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une particule est à l'espace ce qu'une vague est à la mer

 
 
 

l'expansion de l'univers :
LA GRANDE ILLUSION
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Saint Thomas est-il un principe scientifique?

 
Saint Thomas dit-on, ne croyait que ce qu'il voyait.
Si nous prenons un ballon dans la main, le ballon est plus grand que notre main. Si nous le lançons au loin, sa taille rétrécit et il deviendra rapidement plus petit que notre main.
En tout cas, c'est ce que nous voyons, et Saint Thomas dirait que le ballon a rétréci car c'est cela que l'on voit.
En principe, un scientifique ne croit pas à ce qu'il voit, mais il interprète ce qu'il voit en fonction de ce qu'il sait ou de ce qu'il croit savoir "par ailleurs" sur le comportement des phénomènes.
Il sait que le rétrécissement de la taille avec la distance est une simple illusion d'optique dans l'espace.
 
Vers 1928 Edwin Hubble a observé que toutes les galaxies s'éloignent de la notre, et s'en éloignent d'autant plus vite qu'elles sont plus loin de nous.
Hubble-Saint Thomas a vu les galaxies s'enfuir de tous côtés, a cru à ce qu'il voyait, et il en a conclu que l'univers se dilate au cours du temps.
Depuis sa découverte, son observation ne cesse d'être massivement confirmée, mis à part quelques galaxies rebelles qui persistent à sembler se rapprocher de nous.
Les astrophysiciens ont mis ces galaxies dans leur poche et un épais mouchoir par dessus, et l'on a déclaré officiellement que l'univers est en expansion puisque c'est ce que l'on voit, ce qui serait à l'évidence une "preuve" de l'expansion.
 
Les galaxies rebelles à l'expansion, les observations de jour en jour plus nombreuses de galaxies qui se rapprochent les unes des autres et se percutent, le caractère nombriliste de la terre au centre de l'expansion, tout cela aurait dû amener à rechercher l'erreur, l'illusion d'optique par l'effet de perspective dans l'espace-temps, analogue à l'illusion de la perspective dans l'espace qui nous fait voir les objets diminuer de taille avec la distance.
 
 
 
 

Fondements de l'illusion

[nota : on peut retrouver sous une autre forme les développements de cette page dans le texte "une particule est à l'espace ce qu'une vague est à la mer"]

Pour démonter cette illusion, il faut d'abord rappeler comment on "voit" l'expansion. Ce que l'on observe en fait, c'est que les rayonnements qui proviennent d'une galaxie présentent des longueurs d'ondes systématiquement agrandies avec l'éloignement de cette galaxie.
On appelle cela l'effet Doppler-Fizeau, et l'on cite toujours pour l'expliquer l'analogie avec la modification de la longueur d'onde dans l'air de la sirène d'une ambulance, plus stridente quand elle s'approche de nous (diminution de la longueur d'onde du son) et plus grave quand elle s'en éloigne (augmentation de sa longueur d'onde).
Dans l'air (pour le son) ou dans le vide (pour la lumière), l'augmentation de la longueur d'onde s'explique simplement : puisque la source s'éloigne de nous, le son ou la lumière qui seront émis en dernier auront plus de chemin à parcourir pour arriver jusqu'à nous.
 
 
 
 
 
explication schématique de l'effet Doppler-Fizeau d'allongement de la longueur d'onde d'une lumière dont la source s'éloigne ( plus la source est loin de nous, et plus sa lumière met de temps à nous parvenir, et plus ses photons nous arrivent avec retard par rapport à ce qui se serait produit si la source ne s'était pas éloignée) 
 
 
Comme les lumières dont la longueur d'onde augmente virent au rouge, on dit que les galaxies lointaines ont leurs rayonnements qui rougissent, et c'est ce rougissement observé qui serait donc la preuve de l'expansion de l'univers.
Cette déduction est basée sur trois principes :
    1- la vitesse de déplacement de la lumière est constante,
    2- la lumière voyage comme une onde,
    3- et la longueur d'onde d'une lumière est constante dans le temps, du moins si la source de lumière et son observateur ne bougent pas l'un par rapport à l'autre.
 
