LES CHAMPS MAGNÉTIQUES

ET ÉLECTRIQUES

Les lignes de force d'un champ magnétique résultent de la superposition d'ondes sphériques.

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Cette page aurait besoin d'une sérieuse mise à jour. Je l'ai laissée intacte en attendant car elle n'est pas sans intérêt. Ce n'est qu'en juin 2005 que j'ai pris conscience que toutes les forces agissaient par l'intermédiaire d'un champ de force. Je savais que c'était sûrement le cas des champs électrostatiques, mais la cause mécanique de la force de Laplace et de Lorentz apparaissait encore mystérieuse.

Il m'apparaît aujourd'hui très clair que les ondes qui proviennent de la matière, surtout si la distance est relativement grande, sont beaucoup trop faibles pour exercer une pression de radiation significative. Pour que cette pression se manifeste, il faut d'abord qu'un champ de force soit créé. La découverte des champs de force constituait une innovation majeure et décisive pour expliquer la mécanique de la matière. Ces champs permettent d'expliquer et de calculer des forces comme le magnétisme et la gravité. Mais ils permettent aussi de sauvegarder la mécanique de Newton malgré les transformations de Lorentz et la Relativité.

Il a d'abord fallu distinguer les champs magnétiques polaires (ceux qui font en sorte que les pôles d'un aimant s'attirent ou se repoussent) des champs magnétiques responsables de la force de Laplace, qui est plutôt transversale. C'est qu'ils agissent d'une manière très différente, l'expression "champ magnétique" devenant ambiguë puisqu'elle fait allusion à l'ensemble de ces deux effets. Il faudra donc préciser à l'avenir. Le champ qu'on pourrait nommer "champ polaire" ne fait pas intervenir d'électrons mobiles. On peut l'attribuer à un rayonnement unidirectionnel. Ce phénomène ondulatoire est le plus simple.

L'autre type de champ, qu'on pourrait continuer d'appeler champ magnétique, est nettement plus complexe. En réalité, les ondes composites qui entourent un aimant ou une tige de fer entourée d'un fil parcouru par un courant ne constituent qu'un champ magnétique primaire, qui est sans effet tant qu'on ne fait pas intervenir de particules électrisées mobiles. Ce n'est que le premier élément d'un phénomène qui donnera naissance éventuellement à la force de Laplace et de Lorentz. Ce champ magnétique plus complexe ne devient perceptible que si des particules électrisées, le plus souvent des électrons, se déplacent dans le voisinage. Ce sont les interférence entre les ondes du champ primaire et celles du champ électrique produit par ces électrons qui sont responsables de la force de Laplace et de Lorenz. Par ailleurs, ces deux forces dépendent des mêmes causes de sorte qu'il n'est pas très utile de les distinguer. En effet, il n'est pas rare qu'une même cause produise des effets distincts selon le dispositif qu'on lui présente.

F' = g F.

Le point important, c'est que selon Lorentz les phénomènes physiques se déroulent plus lentement si la vitesse augmente. Ici, c'est la fréquence des électrons qui ralentit d'autant plus que leur vitesse est grande. J'ai montré à la page sur les électrons que les positrons n'étaient rien d'autre que des électrons dont la période vibre à la quadrature. Puisque leur fréquence ralentit (selon le facteur g de Lorentz :  F' = g F), le synchronisme de ces électrons mobiles est rompu et ils se transforment donc périodiquement en positrons puis redeviennent des électrons tant qu'ils se déplacent. Cela peut sembler incroyable, j'en conviens, et pourtant c'est bien ainsi que les choses se passent.

Il en résulte une rotation de phase comparativement au champ de force primaire, dont la structure dépend plutôt des ondes provenant des électrons "célibataires" au repos présents dans un aimant.

La rotation de phase.

Cette rotation de phase explique magnifiquement les effets magnétiques et même électriques, puisque dans les deux cas on met en scène des électrons qui se déplacent. En effet, cette page ne saurait expliquer les champs magnétiques sans tenir compte aussi des champs électriques, qui présentent cette même rotation de phase attribuable à la fréquence réduite des électrons mobiles.

Dans le cas d'une une tige de fer doux entourée d'une bobine parcourue par un courant, les électrons circulent déjà dans les conducteurs et ils présentent donc déjà cette rotation de phase qui a pour effet d'aimanter la tige de fer. Dans le cas d'un aimant permanent, on obtient l'effet inverse. Des électrons qu'on projette dans une direction perpendiculaire tendent à décrire des cercles autour des lignes de force à la seule condition qu'ils se déplacent et donc qu'ils provoquent cette rotation de phase. Cela signifie que pour aimanter la tige de fer doux, il n'est pas obligatoire de l'entourer d'une bobine parcourue par un courant. On peut tout aussi bien l'entourer de petites bobines dans lesquelles les électrons décriront des cercles. On voit bien qu'il s'agit dans un cas d'une action et dans l'autre cas d'une réaction mettant en jeu les mêmes forces, qui résultent d'une rotation de phase.

