motion and the radius vector r0. The electric field is increased in the direction at right angle to the direction of motion in the ratio of 1/(1-v²/c²)1/2 while in the direction of motion the field is decreased in the ratio (1-v²/c²). At very high velocities, the field thus ressemble more and more the field of a plane wave. For a short time, as a high velocity electron passes an observer, he sees a purely transverse electric and magnetic field. Note, however, that a uniformly moving charge is non radiating in the sense that its field does not represents an energy loss. This can be shown by direct evaluation of the Poynting Vector. (9)”


Revenons aux cas évoqués plus haut. Avec les équations ayant conduit à la découverte du rayonnement électromagnétique, il n’était pas apparu initialement, d’anomalie à considérer que le champ de la charge q se propage de M0 ou de O0 à P pendant que la charge se déplace de M0 à M ou de O0 à O, mais on a vu ci-dessus la contradiction qui apparaît lorsque la charge est en mouvement rectiligne uniforme. Les Potentiels de Liénard et Wiechert ayant semblé rétablir la compatibilité avec la réalité physique via la cohérence avec la relativité et l’expérimentation, ce thème doit être abordé sous un autre angle. Considérons le cas où la charge en question est un électron e1 de haute énergie dont la vitesse est très proche de celle de la lumière, par exemple : v/c = 1-10-12. Prenons l’exemple du point P situé à un mètre de O ; la position retardée est à 700 Km en amont de O. Le champ est supposé s’être propagé de O0 à P pendant que la charge se déplaçait de O0 à O. Une fois que e1 a passé le point O0, les relations de cause à effet responsables de l’évolution du champ dans l’espace sont en action. Le fait que le champ parvienne en P signifie que, si une charge q’ y est présente, elle va subir une force de la part du champ et si elle est libre elle va acquérir de l’énergie cinétique. Considérons que q’ est un deuxième électron e2. La relation 5 exprime la force que va subir e2 lorsque e1 sera en O, force qui lui communiquera une accélération correspondant à des millions de g. Mais cette accélération n’est pas, selon la théorie, la conséquence du passage de e1 en O, elle est la conséquence des relations de cause à effet déclenchées en O0 ; l’immobilisation de e1 après ce passage en O0, à 700Km en amont de O, est supposé ne rien changer au déroulement des évènements. Si on avait considéré le cas d’un point P à 1 Km de O au lieu de un mètre (accélération d’une vingtaine de g sur e2), la position retardée aurait été à 700 000 Km.


En fait, l’interaction évoquée entre q et q’, constituées l’une et l’autre d’un électron correspond au cas élémentaire et fondamental de l’interaction de couplage dans le cadre de l’électromagnétisme classique et on peut reprendre les termes d’Albert Einstein impliquant une action électrodynamique réciproque : la charge q communique de l’énergie cinétique à la charge q’ et, simultanément, à chaque instant, l’action réciproque de q’ sur q effectue le prélèvement équivalent d’énergie. C’est cette interaction qui fait que, dans un transformateur, l’énergie disponible au secondaire est prélevée sur l’énergie fournie au primaire ; le même processus intervient, dans un générateur électromécanique, grâce auquel l’énergie électrique délivrée par l’induit est fournie sous forme mécanique à l’inducteur. Dans ces cas, la proximité des éléments en interaction a fait que l’on ne s’est pas posé la question de savoir s’il y avait intervention d’un temps de propagation : celui-ci a été considéré comme inexistant. Pour les fondements de la physique, c’est totalement différent selon qu’il est négligeable ou inexistant ; c’est le problème qui apparaît dans le cas élémentaire de l’interaction de couplage qui intervient entre une charge électrique initialement en mouvement rectiligne uniforme et une charge initialement en position fixe. Dans les cas où la charge q venant de l’infini passe à proximité d’une charge q’ en P, on est face au phénomène du temps de propagation introduit par la Théorie de Maxwell dans l’interaction de couplage, à l’échelle élémentaire et dans sa généralité.


Si les relations de cause à effet qui entraînent la présence du champ en P, remontent à des kilomètres, des milliers ou des millions de kilomètres, avec ou sans immobilisation de la charge, il apparaît à l’évidence que l’action électrodynamique réciproque ne peut pas intervenir. Le fait que le champ soit concentré autour d’un plan perpendiculaire à la trajectoire et passant par la charge conduit à la même conclusion. L’observateur qui voit passer un champ purement transverse, c’est l’électron e2 qui voit passer l’électron e1. Mais cela n’est en rien cohérent avec le concept d’une position retardée de e1 qui serait à l’une des distances évoquées et se trouverait à la source de cette interaction.


