Introduction

" Qui n'est pas scientifique s'imagine sans doute que la physique, plus que toute autre science, est une discipline exacte et complète, sûre de ses méthodes et fière de ses résultats.

Il y a là une grande part de vérité. Mais il faut bien comprendre que nos connaissances sur la matière, si étendues qu'elles soient, sont encore comme des îlots qui émergent d'un océan inconnu; et que les progrès même qui ont été accomplis depuis le début du siècle ont pour étrange contrepartie de nous rendre la matière moins familière et moins naturelle... "

Alfred KASTLER [1]

Le premier paragraphe de cette citation empruntée à Alfred Kastler pourrait également s'appliquer à bon nombre de physiciens et plus particulièrement à ceux des nouvelles générations qui utilisent quotidiennement les méthodes de la mécanique quantique. Ceux que j'ai pu rencontrer semblent n'émettre absolument aucun doute sur la solidité des bases que leur fournit cette théorie pour asseoir leurs connaissances de la microphysique. A tel point qu'ils sont hermétiques à tout langage nouveau, tel celui qu'il m'a été donné de leur tenir et que j'expose dans les pages qui suivent. Mon discours a provoqué à peu près le même effet que celui d'un aborigène du Mato Grosso débarquant sous la Coupole. Aussi, cet ouvrage ne s'adresse pas nécessairement aux " spécialistes " de la microphysique mais à tous les scientifiques et plus généralement à tous ceux pour qui il est plus important de comprendre que d'apprendre. Cependant, il me faut prévenir l'objection que j'ai le plus souvent rencontrée auprès de ceux qui ont déjà eu connaissance des idées et des résultats exposés ici. Dans leur grande majorité, mes interlocuteurs se sont déclarés "incompétents" pour les juger et les promouvoir. Il est vrai qu'une prise de position à contre-courant n'est pas sans risques et qu'il faut penser à l'évolution de sa carrière. Malgré cette réserve, il se pourrait que ce soit dans le domaine de la Physique que le principe de Peter serait le mieux vérifié.

Par ailleurs, on a généralement tendance à considérer celui qui parle et non pas ce qui est dit. L’identité de l’auteur est souvent le seul critère de jugement de la valeur d’une proposition. Que le lecteur veuille bien, avant de décider, juger sur les faits, sur les résultats exposés ici. Qu'il prenne également conscience de sa propre aptitude à comprendre et à juger de la valeur d'une contribution dans des domaines que les "spécialistes" revendiquent trop souvent et trop jalousement comme étant leurs chasses gardées. Qu'il se souvienne des propos tenus, il y a trois quarts de siècle déjà, par Soddy :

" Le conservatisme naturel et la haine de l'innovation se rencontrent dans le monde savant plus fortement que beaucoup de gens se l'imaginent " [2]

Les choses ont-elles changé ?

Le spécialiste de la mécanique quantique est-il qualifié pour juger de la validité de la présente proposition dont la principale caractéristique est justement d'expliquer la microphysique autrement qu'il n'a appris à le faire?

Aujourd'hui, la physique atomique et la physique des particules élémentaires sont dominées par la mécanique quantique. L'on peut se poser la question de savoir si cette mainmise est légitime et si le domaine de la microphysique aurait pu connaître une autre évolution dans d'autres conditions heuristiques. En fait, la mécanique quantique et les mathématiques ont accaparé la microphysique, elles s'y sont imposées en force, la première, par un lavage de cerveau :

" Le point le plus important, dans ce lavage de cerveau, c'est le problème de la compréhension. Une part de l'enseignement de Bohr - le maître à penser et le professeur d'Heisenberg, de Pauli et de presque tous les autres fondateurs de la mécanique quantique - consistait en ceci : ne cherchez pas à comprendre la mécanique quantique, elle est presque totalement incompréhensible "[3]

La mécanique quantique s'est imposée sur l'affirmation " qu'il n'était pas nécessaire de comprendre puisqu'on pouvait calculer. "[4] et en effet, elle constitue essentiellement un ensemble de recettes de calcul dont les fondements restent souvent obscurs mais dont les résultats n'ont jamais été démentis. C'est par ses succès à calculer et à prévoir qu'elle a conquis la grande majorité des physiciens.

Mais la réussite de ses méthodes mathématiques et la trop grande con-fiance qui en a résulté n'ont-elles pas conduit à faire perdre de vue les objectifs qui étaient les siens. Ainsi, Heisenberg n'a pas hésité à déclarer :

" Les mathématiciens ont appris aux physiciens qu'une loi de conservation est une propriété de symétrie... "[5]

Les mathématiques ne sont plus les moyens de calcul et de vérification des événements physiques, elles en sont devenues le cadre légal. Le physicien ne raisonne plus en prenant en compte les propriétés physiques des particules et de la matière, il ne fait que résoudre des équations et vérifier leur cohérence dimensionnelle.

Les recommandations de de Broglie :

" Sans doute, le physicien théoricien doit-il, pour préciser ces démonstrations, faire appel aux Mathématiques (aux Mathématiques anciennes plus sans doute qu'aux Mathématiques dites modernes) Mais les représentations mathématiques qu'il utilise ne doivent être qu'une manière de représenter avec précision la nature des phénomènes physiques étudiés et ne doivent pas se réduire à une simple gymnastique intellectuelle " [6].

n'ont pas été entendues.