Nous sommes ici en présence de champs de force qui sont faits d'ondes stationnaires relativement complexes mettant en jeu les ondes composites provenant d'une infinité d'électrons présents dans la tige de fer. Dans le cas d'un aimant permanent, on sait depuis longtemps que les effets magnétiques sont attribuables à une anomalie de spin. Des électrons dits célibataires séparés de leur conjoint du spin opposé provoquent un rayonnement anormal, déséquilibré, dont l'effet premier est de provoquer un rayonnement unidirectionnel sur l'axe nord-sud de l'aimant. C'est bien ce qui se passe quand deux émetteurs vibrent à la quadrature, comme le montre clairement cette animation : 

Le rayonnement unidirectionnel de l'électron dit "célibataire" en présence d'un proton (ou positron) vibrant à la quadrature.

   

Il voit alors que si l'on présente le pôle nord d'un aimant au pôle nord d'un autre aimant, ou encore leur deux pôles sud, on obtiendra entre les deux des ondes stationnaires plus fortes que la normale qui constitueront un champ de force secondaire dont l'effet sera de repousser les deux aimants. Si le pôle nord est présenté au pôle sud, les ondes circulent dans le même sens. L'absence de champ de force alors que normalement il devrait s'en trouver un fera en sorte que les champs de force situés du côté opposé provoqueront plutôt un effet d'attraction. 

Voici votre fil d'Ariane.

L'étude des champs magnétiques et électriques s'avère difficile. Il faudra beaucoup de temps pour en faire une description détaillée et complète, et puisque je suis à l'aube de mes 67 ans  je ne crois pas être en mesure de compléter une entreprise aussi gigantesque. Mais d'un autre côté, je n'ai aucun doute que si Faraday, Tesla ou Lorentz vivaient à notre époque, ils n'auraient aucune difficulté à tout comprendre sans avoir besoin de plus de renseignements que ceux que ce site révèle. Si vous arrivez à suivre le fil d'Ariane que je vous propose, n'hésitez pas à publier vous-même une étude sur le magnétisme. Alors tous les étudiants de physique du futur retiendront votre nom, sans doute davantage que celui de Faraday lui-même.

D'une part le diagramme ci-dessus montre très bien le rayonnement unidirectionnel responsable des pôles nord et sud d'un aimant. C'est ce rayonnement qui explique la présence ou l'absence d'un champ de force s'il est contraire ou non à celui d'un autre aimant, d'où les champs magnétiques polaires.

D'autre part, la fréquence de l'électron diminue selon sa vitesse de sorte qu'il se produit un déphasage avec la période des électrons au repos, et donc finalement une rotation de phase. Si vous aimez la physique, vous conviendrez aussi que les champs de force que mon programme Ether11 montre devraient présenter un asymétrie si les ondes qui les composent étaient émises en spirale. Il se produit un effet d'attraction d'un côté de l'axe et un effet de répulsion de l'autre côté. Le résultat est une force transversale, et cette force effectue une rotation continuelle qui justifie parfaitement la "règle de la main droite" en particulier.

Les atomes sont ainsi construits que chaque électron alterne son spin avec celui de l'électron qui se situe sur la même couche, du côté opposé. Il y a quatre spins au total. Il se produit deux rotations en sens contraire, dont l'effet est nul. Mais alors le moindre rayonnement anormal provoque un déséquilibre temporaire et une rotation dans un sens ou dans l'autre apparaît. Faraday s'étonnait qu'un champ magnétique arrive à provoquer une rotation de la polarisation de la lumière à l'intérieur de certains verres. C'est que la lumière, qui est faite d'ondes composites dont la période ondule latéralement, produit au contact de toute matière des champs de force électromagnétiques que d'autres champs magnétiques peuvent influencer... 

Sautez à la page suivante.

Vous pouvez toujours jeter un coup d'œil à cette page même si elle n'a pas été révisée depuis des années. Vous pouvez seulement jeter un coup d'œil aux graphiques, qui sont très instructifs. Sinon, je vous invite à sauter immédiatement à la page suivante, qui parle de la gravité. Elle devrait vous intéresser au plus haut point, car la gravité est un phénomène important, et mes explications sont désormais beaucoup plus limpides qu'autrefois.

