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INTRODUCTION Les ondes et les vibrations ont de nos jours envahi tout l’espace

INTRODUCTION Les ondes et les vibrations ont de nos jours envahi tout l’espace dans lequel nous vivons, et il ne s’agit pas seulement de celles qui transportent les programmes de radio, de télévision, les messages de nos téléphones portables ; il s’agit aussi des ondes de diverses natures qui servent aujourd’hui à expliquer le comportement de la matière. Celle-ci, jusqu’ici symbole de la solidité et de la permanence, supposée présente même lorsque nous ne la regardons pas ou ne la sentons pas, se révèle tout autre aux moyens d’investigation puissants dont nous disposons : elle manifeste des propriétés fugaces, difficilement tangibles, dont certaines sont décrites par des ondes. Or, l’histoire de la physique nous enseigne que les débuts de cette science peuvent être situés il y a environ 2500 ans, avec les premières observations quantitatives sur les oscillations des cordes de la lyre. L’envahissement de notre espace par les ondes ne s’est donc pas produit soudain, mais au cours d’un long travail théorique et expérimental, parfois ponctué de crises. Intéressé dès mon enfance par les phénomènes élémentaires que je pouvais observer, sensible aux beautés des mathématiques, de la musique, j’ai voulu plus tard me consacrer à des recherches appliquées sur les ondes électromagnétiques, tout en développant mes connaissances en physique fondamentale. C’est ce qui m’a permis d’entrevoir la continuité du développement qui, initié par Pythagore, a tant contribué à la physique et aux techniques modernes, et m’a donné le désir d’écrire les pages qui suivent. * * Suivant la tradition, Pythagore (env. 570-480 av. J.-C.) découvrit que les longueurs de cordes identiques qui émettent des sons consonants sont dans des rapports simples, par exemple de trois à deux pour l’intervalle que nous appelons une quinte. Cette découverte concernait des phénomènes chargés de beaucoup d’émotion. Sans doute a-t-on reconnu là un phénomène de résonance : les émotions musicales sont en effet ressenties comme une sorte de résonance de l’auditeur avec l’instrument ou avec celui qui en joue. Les nombres ne sont pas non plus affectivement neutres ; ils ont toujours semblé chargés de propriétés extraordinaires, voire magiques. Or, Pythagore découvrait par ses observations leur rôle direct dans un phénomène éminemment sensible. Ces rapports numériques constituent une propriété « moderne » par son caractère général et quantitatif. De ce point de vue, rien de comparable ne devait apparaître avant longtemps dans l’histoire des sciences. On ne trouve rien de pareil chez Aristote. Certes, Archimède (287-212 av. J.-C.) conçut aussi des lois quantitatives : l’égalité de son propre poids et de celui du volume d’eau qu’il déplaçait, les propriétés des leviers. Mais ce furent surtout Galilée 2 un principe qui avait régné sur la physique depuis Galilée : celui de la continuité dans le temps et l’espace. Natura non facit saltus, a dit Leibniz. Ce principe dit que ce qui se présentera à un instant ne peut différer beaucoup de ce qui s’est passé immédiatement auparavant, que ce qui se passe ici ne peut être très différent de ce qui se présente dans le voisinage immédiat. Néanmoins, depuis un demisiècle déjà, les gaz, les fluides et les solides n’étaient plus considérés comme des milieux continus ni uniformes, mais comme des ensembles de petits blocs de plusieurs sortes, tous identiques pour chaque sorte : les atomes et molécules des différentes espèces chimiques. Plus récemment, la lumière également était apparue comme corpusculaire. Mais les mouvements de toutes ces particules étaient toujours considérés comme continus. L’émission ou l’absorption de lumière fut attribuée à des changements internes soudains et imprévisibles des atomes qui, autrement, restent dans un état de mouvement immuable. Dans la nouvelle physique, l’instant de tels changements ne peut être prévu que statistiquement, et le processus même du changement ne peut être observé pendant qu’il se produit. Le mouvement des particules, comme les résonances internes des atomes, fut compris comme conditionné par la propagation de certaines ondes d’un type nouveau. Une nouvelle et étrange mécanique fut développée. Elle renonça à une