Cependant, la mécanique quantique ne fait pas l'unanimité, moins sur sa structure et sa validité que sur l'interprétation de sa signification. Parmi ceux qui manifestèrent leurs réticences à l'égard de l'interprétation dominante de l'Ecole de Copenhague, celle de Bohr et de Heisenberg, figurent les plus illustres des physiciens, ceux qui ont eux-mêmes contribué à l'élaboration de la théorie, tels Planck, Einstein, Schrödinger ou de Broglie. Mais, parce qu'ils se sont davantage attachés à discuter de son interprétation et de sa signification que de proposer une autre interprétation, causale et déterministe, ils furent vite marginalisés.

La mécanique quantique a été et est toujours, mais à un degré moindre aujourd'hui, faute de protagonistes (existe-t-il encore des " savants " du calibre d’Einstein, de de Broglie, de Poincaré... ?), l'objet d'un débat, plus philosophique que scientifique, qui porte essentiellement sur les notions de réalité[7] des entités microscopiques, sur la compréhensibilité des phénomènes de la nature et sur l'existence de causes objectives aux effets observés[8]

Ce débat ne nous concerne pas. Nous ne voulons pas discuter de la signification de la mécanique quantique ni même de son adéquation à la microphysique. Nous considérons seulement que la mécanique quantique, telle qu'elle est actuellement avec son ambiguïté et avec ses problèmes d'interprétation, a été bâtie sur des hypothèses erronées, tant en ce qui concerne l'architecture de l'atome que sur la nature des corpuscules élémentaires. Il y avait, comme on le verra dans cet ouvrage, d'autres réponses possibles que celles apportées par Rutherford, Bohr, de Broglie, Schrödinger, Heisenberg... Ces réponses sont simples, trop simples peut être et c'est probablement là une des raisons qui font qu'elles ne furent pas aperçues dès l'abord. Que serait la physique aujourd'hui si, il y a 70 ans, l'on s'était convaincu que l'atome n'a rien de commun avec un système planétaire, que l'électron n'est pas un corpuscule ponctuel[9], qu'il n'est pas à la fois onde et corpuscule mais alternativement l'un ou l'autre... ?

Une analyse succincte de l'objet et des préoccupations de la mécanique quantique fait ainsi ressortir son intérêt essentiel pour les interactions entre particules, considérant celles-ci comme des objets ponctuels dont les seules propriétés intéressantes ne pouvaient être que celles de leur charge, de leur masse et de leurs trajectoires. Ce seraient ces seules propriétés qui permettraient certains "évènements" dont la probabilité fait justement l'objet de l'appareil mathématique de la théorie. Ainsi, nous cherchons en vain, dans les énoncés de la mécanique quantique et dans ses résultats[10], un souci quelconque de rendre compte des propriétés des atomes qui expliqueraient celles de la matière. Il est vrai, et il faut le préciser ici, que la mécanique quantique n’est pas une théorie de la structure des atomes et de la matière mais une méthode de calcul de la mécanique et des interactions de ces atomes. Elle ne traite pas de l’essence et de la nature des particules, elle admet ces particules et leurs caractéristiques, une fois pour toutes données, et ne traite que des moyens de calcul de ces caractéristiques et de leurs conséquences observables.

Ainsi, il convient de garder en mémoire que toutes les grandes avancées techniques et technologiques de ce siècle : les piles et la bombe atomique, les lasers, l’électronique, la chimie de synthèse... ont été faites par des gens qui n’avaient aucune connaissance des lois et des méthodes de calcul imposées par Bohr et ses disciples. Ces progrès ont été obtenus grâce à des spécialistes, dans chacun de ces domaines, d’une façon empirique, sans préalables théoriques[11]. Ce n’est qu’après coup que les théoriciens quantistes sont intervenus et ont revendiqué ces progrès comme justification de leurs théories.

Nous verrons dans les pages qui suivent que les particules qui constituent les atomes ont également une structure et une mécanique internes et ainsi, cet ouvrage n'a pas pour objet de discuter les points de vue et les propositions de la mécanique quantique mais celui de proposer un ensemble cohérent d'idées et de données permettant d'expliquer, d'une façon déterministe et causale, toutes les propriétés macroscopiques de la matière. Ainsi, dès l'abord, la ligne de démarcation entre les présentes propositions et celles de la mécanique quantique est nettement tracée. L'on peut cependant se poser la question de savoir si ces propositions sont compatibles avec celles de la mécanique quantique ou si elles ne mettent pas en cause les fondements de cette théorie. Il ne m'appartient pas d'en décider, ni même d'en discuter, je n’en ai ni l'audace ni les compétences et du reste, malgré l'apparent souci de confrontation avec les partisans de la mécanique quantique, je crois très sincèrement que mes propositions ne mettent pas en cause la validité de son appareil mathématique qui restera utile aussi bien dans les domaines où il excelle actuellement que dans ceux qui s'ouvriront si mes propositions sont prises en compte. Les propositions contenues dans cet ouvrage sont, comme il est facile de le vérifier, en conformité avec les règles de la physique, de la mécanique, de la thermodynamique et de l'électrodynamique classiques ainsi qu'avec celles de la théorie de la relativité restreinte. Elles s'appuient sur l'ensemble des connaissances actuelles dans ces domaines et rendent compte de l'ensemble des observations sur le comportement de la matière aussi bien à notre échelle que dans le domaine de la microphysique. Elles tiennent également compte des prévisions faites avec les méthodes de calcul de la mécanique quantique mais elles leurs confèrent une explication déterministe. L'exhaustivité apparente de cette revendication ne relève d'aucune prétention mégalomaniaque mais découle seulement des principes qui ont guidé notre démarche pour la recherche et l'élaboration de ces résultats. En conséquence, la présente proposition ne constitue pas une théorie au même titre que, par exemple, la Théorie de la Relativité, puisque contrairement à cette dernière, nous n’avons eu à formuler aucun postulat préalable, aucune hypothèse d’interprétation ni la moindre spéculation.