 

   

Le rayonnement de deux électrons.

Puisque les ondes stationnaires des électrons sont sphériques, leur composition doit se faire de la manière suivante :

 

Les ondes stationnaires entre deux électrons.

 

Ci-dessus, à gauche, on distingue en premier lieu deux séries de cercles concentriques qui représentent les ondes stationnaires sphériques de deux électrons très rapprochés l'un de l'autre. On remarquera que les ondes se recoupent à la fois sur des ellipsoïdes concentriques et sur des hyperboloïdes. Il s'agit de surfaces de révolution obtenues par rotation d'ellipses et d'hyperboles autour de l'axe qui unit les deux particules. Elles se déploient dans un espace en trois dimensions.

La figure de droite montre les interférences qui se produisent par suite de l'addition ou de la soustraction de ces ondes. On constate que ces interférences sont effectivement disposées sur des ellipses concentriques et sur des hyperboles. Rappelons que chaque électron comporte (ce n'est vrai qu'en principe!) des ondes convergentes et divergentes. Ces interférences résultent donc de la superposition théorique de quatre ondes distinctes.

Les hyperboles et les champs magnétiques.

Pour obtenir le diagramme montré ci-dessous, il a fallu programmer l'ordinateur pour qu'il affiche non pas les ondes de deux électrons, mais le total de leur énergie. Les zones sont plus claires ou plus sombres selon que leur phase relative est inférieure ou supérieure à p sur 2, c'est à dire 90°, sachant que l'opposition de phase a lieu à 180°. On obtient alors un réseau d'hyperboles:

 

Les hyperboles résultant des interférences entre deux électrons.

Deux antennes émettrices synchronisées produiraient un diagramme identique.

 

Il faut réaliser que ce diagramme ne montre qu'un écart de 48 longueurs d'onde (on a ici 6 pixels par longueur d'onde). Dans les faits, l'écart entre les particules vaut des milliards de fois leur longueur d'onde. Alors les hyperboles sont infiniment plus nombreuses et serrées les unes contre les autres.

Le diagramme montré ci-dessous a été obtenu en ajoutant simplement un troisième électron au centre de l'ensemble précédent. Cette image spectaculaire montre que les interférences des ondes d'au moins trois électrons ou positrons sont parfaitement capables de reproduire la structure d'un champ magnétique. 

 

Les lignes de force résultant de la superposition des ondes provenant d'au moins trois sources.

Trois antennes synchronisées produiraient un diagramme identique.

 

Un champ magnétique normal est produit par des milliards d'électrons et de positrons, qui respectent toujours entre eux des distances qui correspondent à un multiple exact de leur longueur d'onde. Leurs ondes se composent ainsi de manière périodique, et le résultat est le même. Par contre la chaleur a pour effet de nuire à cette disposition, et c'est sans doute pourquoi les effets magnétiques sont plus intenses à des températures proches du zéro absolu.

On peut constater que les lignes de force ne sont pas circulaires. Leur courbure affecte nettement la forme d'un fer à cheval, dont l'allure varie selon l'écart entre les pôles. Dans un espace en trois dimensions, on a plutôt affaire à des formes plus ou moins toroïdales. Les tores ressemblent donc vaguement à des pneus d'auto, et ils sont de plus en plus grands de manière à enfermer les précédents.

Les champs magnétiques ont une portée limitée.

Personne à ce jour n'avait présenté une explication mécanique des champs magnétiques qui soit plausible. Il était donc impossible de produire des équations fondées sur leur mécanique. La présente explication est hautement vraisemblable et elle fait appel à des ondes sphériques.

Il est désormais possible de calculer la distance des lignes de force, et ce calcul montre clairement qu'il en existe toujours une dernière, dont la distance L a un lien avec la longueur d'onde l de l'électron, et avec la distance D entre les deux électrons les plus éloignés :

L = D 2 / n * lambda   avec n impair.

Il s'agit de repérer les zones où la différence de marche atteint une demi-longueur d'onde, d'où n impair : 1, 3, 5, 7... Par exemple, si l'électron le plus éloigné (donc avec n = 1) est à 100 longueurs d'ondes de l'axe, et peu importe le nombre d'électrons, la ligne de force la plus éloignée se trouvera à 10 000 longueurs d'ondes. La deuxième ligne de force se trouvera à 3333 longueurs d'onde (10 000 / 3), la troisième à 2000 longueurs d'onde (10 000 / 5), et ainsi de suite. Ce calcul n'est exact que pour des valeurs élevées, car il s'agit plus exactement de satisfaire l'équation suivante selon Pythagore :

SQRT(D 2 + L 2 ) - L  =  n * lambda / 2

 

Pas de champ magnétique sans lignes de force.