    1- Que la vitesse de la lumière soit partout et de tous temps identique, cela semble assez bien établi par l'expérience.
    2- Que la lumière voyage comme une onde, cela également a été prouvé par de nombreuses expériences, notamment celles qui montrent que la lumière fait des interférences.
    3- Que la longueur d'onde d'un rayonnement reste constante relève par contre d'un postulat, car nul n'a vécu quelques années-lumière pour mesurer sa longueur d'onde à deux moments significativement différents. Ce postulat est le suivant : il n'y a aucune raison connue pour qu'une longueur d'onde varie, donc le mieux est de penser qu'elle ne varie pas. C'est sur ce point précis que nous allons débusquer la source d'une possible illusion d'optique :  nous allons proposer une raison à ce que la longueur d'onde d'une lumière augmente toute seule au fur et à mesure que le temps passe.
 
 

 

Le fonctionnement paradoxal de la lumière

 
À la fin du siècle dernier, on savait que la lumière voyageait comme une onde, et l'on en déduisit normalement qu'une lumière est une onde.
Au début de ce siècle, Einstein montra que la lumière se décompose en minuscules grains de lumière quantifiables, que l'on a appelés des quantas de lumière, ou photons. On en déduisit normalement qu'une lumière est un ensemble de photons, donc un ensemble de grains.
 
Tout aussi normalement on en déduisit qu'un photon avait un double caractère, celui d'une onde puisqu'il se comportait comme une onde, et celui d'un "corpuscule" puisqu'il se comportait comme un corpuscule. Ces deux caractères sont contradictoires (une onde est en expansion infinie dans l'espace, et un corpuscule est limité et localisable en principe dans l'espace), on en conclut donc que la lumière présente une nature paradoxale, et l'on appela cela le "paradoxe onde/corpuscule".
Quelque temps plus tard De Broglie montra que même les particules de matière telles que les électrons relèvent de ce caractère paradoxal, et ce caractère est maintenant devenu un axiome incontournable de la théorie dite "quantique".
 
Nous n'allons pas ici contourner la théorie quantique, mais au contraire nous allons la prendre au sérieux, et même la prendre encore plus au sérieux qu'elle même ne le fait. Car la théorie quantique "contourne" à sa façon ce paradoxe onde/corpuscule, en déclarant que le caractère ondulatoire de la lumière ne se manifeste que si l'on néglige son caractère corpusculaire, et inversement.
Quand il voyage, un photon serait comme un "paquet d'ondes", et ce paquet d'ondes se ramasserait en photon ponctuel seulement lorsqu'il est intercepté. On appelle cette transformation la "réduction du paquet d'ondes". En somme, un photon serait parfois une onde, parfois un grain, une onde lorsqu'il voyage et un grain lorsqu'il s'arrête et se détruit, jamais les deux en même temps.
 
 
Pour que la longueur d'onde d'une lumière augmente toute seule quand le temps passe, il suffit de penser la théorie quantique de façon plus radicale, d'admettre qu'un photon soit toujours et en même temps une onde et un grain de lumière, et que par conséquent son comportement serait toujours conditionné par ces deux propriétés pourtant contradictoires.
 