La mécanique quantique est ce qu'elle est, avec ses objectifs, son formalisme mathématique, son pouvoir prédictionnel, ses résultats, et, je ne le lui disputerais pas, sa raison d'être. Cependant, sans vouloir lui faire quelque ombrage, il me faut, à l'attention des physiciens qui pourraient les avoir perdus de vue, rappeler son objet et ses limites. Pour ce faire, je n'émettrai aucune idée personnelle et me contenterai d'emprunter à des auteurs, que le lecteur ne pourra soupçonner "d'antiquantisme", les quelques phrases que voici :

" La puissance conceptuelle de la mécanique quantique reste très énigmatique... A la clarté de la théorie répond l'obscurité de son lien avec la réalité... Plus de soixante ans après la lente épigenèse de son formalisme, il existe encore des discussions acharnées sur ce qu'il signifie et sur ce qu'il implique. C'est là un paradoxe : tous les physiciens l'utilisent, mais personne n'est capable de lui donner un sens précis.

...La machinerie mathématique fonctionne sans ratés, ses rouages sont lubrifiés par le temps et l'habitude, mais le débat épistémologique, lui, n'est toujours pas clos !

...Niels Bohr lui-même soutenait que la mécanique quantique est presque totalement incompréhensible, et il allait jusqu'à dire que pour approcher le monde quantique, le langage de la logique et de la raison n'est plus approprié, et qu'il convient d'emprunter à celui de la psychologie ou à celui de l'art ; par exemple, au langage des poètes, qui ne cherchent pas à représenter les faits de façon précise, mais seulement à créer des images et à établir des connexions sur le plan des idées… "[12]

Et encore :

" Pour conclure ce petit chapitre consacré à l'idéalisme, notons seulement que certains physiciens qui se veulent matérialistes pourraient tout aussi bien -et même mieux- être rangés parmi les idéalistes... il en va ainsi de tous ceux qui, fidèles à l'orthodoxie de Copenhague de la mécanique quantique, réalisent très objectivement qu'il faut dès lors concéder que notre physique n'est qu'humaine... Cette référence à l'homme n'implique pas l'idéalisme radical, celui qui nie que la notion d'être soit première, mais il est indéniable qu'elle est plus proche des vues de Kant que de celle des matérialistes purs et durs "[13]

" la curiosité des physiciens de cette époque s'exerça aussi sur la structure même de la théorie. Mais -c'est un fait- beaucoup plus sur sa structure mathématique que sur les problèmes conceptuels qu'elle pose. En ce domaine, le prestige de Bohr fit longtemps accepter les yeux fermés sa solution. Combien n'ai-je pas connu de physiciens naïvement persuadés, sans y aller voir, que cette dernière était conforme aux conceptions vaguement mécanistes a priori tenues par eux pour seules valables. Les lucides, tels Bohm ou Einstein lui-même, qui prirent à bras-le-corps le problème de la cohérence avec le réalisme conventionnel, se virent marginaliser "[14]

Ces citations sont extraites d'un texte récent qui résume d'une façon objective et concise l'attitude la plus consensuelle de la communauté scientifique avertie du débat épistémologique sur cette question. En fait, je pourrais prélever dans pratiquement chacune des pages de cet ouvrage, une citation à l'appui de mon propos et l'on trouverait, dans les oeuvres parues depuis plus d'un demi-siècle et signées des plus illustres mécaniciens quantistes des citations de même nature en quantité suffisante pour remplir un ouvrage entier. Il n'est que de quelques épigones pour chanter, sans réserve, les louanges de la mécanique quantique et sa toute puissante explication du monde microphysique. Beaucoup de physiciens ont perdu de vue la nature artificielle de cette théorie et pensent travailler sur une représentation concrète des mécanismes de la nature alors même que les plus avertis d'entre eux ne cessent de rappeler son caractère hypothétique et même, du moins beaucoup l'espère, provisoire et transitoire.

Engels disait déjà :

" L'empirisme exclusif, qui se permet tout au plus de penser sous la forme du calcul mathématique, s'imagine qu'il opère seulement avec des faits indéniables... [qui]... lui servent de base pour des calculs mathématiques à l'infini, au cours desquels la rigueur de la formulation mathématique lui fait agréablement oublier la nature hypothétique des prémisses... Même les faits constatés expérimentalement sont progressivement devenus pour lui inséparables de leurs interprétations traditionnelles "[15]

Nombre d'ouvrages scientifiques ou de vulgarisation présentent ainsi le formalisme mathématique de la mécanique quantique et ses concepts comme la forme la plus évoluée de la physique de la nature alors que, de l'aveu même de physiciens quantistes incontestés, la mécanique quantique ne décrit pas le monde réel mais en permet seulement la description statistique au moyen de ce formalisme mathématique puissant et, maintenant, incontestablement éprouvé. Cependant elle ne fournit aucune description, aucune explication, elle ne permet aucune compréhension des mécanismes réels qui se produisent dans le monde microscopique, tout ce qu'elle permet, c'est de calculer la probabilité, non pas que tel ou tel événement se produise, mais celle d'observer le résultat d'une interaction dont on ignore et la nature et la cause. La recherche du réel resterait la quête du Graal des physiciens si ceux-ci, derrière Bohr, n'y avait semble-t-il, définitivement (mais peut-être inconsciemment ?) renoncé.