Il existe donc une distance maximum au-delà de laquelle les lignes de force ne peuvent pas exister. Et alors il n'existe pas de champs magnétiques non plus. Cela ébranle de manière décisive la théorie de Maxwell sur la nature « électromagnétique » de la lumière. D'une part celle-ci ne peut pas contenir de champs magnétiques puisque ceux-ci disparaissent plus rapidement que selon le carré de la distance.

D'autre part ces champs doivent être produits par au moins trois sources distinctes synchronisées et relativement espacées. Il est donc impossible que ce soit localement par un seul photon, à plus forte raison si ce dernier se déplace à la vitesse de la lumière. Inversement, cela ébranle donc aussi sérieusement la théorie des photons, car celle-ci admet la présence d'un seul photon. Il est tout aussi impossible qu'un photon produise à lui seul un champ magnétique en atteignant la matière.

Que ce soit bien clair, les champs magnétiques sont produits par les électrons et par le positron qui est présent à l'intérieur du proton, et seulement s'il y a une anomalie de spin. Il n'est pas nécessaire qu'ils se déplacent. On montre ci-dessous que des électrons qui effectuent une rotation provoquent une telle anomalie dans la matière environnante, et donc qu'un solénoïde dans lequel circule un courant produit aussi, mais indirectement, un champ magnétique.

Des ondes partiellement stationnaires.

Le problème se complique quelque peu si l'on considère que le véritable électron est fait d'ondes partiellement stationnaires. Ceci signifie que l'électron n'existe en tant qu'ondes stationnaires que dans un espace relativement restreint. On en conclut que les champs magnétiques pourraient avoir une portée encore plus limitée pour cette raison. En effet, à partir d'une certaine distance, il ne subsiste en pratique que des ondes progressives divergentes : 

 

L'électron est fait d'ondes « partiellement stationnaires ».

 

Le processus d'amplification fait en sorte qu'à une certaine distance, ce sont les ondes divergentes qui sont les plus intenses. On montre à la page traitant des ondes stationnaires que dans ce cas, les ventres et les nœuds se déplacent, et c'est donc aussi le cas en ce qui concerne les ondes stationnaires plus complexes qui se forment entre deux électrons. L'animation ci-dessous le montre très bien :

 

Les ondes partiellement stationnaires complexes produites par deux électrons. 

 

On y distingue toujours les ellipses concentriques et les hyperboles. Ici, les hyperboles oscillent légèrement, et les ellipses grandissent. Il s'agit dans le cas présent d'électrons de spin opposé, mais le résultat serait semblable avec deux électrons de même spin. 

Mais tout indique que les champs magnétiques sont plutôt produits par des électrons et des positrons qu'on met en présence. On a vu ailleurs que c'est très nettement le fait que leurs ondes stationnaires se forment simultanément qui identifie les électrons ou les positrons. Cette étude suppose que les quarks qui composent les neutrons sont faits uniquement de couples d'électrons, et que leurs ondes se composent avec celles des champs gluonique de manière à produire une particule neutre.

On sait que la désintégration bêta d'un neutron produit un proton et un électron. Mais puisqu'il y a bien fallu une cause à cette désintégration, on peut présumer qu'en fait le neutron a absorbé un couple électron-positron de manière à libérer l'électron. À cause de sa charge, il faut en effet envisager le fait que le proton comporte un positron additionnel. C'est de ce positron dont il sera question ici.

Un rayonnement à sens unique.

Voyons donc comment le rayonnement d'un électron et d'un positron devra évoluer. L'ordinateur montre que la composition de leurs ondes se fait d'une manière inattendue. Il se produit en particulier un rayonnement à sens unique tout à fait remarquable, particulièrement sur l'axe, comme le montrent très bien les diagrammes ci-dessous :

 

En présence d'un électron et d'un positron, on observe qu'il se produit une asymétrie sur l'axe.

Ci-dessus, on obtient des interférence constructives à gauche, mais elles sont destructives à droite.

Toutefois ces effets varient selon le spin des particules, mais aussi selon la distance qui les sépare. 

Ce diagramme ne tient pas compte des ondes stationnaires, mais seulement des ondes émises par les particules.

 

Contrairement à ci-dessus, ce diagramme montre les ondes stationnaires. Il y a donc quatre ondes d'impliquées.

Remarquer la même asymétrie du rayonnement le long de l'axe, qui détermine les pôles d'un aimant.

Les ondes montrées à droite se dirigent dans le sens contraire à toute attente, soit en direction des deux particules.