En effet, si l'on admet que les photons se comportent comme des grains de lumière quand ils s'éloignent d'une source, et si cette source émet des photons à un rythme régulier, ces photons se diluent naturellement dans un volume qui augmente de plus en plus quand ils s'éloignent de leur source.
Plus le temps passe et plus ils sont écartés les uns des autres, plus le temps passe et moins ils sont fréquents pour un observateur fixe, car la même quantité se répand dans un volume de plus en plus grand.
On doit maintenant traduire ce fait en termes d'onde, puisqu'un photon voyage aussi comme une onde. Exprimée mathématiquement, la longueur d'onde est l'inverse de la fréquence, car lorsque la fréquence d'une onde diminue, ses creux et ses crêtes successives sont davantage écartés.
Si l'on admet donc que la lumière a des proprétés non seulement ondulatoires mais aussi corpusculaires lorsqu'elle voyage, on en déduit qu'obligatoirement sa fréquence diminue et que sa longueur d'onde augmente comme le temps passe, et que le rougissement du rayonnement des galaxies doit être d'autant plus grand que la galaxie est éloignée de nous  . . .  ce qui est bien ce que l'on observe.
 
 
Diminution naturelle au cours du temps de la fréquence des photons envisagés sous l'aspect corpusculaire de leur fonctionnement. 
Traduit sous l'aspect cette fois ondulatoire de leur fonctionnement, cela signifie que leur longueur d'onde augmente, donc que leur lumière rougit au fur et à mesure du temps qui passe
Certaines galaxies ont cependant leur rayonnement qui bleuit, à l'inverse de la quasi-totalité qui rougissent.
Dans l'hypothèse habituelle il n'y a aucune explication à ce phénomène "d'exceptions qui confirment la règle", et en attendant que l'explication soit trouvée on oublie le plus souvent d'évoquer ces exceptions gênantes.
Dans notre hypothèse, nous n'avons pas de raison de penser que l'effet Doppler-Fizeau n'existe pas, et nous supposons en conséquence que ces galaxies sont des galaxies qui se rapprochent de nous tellement vite que cet effet est supérieur à l'effet de rougissement impliqué par le caractère corpusculaire de leurs rayonnements. L'observation des collisions de galaxies est un phénomène courant, pourquoi notre galaxie serait-elle exempte de ce risque ?

 
 
 
 

Banalité du paradoxe onde/corpuscule

 
Les réflexions précédentes sont abstraites et l'on peut souhaiter imaginer de façon plus concrète la façon dont le paradoxe onde/corpuscule fonctionne.
Il convient d'abord de dissiper ce qu'un tel fonctionnement paradoxal a de mystérieux et d'impensable. La théorie quantique dit que de telles choses n'arrivent qu'à l'échelle infinitésimale, précisément appelée "l'échelle quantique", et que les physiciens ont spécialement du mérite de parvenir à penser de tels événements qui tranchent avec ce qui se passe à l'échelle de la vie courante.
Selon nous cette barrière d'échelle est tout à fait illusoire : il suffit d'observer avec un autre regard les choses de plus grande échelle pour y voir fonctionner les mêmes principes.
 
Ainsi par exemple, qu'est-ce qu'un cyclone ?
Cela se déplace comme un organisme parfaitement localisable, on peut à tout moment dire où il est, et il possède même un centre que l'on appelle son oeil. Ce sont là des propriétés similaires à celles que l'on peut attendre d'un "corpuscule" à l'échelle infinitésimale.
Mais en même temps, un cyclone propage des vents qui se déplacent dans l'air comme des ondes, et on peut l'envisager aussi bien comme une onde spiralante qui se propage autour de son oeil. Il a donc également des propriétés ondulatoires.
Un cyclone est donc une réalité qui fonctionne de façon paradoxale, puisqu'à la fois comme un organisme possédant un centre et comme un organisme faisant un effet d'ondes.