A ce propos, il est regrettable que les préoccupations actuelles de la Fondation Louis de Broglie ne soient pas celles de celui dont elle est censée poursuivre l’œuvre. Que ses animateurs se consacrent maintenant à la vulgarisation des idées issues, en droite ligne, de l'interprétation de l'École de Copenhague[16]n'est certainement pas pour plaire à l'auteur de :

" L'histoire des sciences prouve en effet que tous les grands progrès scientifiques ont été dus à des chercheurs passionnés qui n'ont pas craint de s'affranchir des idées régnantes et d'introduire des points de vue nouveaux... Mais alors, s'il est vrai, comme je le crois, que tous les grands progrès de la Science résultent d'efforts individuels qui brisent les cadres fallacieux ou trop étroits des idées reçues, il devient évident à quel point une organisation trop rigide de la recherche scientifique risque de devenir dangereuse et d'encourager la stagnation des conceptions scientifiques en entravant leur élargissement sans cesse nécessaire. "[17]

Mais, s'il est évident que l'échec de Louis de Broglie à se faire entendre et à se faire comprendre de ses pairs, n'est pas pour encourager ses fidèles disciples à jouer les Don Quichotte, il n'apparaît pas moins que la vocation actuelle des membres de la Fondation n'est ni celle d'être des statuaires et moins encore celle d'être les fossoyeurs de son projet, celui de faire rentrer la Physique microscopique dans le giron des Sciences de la nature, concrètes et déterministes.

La nature des interactions qui se déroulent dans le microcosme font qu’elles ne sont pas descriptibles au moyen du langage de la mécanique classique, il a fallu inventer de nouveaux concepts, il a fallu remettre en cause les notions les plus solidement ancrées dans nos habitudes de penser et de percevoir le monde. La mécanique quantique, dans la mesure où elle admet implicitement, mais aussi, très souvent, d'une façon parfaitement explicite, l'incompréhensibilité du monde et l'impossibilité de le décrire dans un langage rationnel, constitue, en quelque sorte, l'aboutissement d'une nouvelle démarche philosophique, positiviste selon de Broglie[18], timidement idéaliste mais ouvertement très peu matérialiste.

Cependant, que l'on ne s'y trompe pas, le divorce actuel entre la mécanique quantique et le réel n'est pas délibéré. Les physiciens qui ont enfanté et peaufiné la mécanique quantique étaient, eux aussi, soucieux de rendre compte des relations de cause à effet entre ce qu'ils observaient et les phénomènes qui se produisent au sein de la matière. En ce sens, la mécanique quantique, telle qu'elle est actuellement, est davantage le constat d'un échec que l'apothéose d'une brillante démarche intellectuelle. Elle avoue implicitement avoir échoué, renonce à décrire le réel et se réclame, pour unique titre de gloire, d'être le seul outil de calcul et de prévision à la disposition du physicien.

Est-ce à dire que le réel n'est pas, et ne sera jamais, descriptible au moyen de nos concepts les plus usuels et qu'il nous faut définitivement accepter ceux que nous impose la mécanique quantique ? Il est vrai que l'échec d'illustres physiciens comme Albert Einstein, Louis de Broglie ou Erwin Schrödinger, dans la recherche d'une description causale et déterministe du monde microscopique, pouvait décourager toute nouvelle incursion dans cette voie et qu'il était plus confortable d'accepter l'interprétation de l'école de Copenhague triomphante.

Le monde microscopique est-il vraiment indéterministe ? N'y a-t-il de possible qu'une description statistique entre les interactions des particules et les phénomènes observés ? Ce problème, déjà posé dès l’époque de la genèse de la mécanique quantique reste d’actualité. Ainsi, comme le disait Meigne :

" Il n’est pas permis, au contraire, sans preuve spéciale, de conclure d’une loi statistique à la nature statistique ou probabiliste du réel physique. Il y aurait un paralogisme qui n’est pas exclu de certaines interprétations tendancieuses de la mécanique ondulatoire.

Le caractère statistique affecte certainement notre connaissance du réel, nos prévisions, mais pas nécessairement la réalité elle-même.

La mécanique quantique peut fournir de bons résultats statistiques, sans étouffer les recherches plus poussées de structure réelle. "[19]

Le but de cet ouvrage n'est pas de poursuivre ce débat qui, en son temps, a animé la communauté scientifique et dont les protagonistes étaient, ô combien ! plus autorisés et plus qualifiés que je ne le suis à le faire. La question ici n'est donc pas de savoir si ce sont les tenants de l'indéterminisme qui ont ou non raison mais, comme déjà précisé ci-dessus, celle de proposer des réponses qui rendraient ce débat inutile.