 

Un électron et un positron. Le rayonnement transversal se fait en zigzag et les hyperboles alternent.

 

Deux électrons et deux positrons. Le rayonnement axial à sens unique s'intensifie.

Le sens des ondes alterne d'une hyperbole à l'autre, d'où un « rayonnement alternatif ».

 

Le rayonnement de huit électrons et positrons (16 ondes au total) à grande distance.

La tendance se confirme : le sens du rayonnement alterne d'une hyperbole à l'autre.

 

Ces animations montrent qu'ailleurs que sur l'axe, le sens du rayonnement alterne, soit en direction des particules, soit en sens opposé. Ce rayonnement alternatif se précise à mesure qu'on augmente le nombre de particules, à la condition de respecter toujours les distances correctes entre elles. Cette page n'en montre pas plus pour l'instant en ce qui concerne la force de Laplace (ou de Lorentz), mais elle montre que c'est dans ce sens qu'il faudra chercher.

Sur l'axe, non seulement le sens du rayonnement est inversé si le spin de l'électron ou du positron est inversé, mais il est également inversé aux demi-longueurs d'ondes. Par contre ce rayonnement à sens unique disparaît à mi-chemin ; il est remplacé par des ondes stationnaires relativement faibles.

Il existe quatre sortes d'atomes d'hydrogène. 

Un atome d'hydrogène comporte un électron et un proton seulement, et pourtant il peut exister quatre sortes d'atomes d'hydrogène. On a montré à la page d'accueil que les électrons de spin -1/2 et +1/2 vibraient en opposition de phase, mais que leurs nœuds se formaient simultanément. Les positrons vibrent au quart et aux trois quarts d'une période, aussi selon deux spin opposés. Ceci montre bien qu'il y a quatre possibilités de combinaison entre eux. Au contraire les atomes d'hélium sont tous semblables. En vertu du principe d'exclusion, découvert par Pauli, ils comportent nécessairement les deux électrons de chaque spin, et c'est sans doute aussi le cas des deux positrons.

Chaque atome d'hydrogène pouvant rayonner dans un sens ou dans l'autre, on aura pas moins de huit situations possibles s'il y a deux atomes d'hydrogène en présence. Mais à cause du principe d'exclusion, les deux électrons de spin opposé font en sorte que le rayonnement unidirectionnel est toujours annulé ou presque dans la majorité des atomes.

Ceci indique qu'un atome d'hydrogène devient forcément magnétique si son électron est forcé de se situer à une distance anormale, ce que les taches solaires semblent confirmer. Toutefois les atomes d'hydrogène sont le plus souvent liés entre eux ou avec d'autres atomes. À l'intérieur d'une telle molécule, on peut penser que le spin des électrons alterne de manière à annuler les effets magnétiques. Le principe d'exclusion pourrait donc s'appliquer aussi aux molécules. Mais certaines molécules pourraient faire exception, produisant des aimants.

Il semble donc que le réseau complexe d'ondes stationnaires montré plus haut constitue bel et bien un champ magnétique. Le rayonnement à sens unique est présent surtout à l'extérieur des particules. Il provient de l'espace extérieur d'un côté et il persiste de l'autre côté.

Ce phénomène implique aussi obligatoirement les ondes convergentes d'un électron. Or la force de ces ondes ne correspond pas au carré de la distance. On montre ailleurs dans ces pages que c'est à cause du phénomène d'amplification. Il faut en conclure que la force d'un champ magnétique ne peut pas non plus s'exercer selon le carré de la distance. À grande distance, elle chute sûrement d'une manière plus radicale que celle de la lumière.

Des quantités faramineuses d'énergie.

Il sera donc possible de déterminer le diamètre efficace de l'électron, qu'on peut évaluer provisoirement (au pif) à un mètre environ à cause des champs électrostatiques. Ils sont en effet encore très effectifs à une distance d'un mètre, alors qu'ils chutent radicalement au-delà de ce point. 

On montre à la page sur la gravité que le point correspondant à la masse d'un électron selon l'équation d'Albert Einstein permettra d'évaluer la quantité d'énergie rayonnée en une seconde par la matière. Si ce point devait correspondre effectivement à un mètre, on pourra en déduire que cette énergie vaut :

E  =  m c 4  joules par seconde.

Des champs électrostatiques très particuliers.

Ainsi les champs magnétiques rappellent nettement les champs électrostatiques évoqués à la page sur  la force de Coulomb. On y montre que les électrons rayonnent des ondes l'un vers l'autre, et que ces ondes forment à leur tour des ondes stationnaires planes. Ces ondes sont amplifiées par effet de lentille de la même manière que les électrons, et leur rayonnement se fait uniquement sur l'axe.