Nous saisissons cet exemple bien "visible" pour tenter de percer le mystère d'un tel fonctionnement paradoxal, et nous nous posons à nouveau la question : mais qu'est-ce donc qu'un cyclone ? La réponse est : rien qu'un courant d'air, rien de plus que l'air qu'il déplace.
C'est une organisation interne à l'air, avec des gradients de pression et des gradients de vitesse organisés d'une certaine façon, et avant que le cyclone naisse il n'y a rien dans l'air, après qu'il se soit éteint il ne reste plus rien dans l'air.
D'une particule infinitésimale possédant ce caractère on dirait qu'elle surgit du vide, puis qu'elle s'évanouit dans le vide, ce qui selon les physiciens des particules serait chose tout à fait banale.
Pour qu'un photon fasse dans le vide de l'espace à une échelle infinitésimale, un effet similaire à celui d'un cyclone dans l'atmosphère à grande échelle, on peut penser que le rapport entre un photon et le vide de l'espace est de nature similaire à celui qui existe entre un cyclone et l'air atmosphérique.
C'est en tous cas l'hypothèse que nous faisons, et qui consiste à poser qu'un photon n'est finalement rien dans l'espace, rien qu'une organisation du vide qui parvient à durer, exactement comme parvient à durer quelque temps l'organisation de l'air qui forme un cyclone.
 
 
 

 

Comme une vague sur la mer

 
On peut d'ailleurs se demander ce qu'est une onde de façon générale, qu'il s'agisse d'une onde dans l'air ou d'une onde sur l'eau ou dans l'eau ? : ce n'est rien d'autre que de l'air ou de l'eau, mais cela constitue une déformation de cet air ou de cette eau qui parvient à durer sans se défaire.
 
Cette définition vaut pour les ondes que l'on sait voir, mais on peut penser la même chose à propos des invisibles ondes électromagnétiques qui voyagent dans le vide de l'espace : ce ne seraient pas des réalités qui voyagent réellement "dans" l'espace, elles ne seraient faites de rien d'autre que du vide qu'elles traversent, et elles ne seraient rien d'autre que des déformations de ce vide qui parviennent à tenir et à ne pas se défaire au fur et à mesure de leur trajet.
 
Notre hypothèse est qu'en fait le vide de l'espace aurait lui-même une structure ondulatoire, c'est-à-dire qu'il serait formé d'ondes stationnaires qui pulsent à toutes les échelles de l'univers [voir E ce point d'avantage expliqué].
Stationnaire pour une onde, cela signifie que son voyage par rebond sur les autres ondes, toujours la ramène au même endroit. Elle ne cesse de bouger car une onde ne peut tenir sans se déplacer, mais la coordination de son mouvement avec celui des autres ondes fait qu'elle bouge finalement sur place, qu'elle pulse constamment sur place.
 
le principe de fonctionnement des ondes stationnaires
 
 
1 : expansion des ondes
 
2: rebond sur l'enceinte
puis recontraction des ondes
 
3 : résultat stationnaire
 

À leur plus grande échelle, ces ondes d'espace formeraient les énormes bulles vides de matière dont on sait que l'univers est constitué, les galaxies se répartissant sur les zones situées à la rencontre de telles bulles. Cette structure d'ondes, à la fois immobiles et frémissantes, tel serait ce que l'on appelle "le vide".
 
Cette simulation modélise la distribution des galaxies dans un cube de 260 millions d'années-lumière de côté. La répartition des galaxies suggère une structure en forme d'éponge, avec une concentration sur des murs ou des parois englobants de vastes espaces vides. 
Ces bulles vides seraient dans notre hypothèse la plus grande échelle des ondes d'espace capable de tenir sans s'effondrer. 
[Document "Sciences et Avenir"]
 
 
Cette structure ne serait pas figée, car les ondes qui la constituent connaîtraient des déformations locales. Quand une onde d'espace est ainsi déformée, elle chercherait à reprendre sa forme stable indéformée, et elle ne pourrait le faire qu'en se débarrassant de cette torsion en la passant à sa voisine. À son tour, sa voisine s'en débarrasserait en la passant un peu plus loin, et ainsi voyageraient des déformations locales des ondes d'espace, et ce sont ces déformations que nous appelons photons.
 
Structure de l'espace en ondes stationnaires. 
Ces ondes connaissent des déformations locales qui voyages d'onde en onde et que l'on appelle "photons"
Ayant le caractère de déformations locales, les photons auraient donc les propriétés d'un phénomène localisé, c'est-à-dire corpusculaire, et étant des déformations d'ondes, ils auraient tout aussi naturellement des propriétés ondulatoires.
 