A y regarder de plus près, le débat porte essentiellement sur la signification des phénomènes observés. Il y a, par contre, consensus tant sur la nature des particules en interaction que sur la réalité des phénomènes engendrés. On admet, sans état d'âme, l'existence des particules, tant celles qui interagissent que celles qui résultent de ces interactions, comme un fait en soi, une réalité incontestable (à objectivité forte) alors que selon Bernard d'Espagnat[20], ces phénomènes n'ont qu'une réalité empirique. On admet en plus que les caractéristiques de masse, de charge, de spin... de ces particules sont indépendantes des conditions de l'expérience (du dispositif d'observation). On admet enfin que ce que l'on observe, lors d'une interaction, constitue un fait indéniable, doué d'une réalité ontologique indépendante de l'observation elle-même. Seul le caractère, causal ou probabiliste, de la relation entre l'interaction et le phénomène observé fait l'objet de ce débat. On ne débat pas sur la réalité de ce que l'on observe, mais seulement sur la question de savoir si l'on peut déduire, des conditions de l'expérience et des observations, des lois déterministes de relation de cause à effet permettant la prédiction des résultats dans tous les cas de figure. Ainsi, par exemple, dans l'expérience des fentes de Young, l'existence des photons, en tant que particules ponctuelles, n'est jamais mise en doute, pas plus que celle des figures d'interférences observées sur l'écran, que l'on assimile toujours à celles produites à la surface d'un plan liquide par deux événements distants mais simultanés. La question est donc, non pas de savoir si dans cette expérience, les photons sont bien des corpuscules ponctuels, mais si l'on peut déterminer par quelle fente, chaque photon a pu passer et comment chaque photon fait pour savoir par quelle fente l'autre photon (avec lequel il doit interférer pour provoquer les franges), est lui-même passé. La nature corpusculaire du photon, dans cette expérience, n'est pas discutée, elle est admise comme allant de soi parce que, dans un autre type d'expérience (l'effet photoélectrique), elle s'est avérée nécessaire. On fait fi de tous les cas où la nature purement ondulatoire du rayonnement électromagnétique est irremplaçable pour rendre compte des phénomènes observés. On corpusculise le photon, on lui adjoint une onde de guidage ad hoc (et, comme Walker, de la conscience[21]) qui doit permettre d'expliquer comment un objet ponctuel peut produire les mêmes effets qu'une onde.

La mécanique quantique pose, comme principe de base, qu'on ne peut connaître, à la fois, la position et la quantité de mouvement d'une particule, ce qui suppose que cette particule soit toujours nécessairement en mouvement suivant les lois de la mécanique du point matériel. Elle néglige le fait que les particules de la microphysique sont des charges électriques (sont et non pas ont des charges électriques !) et que leurs mouvements résultent des interactions qui naissent très justement de cette nature électrique et n'ont rien de commun avec les mouvements du point matériel de la physique classique.

La mécanique quantique s'intéresse aux mouvements des particules et non aux particules elles-mêmes. Elle ne conçoit pas la particule comme une structure organisée, possédant sa mécanique interne, elle réduit toutes les particules à des points matériels dont les seules interactions possibles avec les autres particules résulteraient inévitablement de leurs vitesses et de leurs quantités de mouvement. Les relations d'incertitude d'Heisenberg sont, en ce sens, très explicites. C'est ce principe d'incertitude qui a conduit à l'abandon du déterminisme et engendré la notion de "mécanique statistique". Dans cet ouvrage, nous nous intéresserons à la structure des particules et non à leurs mouvements dans l'espace.

La physique moderne s'est forgé des certitudes qui semble lui poser plus de problèmes qu'elles n'apportent de solutions. Les caractéristiques des particules élémentaires (électron, proton, photon, neutron...) sont de celles-là. Nous verrons dans cet ouvrage combien les caractéristiques de masse, de charge... des particules dépendent des conditions environnantes, ce que du reste, la théorie de la relativité laisse entrevoir : masse fonction du carré de la vitesse, dimensions fonction inverse du carré de la vitesse... Nous verrons ainsi la sensibilité des particules aux conditions physiques ambiantes et, en tenant compte des conditions expérimentales, combien les phénomènes observés peuvent être reliés d'une façon simple et non ambiguë, aux événements qui les ont produits.

Le formalisme de la physique quantique actuelle rappelle, que l'on veuille bien me pardonner cette remarque (dont je ne réclame pas la paternité l'ayant lue dans je ne sais plus quel ouvrage), le système géocentrique de Ptolémée avec ses épicycles et ses déférents, système qui fonctionnait (presque) à merveille, mais à quel prix ? Pas moins de 74 cercles pour rendre compte du mouvement des 7 corps, alors connus, du système solaire! La mécanique quantique fonctionne également très bien, mais n'est-ce pas aussi à un prix exorbitant ? Pour en décider, il fallait faire l'inventaire des acquis de la physique du microcosme acceptés comme incontestablement définitifs et mettre de côté tout ce qui n'était qu'hypothèses, déductions ou spéculations.

L'on ne pouvait perdre de vue que la mécanique quantique était née des difficultés de la physique classique à résoudre le problème du rayonnement du "corps noir". Planck fut amené à introduire la notion de "quantum" d'énergie alors que jusqu'à là, l'on considérait que l'énergie du rayonnement pouvait s'écouler d'une façon continue, sans se préoccuper de quoi pouvait être faite cette énergie, si elle n'avait, à un stade quelconque, une structure minimum.