Normalement, un électron isolé rayonne autant d'énergie qu'il en utilise, ce qui fait que la pression de radiation de ses ondes annule exactement l'effet d'ombre. Mais dans ce cas particulier, le système rayonne beaucoup plus d'énergie sur l'axe qu'ailleurs. C'est pourquoi deux électrons se repoussent alors qu'il se produit au contraire un effet d'attraction sur un plan perpendiculaire. C'est ce que montre la figure ci-dessous, sous réserve que la distance relative comparée à la longueur d'onde pourrait être infiniment supérieure :

 

 

Un champ gluonique ou électrostatique.

 

Mais on a vu que dans le cas d'un couple proton-électron, il se produit plutôt un rayonnement à sens unique. On peut ainsi envisager plutôt deux couples proton-électron, donc quatre particules orientées sur un même axe. Alors si ce rayonnement se fait en sens contraire, il se produit des ondes stationnaires tout à fait semblables, d'où un effet de répulsion. S'il se fait dans le même sens, il n'y aura pas d'ondes stationnaires et l'effet d'attraction dû à l'effet d'ombre l'emportera.

Les atomes d'hydrogène : des aimants incomplets.

La force qui repousse ou qui attire deux aimants est donc semblable à celle des champs électrostatiques. En première analyse, un couple positron-électron (plus exactement un couple proton-électron, c'est à dire un atome d'hydrogène) se comporte donc comme un aimant, les pôles nord et sud ayant remplacé les charges positives ou négatives. Toutefois on a vu que le sens du rayonnement est inversé si le spin diffère, mais aussi si la distance varie d'une demi-longueur d'onde. Il faut que ce couple soit associé au couple complémentaire de spin opposé et dont le sens du rayonnement est le même pour que l'aimant soit complet. On en déduit qu'une molécule d'hydrogène faite de deux atomes comporte nécessairement deux électrons de spin différent et que le principe d'exclusion de Pauli s'applique aussi aux molécules.

Comme le démontre l'expérience Stern-Gerlach, l'atome d'hydrogène est dévié dans un sens ou dans l'autre en traversant un champ magnétique, mais la raison est différente. Ce champ agit aussi à cause de la force de Laplace et il fait toujours pivoter le couple de la même manière parce qu'il agit davantage sur l'électron, qui est 1836 fois plus léger que le proton. La déviation dépend alors du spin respectif de l'électron et du positron. Ce comportement est donc différent de celui d'un aimant complet.

Au contraire, l'atome d'hélium contient deux protons et deux électrons, et nous savons par le principe d'exclusion que ces deux électrons n'ont pas le même spin. Il réagit donc d'une manière neutre dans l'expérience Stern-Gerlach.

 

Les effets magnétiques sont réversibles.

On peut facilement vérifier que les interférences entre deux sources sont parfaitement réversibles. Le déplacement de l'une ou de l'autre produit les mêmes résultats.  

Il suffit de faire circuler des électrons dans un sens perpendiculaire aux lignes de force d'un aimant pour qu'ils effectuent des rotations. On en déduit qu'il suffit de leur faire effectuer des rotations à l'intérieur d'un solénoïde pour produire l'équivalent d'un aimant. On obtiendrait sans doute le même résultat en les faisant circuler à l'intérieur d'un grand nombre de solénoïdes parallèles alignés sur les lignes de force d'un aimant.

Dans la matière, les électrons sont toujours disposés de manière à annuler les effets d'un rayonnement anormal. Ce n'est pas le cas à l'intérieur d'un aimant, et il s'agit donc d'une situation très particulière qui implique une anomalie de spin à l'intérieur de certaines molécules. On sait qu'un champ magnétique ne peut aimanter le fer doux en permanence, mais qu'il peut le faire avec l'acier. Il provoque de toute évidence la permutation de certains électrons de spin opposé, ce qui est une atteinte au principe d'exclusion de Pauli. Cette anomalie ne persiste que si les électrons déplacés ne peuvent réintégrer leur position initiale, à cause de la structure moléculaire du matériau.

L'induction électromagnétique.

Dans le cas de l'induction électromagnétique, c'est plutôt à l'intérieur d'un fil conducteur que les électrons tendent à annuler ce rayonnement. Ils y réussissent rapidement, et c'est pourquoi l'induction ne se produit que l'espace d'un court instant, pour cesser ensuite à moins que le sens du rayonnement ne s'inverse périodiquement.