Ainsi, l’analyse qui précède conduit à considérer que l’interaction entre la charge à vitesse rectiligne uniforme et une charge fixe est une interaction instantanée ; cela est valable pour toutes les interactions de couplage et implique que, contrairement aux concepts actuels, une charge électrique soit solidaire de son champ, à tout instant et jusqu’à l’infini de l’espace. Il en est de même pour un aimant et son champ : cela élimine les anomalies citées précédemment dans la démarche introduisant la relativité restreinte. Simultanément cela rend la relativité cohérente avec l’instantanéité des interactions de couplage. Les moyens actuels des laboratoires permettent d’effectuer simplement les vérifications expérimentales appropriées.

III Conclusion


Cette analyse conduit à mettre en exergue le caractère exceptionnel de la démarche d’Alfred-Marie Liénard imbriquant, de façon extraordinaire, le génie et la logique. Partant du concept des interactions retardées émanant de la Théorie de Maxwell, la modification vectorielle qu’il introduit dans la formulation des potentiels conduit à un champ électromagnétique qui a les caractéristiques d’un champ instantané. La question se posait de savoir si la modification introduite avançait les potentiels et conduisait à formuler des champs instantanés. La réponse a été négative parce que les interactions retardées étaient considérées comme vérifiées (Théorie de Maxwell et Expériences de Hertz). La relativité restreinte, dès son apparition a semblé apporter sa confirmation à la validité des Potentiels de Liénard et Wiechert comme indiqué précédemment. Il aura fallu plus d’un siècle pour évaluer à sa juste valeur la démarche d’Alfred-Marie Liénard. Elle a, sans le savoir, éliminé le rôle négatif de l’éther et de la propagation. Elle a exprimé l’instantanéité des champs de couplage avec leur vraie valeur en amplitude et en direction. Elle a contribué à exprimer valablement l’aspect statistique des champs de rayonnement.

Si la Théorie de Maxwell permettait d’exprImer les champs de rayonnement dans le cas des ondes hertziennes (les vitesses, dans les conducteurs, des électrons qui sont à la base de l’émission de ces ondes sont très faibles) elle n’apportait pas de solution valable pour les rayonnements issus de particules subissant des accélérations les amenant à de grandes vitesses. Le problème s’est posé avec les accélérateurs de particules qui ont tenu une place essentielle dans le développement de la physique. Dans sa version actuelle, la théorie électromagnétique a été développée en s’appuyant sur le formalisme quadri-dimensionnel qui actualise la Théorie de Maxwell vis-à-vis de la relativité. En même temps qu’il réalise une symbiose avec les Potentiels de Liénard et Wiechert, ce formalisme évacue, sans que cela apparaisse, l’éther et la propagation. On pourra remarquer que l’éther a été évacué, mais quelle interprétation peut-il rester pour la propagation sans le milieu supposé la supporter ? En fait, la propagation, s’est trouvée associée à la relativité et le colossal apport de cette théorie a empêché de prendre conscience que ce concept est incompatible avec la réalité physique aussi bien lorsqu’il s’agit des interactions électromagnétiques de couplage que de celles de rayonnement.


Non seulement la relativité restreinte n’exclut pas l’instantanéité des interactions, mais elle l’implique dans le cas des interactions de couplage.

Le site : http://dualite-espace-temps.pagesperso-orange.fr/ rapporte le déroulement de ces recherches.

Bibliographie

1. Collectif d’auteurs : Demain la Physique, Odile Jacob Sciences.


2. Cité par Louis de Broglie: Nouvelles perspectives en microphysique, Albin Michel, 1956.


3. Citation de: Banesh Hoffmann, Albert Einstein, Créateur et Rebelle, Éditions du Seuil, 1972.


4. Banesh Hoffmann, Michel Paty. L’étrange histoire des quanta. Editions du Seuil 1981


5. Louis de Broglie: Réédition de la thèse de 1924, Recherches sur la Théorie des Quanta, MASSON, 1963.


6. James Clerk Maxwell, (Traduction française) Traité d’Electricité et de Magnétisme, Editions Jacques Gabay, 1989


7. Hendrik-Antoon Lorentz, The Theory of Electrons and its Applications to the Phenomena of Light and Radiant Heat, Ed. Jacques Gabay, 1992


8 . F. Rohrlich, Classical Charged Particles, Addison Wesley, 1990


9. Panofsky & Phillips, Classical Electricity and Magnetism, Addison Wesley 1962



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