Ainsi, la mécanique quantique s'est bâtie sur le constat, pourtant évident, que tout ce qui existe dans la nature, que tout ce qui Est, doit avoir, comme condition sine qua non, une structure individualisée. Si l'énergie du rayonnement était bien le fait de l'émission d'ondes selon Huygens et Fresnel ou de corpuscules selon Newton, il fallait nécessairement que cette énergie soit constituée d'entités discrètes y compris dans le cas ondulatoire, puisqu'une onde est caractérisée par sa fréquence, c'est à dire par un nombre d'évènements dans l’unité de temps. Toute autre conclusion conduisait à la notion absurde d'une énergie faite d'une infinité de "riens".

Mais l'avancée conceptuelle faite par Planck à la fin du siècle dernier a-t-elle tenue toutes ses promesses ? Elle a donné naissance à la mécanique quantique à qui l'on doit un formalisme mathématique élaboré et des concepts philosophiques discutables et toujours discutés, qui, il faut honnêtement le reconnaître, n'ont permis aucun progrès décisifs dans la compréhension des mécanismes de la nature. Depuis Planck, mis à part les photons d'Einstein, l'onde de de Broglie, la fonction d'onde de Schrödinger, le panier des découvertes fondamentales reste désespérément vide.

Comme il était évident que la qualité des gens qui se sont attelés à ces recherches ne pouvait être mise en cause, l'on pouvait penser que, conditionnés par les interprétations de leurs devanciers, influencés par le contexte ambiant et les modes du moment, ils se sont égarés sur des sentiers en cul-de-sac dans la ténébreuse forêt de la physique nouvelle.

Ainsi, les travaux de de Broglie sont d'une inégalable valeur. Lui qui a exploré pratiquement toutes les voies pouvant conduire à des progrès d'importance, ses échecs sont les pierres blanches semées sur les sentiers à ne plus suivre. A moins d'avoir l'outrecuidance d'espérer réussir là où il a échoué ! Une analyse objective de son oeuvre laisse apparaître (selon nous) les quelques directions qui lui ont valu ces déboires :

- La dualité onde-corpuscule qu'il confère à toute particule de matière. Cette interprétation de sa découverte est discutable, surtout si on la rapproche de celle de Newton pour qui il n'y avait pas dualité mais alternance des états (accès de facile transmission suivi d'un accès de facile réflexion). La différence est d'importance. Elle conduit à un profond remaniement conceptuel sur la nature des particules élémentaires.

- Il ne s'est jamais posé la question de savoir ce que pouvait être l'onde qui accompagne chaque particule; de quelle substance elle pouvait être faite, car dans la mesure où il considère une particule comme un point matériel sans structure interne, ce point ne peut émettre quoi que ce soit, pas même une onde. Et comment une onde émanant de la particule (ou générée autrement) aurait eu le pouvoir de la guider?

- Inspiré des concepts de la mécanique du point matériel, de Broglie n'a jamais pensé les particules élémentaires (électrons et photons) autrement qu'en mouvement sur une trajectoire. Il s'est très peu, sinon pas du tout attardé à la nature et à la structure interne de ces particules.

- Bien que "déterministe" convaincu, de Broglie s'est plus attaché à la cohérence mathématique de ses concepts qu'à la recherche des relations de cause à effet des phénomènes physiques.

L'inventaire des avancées de la physique en cette fin du vingtième siècle laissait ainsi apparaître que malgré les résultats spectaculaires obtenus dans les applications, l'appareil théorique conceptuel était peut-être défectueux, voire erroné. N’est-ce pas aussi le constat fait par un des principaux contributeurs de la mécanique quantique, à l’origine des théories des quarks et de " grande unification " lorsqu’il écrit :

" La théorie des champs quantiques… nous a bien servi pendant plus de quarante ans, nous aidant à établir notre modèle standard de physique des particules. mais elle est aujourd’hui dans une impasse… Elle ne parvient d’autre part à répondre à aucune des questions qui se posent aujourd’hui en physique des particules. Pour l’instant, la théorie des supercordes n’offre même pas un début de réponse à cette question mais cela n’a pas empêché toute une génération de brillants jeunes chercheurs de s’embourber dans les calculs de plus en plus inextricables des espaces mathématiques à dix dimensions.

Nous espérons l’arrivée de données qui invalideraient le cadre théorique que nous avons bâti avec tant d’efforts "[22]

Il semblait que seuls le proton et l'électron pouvaient prétendre au rang de particules fondamentalement élémentaires. On pouvait, en première approche, penser que toute la matière était constituée d'atomes, eux-mêmes constitués de charges électriques négatives et positives en nombre égal, car toujours en première approche, et comme hypothèse de travail, le neutron pouvait, lui aussi, supposé être constitué d'un proton et d'un électron[23] . Les autres particules, tels les neutrinos, les photons, les mésons… n'apparaissaient pas nécessaires en tant que constituants de l'atome et l'on pouvait très bien admettre que si leur existence se voyait confirmée, ils pouvaient n'être que des artéfacts expérimentaux liés aux conditions physiques provoquées et mises en oeuvre pour telle ou telle observation. Mais la définition des caractéristiques des particules élémentaires et plus particulièrement celles de l'électron, posait problème. Comment définir sa masse, sa charge et ses dimensions ?