Un électron qui se déplace dans un fil conducteur produit des ondes plus intenses vers l'avant et plus faibles vers l'arrière à cause de l'effet Doppler. La force qui en résulte a été évaluée  à la page d'accueil et elle implique les masses actives et réactives. Cette force possède la propriété de déplacer d'autres électrons, par la pression de radiation. Mais elle agit beaucoup plus fortement sur ceux qui sont en phase, et elle est pratiquement nulle sur ceux qui sont en opposition de phase.  

Dans ce fil conducteur, la majorité des électrons sont captifs d'un atome. En présence du rayonnement émis par les électrons qui y circulent, seuls ceux qui sont en opposition de phase demeurent sur place. Ils rayonnent donc des ondes en opposition de phase. Pendant ce temps ceux qui étaient en phase se trouveront déplacés d'une fraction de longueur d'onde, dans une zone où leur rayonnement se fera aussi en opposition de phase.

Il faut bien comprendre que les électrons rayonnent des ondes à même leur propre énergie, qui est considérable. C'est un peu comme si on déplaçait une charge explosive à la surface de l'eau avant qu'elle n'explose. La force de la poussée est insignifiante comparativement à celle de l'explosion.

Ceux qui connaissent bien l'optique verront que le système montré ci-dessous doit rayonner des ondes dans toutes les directions parce qu'il n'est pas cohérent. Dans la matière, les électrons sont disposés normalement de cette manière. Par le jeu des interférences, les ondes s'ajoutent ou se détruisent périodiquement tout autour, mais leur énergie ne se perd pas.

Les électrons distribués au hasard rayonnent leur énergie dans toutes les directions.

 

 

Un rayonnement anormal aligne les électrons selon leur spin.

Ils rayonnent alors leur énergie sur un seul axe, et dans les deux sens.

 

Au contraire, dans le système montré ci-dessus, un rayonnement anormal a déplacé les électrons d'une fraction de longueur d'onde de manière à ce qu'ils soient distribués selon leur spin. Dans ce cas, selon le principe de Huygens, il doit se produire un rayonnement dans les deux sens opposés. Mais le rayonnement sera nul dans les directions perpendiculaires si les électrons y sont distribués au hasard. De plus le rayonnement sera très supérieur à la normale parce que l'énergie sera canalisée sur un seul axe. Ce phénomène conduit au fameux disque d'Airy, pourvu que les électrons soient également distribués sur une surface plane et circulaire. C'est aussi de cette manière qu'un laser émet sa lumière, et il pourrait donc émettre dans les deux sens si ses deux miroirs étaient semi-transparents.

Ainsi les électrons du fil tendent à annuler un rayonnement anormal en émettant un rayonnement en opposition de phase dans la même direction. Mais ce rayonnement se fait aussi en sens contraire, ce qui permettra d'expliquer le phénomène de la réflexion. Il tendra d'une part à ralentir les électrons qui se déplacent, d'où la self induction. Ce rayonnement en sens contraire tendra aussi à déplacer les électrons libres dans un fil parallèle, d'où l'induction. 

L'induction.

 

Ci-dessus, les flèches montrent que la direction du rayonnement se fait du fil vers l'extérieur, mais aussi de l'extérieur vers le fil. C'est que les ondes convergentes d'un électron agissent d'abord avant de lui parvenir. Par la suite ces ondes deviennent divergentes et elles agissent une deuxième fois. C'est pourquoi la composante des forces se fait parallèlement au fil inducteur ou presque. Évidemment ce rayonnement en sens inverse du courant constitue un champ électrique et non pas un champ magnétique.

Résumons. On a vu que les électrons qui se déplacent dans un fil conducteur produisent un rayonnement vers l'avant. Les électrons fixes réagiront en émettant un rayonnement à deux sens, mais en cessant d'émettre dans les directions perpendiculaires. Le rayonnement vers l'avant se fera en opposition de phase et il aura pour effet d'annuler celui que produisent les électrons qui se déplacent. Il subsistera un rayonnement vers l'arrière qui aura pour effet de déplacer en sens contraire tous les électrons libres qui se trouvent dans le voisinage, aussi bien à l'avant qu'à l'arrière, à l'intérieur ou à l'extérieur du fil inducteur. Ce pourrait être dans un fil parallèle, et c'est pourquoi l'induction électromagnétique s'effectue en sens contraire. 

La lumière.

On sait qu'Augustin Fresnel avait expliqué la polarisation de la lumière par des vibrations transversales. Mais en fait ces vibrations ne se produisent que lors de l'émission et de la réception de la lumière. Plus exactement, comme on vient tout juste de le voir, il s'agit d'abord d'un déficit dans le rayonnement transversal. Ainsi, la lumière est faite d'ondes progressives ordinaires comme le son. Mais contrairement au son, ses ondes sont composites et résultent de l'addition d'une infinité d'ondelettes.