Si un photon est une déformation des ondes d'espace qui s'en débarrassent en l'expulsant et en le faisant ainsi voyager sans fin à la vitesse de la lumière, on peut se demander ce qu'est dans cette hypothèse une particule de matière ?
Elle n'aurait pas plus de "matérialité" qu'un photon, ce serait aussi une déformation des ondes d'espace, donc rien de plus que l'espace lui-même, mais ce serait cette fois une déformation qui tournerait localement en rond, qui entortillerait les ondes d'espace de telle sorte qu'elles ne parviennent plus à s'en débarrasser ni à la défaire.
Voilà pourquoi une particule de matière est une chose qui "reste dans" l'espace, même si elle n'est faite de rien d'autre que cet espace.
Etant un entortillement local d'ondes, on comprend aussi pourquoi tout comme un photon, une particule de matière présente donc à la fois et en même temps un caractère corpusculaire et un caractère ondulatoire.
 
Notre hypothèse peut donc se ramener à peu de choses : le vide de l'espace n'est pas rien, mais a le caractère d'une structure d'ondes stationnaires qui pulsent à toutes les échelles de l'univers.
On ajoute juste l'hypothèse complémentaire que ces ondes ne sont pas "tranquilles" mais constamment dérangées par des déformations locales, et en découle alors l'existence des photons qui forment les rayonnements et l'existence des particules de matière.
En découle aussi nécessairement que les photons ont toujours le double caractère d'onde et de particule, ce qui implique comme on l'a vu que les photons d'un rayonnement deviennent de moins en moins fréquents dans l'espace au fur et à mesure que leur voyage se prolonge.
 
Ainsi, selon l'idée que l'on se fait du photon, la plus petite particule de l'univers, dépend l'idée que l'on se fait des transformations de l'univers à sa plus grande échelle.
Sur cette question, ce que l'on voit est donc conditionné au plus haut point par ce que l'on croit savoir, et notre conception de la réalité est conditionnée au plus haut point par le type de lunettes que nous mettons pour la décryter.
 
 
l'actualité d'avril 1999: 
 
Des observations récentes (voir par exemple leur compte-rendu dans le numéro de mars 1999 de la revue "Pour la Science") laissent penser que le décalage vers le rouge des rayonnements ne serait pas exactement proportionnel au temps qui passe, mais qu'il accélérerait quelque peu au cours du temps. Dans la conception d'un univers en expansion, cela signifie que la vitesse de l'expansion s'accélère, ce qui est en contradiction avec l'idée communément admise dans la même conception et selon laquelle la gravité freine progressivement l'expansion. 
Dans notre hypothèse, un photon n'est qu'une irrégularité locale, une déformation locale des ondes d'espace que celles-ci s'empressent de repasser à leurs voisines pour s'en débarasser, et qui par ailleurs s'étale sur un nombre croissant d'ondes au fur et à mesure que le temps passe. Dans cette optique, l'accélération au fil du temps du décalage vers le rouge peut s'expliquer par le fait que les photons très vieux ont leur énergie trop étalée, répartie dans un trop grand volume, et de la sorte s'éteignent brusquement, ou sont détruits par le bruit de fond de l'agitation des ondes d'espace. 
La disparition de ces photons diminue progressivement leur nombre, donc leur fréquence dans l'espace, ce qui est une autre façon de dire que la longueur d'onde de ce qui reste de rayonnement augmente au fil du temps. 
Ainsi, comme on l'a expliqué plus haut la diminution de fréquence des photons serait d'abord due à leur dilution progressive et régulière dans l'espace, et pour les plus vieux rayonnements une perte supplémentaire de fréquence proviendrait de la fraction des photons qui se défont naturellement du fait de leur trop grande perte de cohésion. 

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