Il apparaissait ainsi que l'on ne peut considérer la charge de l'électron comme toujours constante. En effet, l'intensité d'un courant électrique est définie par le nombre d'électrons qui circulent dans un circuit dans le laps de temps d'une seconde. Cette quantité est indépendante de la tension aux bornes du circuit si bien qu'une même quantité d'électrons, un électron-mole, par exemple, peut transporter des quantités d'énergie aussi différentes que 1 joule ou 1 million de joules si la tension varie de 1 volt à 1 million de volts. Il devenait donc évident, que, contrairement à ce que l'on fait en physique actuelle, il convenait de revoir le concept de charge élémentaire standard, nous verrons tout au long de cet ouvrage ce que cela implique.

Par ailleurs, on sait que l'on peut séparer la molécule d'eau en ses atomes d'oxygène et d'hydrogène en lui fournissant deux électrons, et que l'on peut à nouveau récupérer ces deux électrons en faisant la synthèse de l'eau à partir des gaz hydrogène et oxygène[24] .

En généralisant ce constat à toutes les liaisons et en considérant que l'énergie absorbée ou dégagée lors des combinaisons chimiques pouvait prendre la forme, soit de rayonnement électromagnétique (chaleur), soit celle de particules (électrons), il devenait également évident que la charge de l'électron dans l'atome ne pouvait correspondre à celle de la charge élémentaire, celle de l'électron libre. Nous verrons également dans les prochains chapitres ce que cela implique, tant pour ce qui est des forces de cohésion des structures matérielles et des lois de la thermodynamique, que pour expliquer les mécanismes qui permettent l'émission ou l'absorption du rayonnement électromagnétique.

Il s'avérait ainsi que l'électron, en tant que constituant de l'atome, ne devait pas avoir de charge électrique définie et que rien ne justifiait le point de vue de la physique classique et l'acharnement des physiciens à tenter de mesurer cette charge ainsi que l'erreur éventuelle sur la 8e ou la 10e décimale significative de cette mesure.

Pour ce qui est de la masse et des dimensions de l'électron, il semblait convenant de considérer que, dans la foulée des idées de la relativité restreinte, ces grandeurs dépendaient de sa vitesse dans l'atome. Nous verrons ainsi, Chapitre I, la structure et la mécanique qui se déduisent de cette hypothèse. En fin de compte, l'électron avec lequel il semblait logique et souhaitable de bâtir la physique dès le début de ce siècle, ne devait avoir ni masse, ni dimensions, ni charge constantes. Nous verrons que, débarrassés ainsi de conditions contraignantes, il était possible de bâtir une physique simple, déterministe et néanmoins parfaitement apte à rendre compte, d'une façon cohérente, de tous les phénomènes observables.

Avec de tels électrons autour du noyau des atomes, il est maintenant également possible de décrire le rayonnement électromagnétique et tous les phénomènes qu'il engendre lors de ses interactions avec la matière. L'on peut aussi expliquer comment il se propage dans l'espace, ce qui, soulignons le, n'a jamais interrogé personne depuis plus de trois siècles. Le Chapitre II traite de toutes ces questions.

Le Chapitre III traite des forces de la nature. Nous y étudierons comment ce nouvel électron, et la mécanique de l'atome qui s'en déduit, permettent d'expliquer la force de gravitation, tant celle, mécaniste, de Newton, que celle, déduite de la structure de l'espace, imaginée par Einstein. Nous montrerons aussi que la seule force de Coulomb peut rendre compte de toutes les forces fondamentales et assurer la cohésion des structures matérielles ou générer la pression des gaz..

Au Chapitre IV nous traitons de l'énergie et de l'électricité. Nous pourrons alors constater que seule l'hypothèse selon laquelle la charge de l'électron lié n'est pas constante permet de rendre compte, d'une façon correcte et sans hypothèse ad hoc, de toutes les observations sur le comportement de la matière.

La Radioactivité sera traitée au Chapitre V. Nous y examinerons ce que la nouvelle conception de l'atome apporte dans la compréhension des phénomènes radioactifs.

Chapitre VI, nous étudierons les phénomènes atmosphériques, de la pluie à l'ozone, en passant par les éclairs, nous verrons le rôle que jouent les charges électriques des atomes.

Enfin, au Chapitre VII, consacré à la Relativité, nous ne discuterons pas des concepts admis actuellement, nous montrerons seulement que la structure et la mécanique de l'atome qui se déduisent de cette nouvelle conception de l'électron, permettent de rendre compte du comportement relativiste de la matière d'une façon simple et non équivoque. Disons seulement ici que la Relativité s'est bâtie sur la base de connaissances nettement insuffisantes de l'atome et de la matière et que, pour avoir mis la charrue avant les bœufs, les physiciens se sont embourbés dans un cloaque sans fond apparent. Les efforts qu'ils sont contraints de fournir pour justifier les spéculations sur le temps et l'espace témoignent des difficultés rencontrées, tant pour les comprendre que pour les enseigner.

Ainsi, comme le lecteur pourra le constater, il est possible de construire toute la matière et d'expliquer toutes ses manifestations observables avec seulement deux particules, l'électron et le proton. Le fait que ces deux particules soient des charges électriques (ce sont des charges électriques et non des particules chargées d'électricité ! il n'est pas inutile d'insister ici encore sur ce point) permet d'expliquer aussi toutes les interactions considérées actuellement comme des forces indépendantes les unes des autres et vectorisées par des particules différentes, les forces forte, électrofaible et gravitationnelle, comme les différents modes d'action de la seule force électromagnétique coulombienne. Nous verrons en effet que les interactions qui se produisent au sein du noyau des atomes selon la mécanique que nous proposons, rendent compte des interactions fortes sans qu'il soit nécessaire de postuler l'existence d'une force particulière, de nature non électrique.