On a vu que les électrons rayonnent des ondes sur une fréquence fixe qui est extrêmement élevée, beaucoup plus élevée que celle des rayons gamma par exemple. La lumière et les ondes radio sont émises à partir de ce rayonnement. Mais ces ondes sont pulsées sur une fréquence beaucoup plus basse que celle des électrons.

La matière qui reçoit un tel rayonnement réagit de la même manière qu'on l'a vu ci-dessus. D'une part elle émettra un rayonnement en opposition de phase qui aura pour effet d'annuler le rayonnement incident. C'est pourquoi il se produit une ombre derrière un objet. Ainsi, contre toute attente, la lumière traverse les objets sans rencontrer la moindre résistance. On en fait la preuve à la page qui traite de la lumière.

Un rayonnement transversal.

D'autre part on a vu ci-dessus que les électrons cessaient d'émettre un rayonnement latéral chaque fois qu'ils recevaient un rayonnement anormal. Si ce dernier est très localisé sur une surface circulaire, tous les électrons des environs sauf ceux qui sont près du centre se trouveront déplacés en sens contraire, donc vers le centre, à cause de la composante des forces qui ne sera plus nulle. Ce déplacement produira à son tour un rayonnement latéral. On voit bien que ce processus conduit à toute une série de déplacements, qui expliquent le délai que la lumière met à traverser les corps transparents. De plus ceux-ci ne seront pas cohérents si le corps traversé n'est pas homogène.

Pour qu'ils deviennent cohérents, il faut aussi que les déplacements s'effectuent dans des directions privilégiées. Et c'est vrai dans le cas de la lumière parce qu'il existe deux sortes d'électrons, qui émettent des ondes en opposition de phase. Peu importe leur spin, le diagramme de rayonnement qu'ils produisent présente des zones qui sont alternativement en phase et en opposition de phase. Mais à cause du spin opposé seule une moitié est déplacée et le rayonnement oscille latéralement, sur un seul axe. Mais il peut aussi osciller selon une rotation si les électrons effectuent des rotations, comme le font les pendules à ficelle. C'est pourquoi la lumière peut être polarisée, mais pas nécessairement, et c'est ce qu'on explique à la page sur la lumière.

La force de Laplace (ou de Lorentz).

On sait que les électrons sont insensibles à un champ magnétique s'ils ne bougent pas. Ils ne sont déviés par la force de Laplace que s'ils se déplacent perpendiculairement aux lignes de force. Cette force peut sans doute s'expliquer à cause des rotations qu'on a constatées plus haut, mais cette étude n'est pas encore en mesure d'en faire la description.

Le processus est difficile à évaluer parce que la trajectoire de l'électron ne se situe pas sur le même plan que celui des animations montrées plus haut. Sur le plan perpendiculaire il ne se produit que des ondes partiellement stationnaires concentriques apparemment sans intérêt. Pour qu'il se produise une rotation, il faut sans doute qu'il existe sur chacune des lignes de force des ondes stationnaires très particulières. Elles devraient rayonner des ondes en opposition de phase comparativement à la phase de l'électron, de manière à l'attirer. Elles seraient en phase comparativement à un positron, puisque ce dernier est dévié en sens inverse. Nul doute qu'on pourra le démontrer bientôt.

On a donc en mains tous les éléments qui justifient les effets magnétiques et électromagnétiques. On a pu montrer pourquoi les aimants provoquaient des effets d'attraction et de répulsion. La cause des champs électriques et de l'induction est évidente. Et dans une autre page on pourra invoquer ces phénomènes pour expliquer la lumière aussi bien que les ondes radio.

L'unification de forces.

Cette page montre que les champs magnétiques et électriques sont attribuables à des ondes. Elle constitue une preuve de plus que toutes les forces de la nature peuvent s'expliquer uniquement par les ondes que les électrons reçoivent et émettent, et qui produisent des champs de force.

Cela donne à penser que la matière elle-même est faite d'ondes. C'est le fil d'Ariane proposé au début de cette page. On dispose désormais d'une piste facile à suivre. Il s'agit tout simplement de bien comprendre une onde, l'électron.

Je le répète, l'électron explique tout. Il explique donc l'univers.

 

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Gabriel LaFrenière,

Bois-des-Filion en Québec.

Sur l'Internet depuis septembre 2002.

Dernière mise à jour le 12 septembre 2009.

Courrier électronique : veuillez consulter cet avis.

La théorie de l'Absolu, © Luc Lafrenière, mai 2000.

La matière est faite d'ondes, © Gabriel Lafrenière, juin 2002.