Comme on le voit, nous sommes très loin des préoccupations de la mécanique quantique. C'est en ce sens, qu'au début de cette introduction, nous nous sommes défendus de vouloir nous opposer à elle. Alors que tout le débat épistémologique qui mobilise ses principaux acteurs depuis plus d'un demi-siècle porte essentiellement sur la non-séparabilité, la non-localité, ou sur la complémentarité, nous avons voulu démontrer (et peut-être avons nous réussi à le faire), qu'avec une nouvelle conception de l'électron (et en général, de celle de toute les particules), il était possible de concevoir une physique du microcosme dans laquelle ce débat serait inutile.

Nous traitons de tous ces problèmes de façon aussi simple que possible et en tous cas sans jamais faire appel à des notions mathématiques complexes. C'est ainsi que cet ouvrage peut être lu et compris par un public très large, mais qui toutefois devra posséder des connaissances élémentaires suffisantes dans les domaines abordés car nous n'avons pas voulu, le destinant en premier lieu aux scientifiques et aux enseignants, faire un texte de vulgarisation.

Il est probable que le physicien, forgé aux idées actuelles et au langage de la mécanique quantique, et qui me ferait l'honneur d'étudier cet ouvrage, sera dérouté par son contenu. Il n'y retrouvera ni ses repères ni ses méthodes mathématiques ni son souci de précision dans le calcul. Cependant, avec un peu de patience et beaucoup d'indulgence, ayant pris soin de laisser au vestiaire toutes idées préconçues, tout a priori directement inspiré de la mécanique quantique, il trouvera vite, j'en suis convaincu, dans les résultats auxquels nous aboutissons ici, de bonnes raisons de poursuivre sa lecture.

Emile Braunthal-Weisman Courcoury, décembre 2000

Vous pouvez m’écrire ebraw@wanadoo.fr

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[1]- Alfred KASTLER, Cette étrange matière, Stock, 1976, p. 7.

[2]- Frederick SODDY, Le radium, Felix Alcan, 1921, p. 4

[3]- Karl R. POPPER. Préface de Le grand débat de la théorie quantique, Franco SELLERI Flammarion, 1984

[4]- Jean-Pierre MAURY.Petite histoire de la physique. Larousse 1992. p.196

[5]- W. HEISENBERG, Conférence UNESCO, Science et synthèse, Gallimard 1967, p. 238

[6]- Louis de BROGLIE, Recherches d'un demi-siècle, Albin-Michel, 1976, pp. 75,76

[7]- Bernard d'ESPAGNAT, A la recherche du réel, Bordas Gauthier-Villars, 1981

[8]- Franco SELLERI, Le grand débat de la théorie quantique, Flammarion, 1986, p.11

[9]- Comme de Broglie le pensait déjà, cf. Ondes et Mouvements, Gauthier-Villars, 1926, p.12.

[10]- Voir par ex. Claude COHEN-TANNOUDJI, Bernard DIU, Franck LALOE, Mécanique Quantique Hermann 1986.

[11]- A titre d’exemple, on doit les transistors (1948) à John Bardeen et Walter H. Brattain, puis leur théorie à William B. Shockley (1949), trois physiciens américains de laboratoire qui ignoraient tout de la mécanique quantique et qui eux-mêmes sont toujours inconnus des milieux scientifiques. (cf. Dictionnaire des découvertes scientifiques, Larousse 1968.)

[12]- Etienne KLEIN, Regards sur la matière, Fayard 1993, p. 22/23

[13]- Bernard d'ESPAGNAT, Regards sur la matière, p.198

[14]- Bernard d'ESPAGNAT, p.274

[15]- Frederich ENGELS, Dialectique de la nature, Editions Sociales, 1952, p. 144

[16]- cf l'Objet Quantique, Flammarion, 1989.

[17]- Louis de BROGLIE, Recherche d'un demi-siècle, Albin Michel 1976, p.384

[18]- L. de BROGLIE, La méthode en physique dans la science moderne, (Ch. Brunold et J. Jacob, Lectures sur les problèmes de la pensée contemporaine, Belin, 1970.

[19] - Maurice MEIGNE, Structure de la matière, PUF, 1963, p. 44.

[20]- Regards sur la Matière, p. 260 "Eh bien ce que j'appelle "réalité empirique" c'est justement l'ensemble de tous ces phénomènes. En un sens, c'est ce qui apparaît à la pensée quand celle-ci, par une sorte de simplification abusive, réifie l'ensemble des règles de prédiction d'observations qui composent le positivisme mathématique. Et nous sommes contraints à cette réification ! Même quand nous parlons de molécules."

[21]- Cité par Gary ZUKAV, La danse des éléments, Robert Laffont, 1982 p. 82

[22] - Sheldon GLASHOW, Le charme de la physique, Hachette, 1997, p. 15

[23]- Rassurez-vous ! Je n'ignore pas que d'autres avant moi ont déjà formulé une semblable hypothèse. (L. de BROGLIE et I. TAMM, notamment, cf. L.de Broglie, Ondes et mouvements, Gauthier -Villars, 1926, p. 1

[24]- Principe de la pile à combustible découvert par GROVE en 1839.