véritable description du monde physique et se limita à prédire des probabilités, mais elle sortit de la crise avec un pouvoir d’explication et de prédiction considérablement accru : elle fut à l’origine de toute l’électronique moderne. Les notions d’ondes d’oscillation ont joué un rôle fondamental dans cette évolution. * * C’est de cette belle histoire que j’ai voulu tracer les différentes étapes sous plusieurs aspects. Malheureusement, elle échappe généralement au public, parce que le comportement des ondes est beaucoup moins intuitif que celui des objets ou même des substances chimiques, parce que le fonctionnement des appareils électroniques est aussi étrange que leur efficacité est évidente. Dans cet ouvrage, j’ai cherché à présenter les faits de la physique comme un chercheur peut les percevoir. Un traité, une étude historique ou les biographies des plus grands physiciens prennent des volumes. J’ai préféré rassembler, dans la perspective composite qui m’est propre, des développements historiques, biographiques, théoriques, parfois expérimentaux ou techniques qui m’ont paru marquants. J’ai souvent favorisé un fait ou une personnalité peu connue. plutôt que de m’étendre sur les plus célèbres. C’est pourquoi j’ai réservé une place particulière à Pythagore, qui a joué un si grand rôle dans la civilisation occidentale, et qui est si peu connu malgré le grand nombre de témoignages indirects qui sont parvenus sur lui ainsi que sur ses innombrables disciples. (1564-1642) et Kepler (1571-1630) qui, avec leurs lois sur le mouvement des corps, inaugurèrent l’âge scientifique moderne. À cette époque, l’acoustique connut également un renouveau spectaculaire. Toutefois, les propriétés des oscillations sonores et des ondes qui les transmettent dans l’espace ne constitueraient qu’un chapitre intéressant mais limité de la physique si l’analyse mathématique n’avait révélé au XVIIe siècle leur parenté avec l’hydrodynamique et les déformations des solides. Il se constituera sur cette base une physique théorique qui permit de traiter de nombreux phénomènes peu à peu découverts, en particulier électriques et magnétiques. Elle allait même, après 1860, prédire l’existence des ondes électromagnétiques, et montrer que la lumière est de même nature. L’optique et l’électromagnétisme réunis constituaient désormais l’un des deux versants de la physique fondamentale, l’autre groupant la mécanique et l’étude des propriétés de la matière. La physique au sens large avait été jusque-là dominée par les propriétés et les mouvements des corps, et en particulier des astres, celle des ondes couvrait dès 1900 un vaste territoire. Mais les efforts pour réunir ces deux versants étaient restés vains. En outre, alors que les mouvements des corps sont immédiatement perceptibles, et que la nature des ondes sonores fut comprise de bonne heure comme un mouvement de vibration de la matière, la nature des ondes électromagnétiques restait mystérieuse. En particulier, on appelait éther le milieu dans quel elle se propage, mais on n’avait attribué aucune propriété précise à ce milieu. Au début du XXe siècle, les propriétés de la lumière furent avec la radioactivité l’objet essentiel de la physique fondamentale pendant plusieurs décades. Cette dernière connut plusieurs crises graves, puis de grandes unifications conceptuelles, pour aboutir aux extraordinaires développements théoriques dont chacun entend parler, et aux innovations techniques qui modifièrent peu à peu notre existence. On sait généralement que la première crise fut résolue par la théorie de la relativité entre 1905 et 1920. Des physiciens cherchaient à déterminer les propriétés de l’éther. Einstein raisonnait différemment et cherchait à se représenter ce qu’il observerait s’il pouvait voyager assis sur un rayon de lumière. Les premiers firent des expériences probantes qu’ils ne pouvaient expliquer. Einstein aboutit, comme chacun sait, à une nouvelle conception de l’espace et du temps. L’électromagnétisme et la physique de la lumière restèrent inchangés, mais la mécanique fut profondément modifiée, quoique d’une manière qui n’apparaît qu’aux très grandes vitesses. La seconde crise survint à propos des propriétés optiques des atomes et molécules. Les gaz chauds rayonnent ou absorbent de la lumière de certaines longueurs d’onde caractéristiques des atomes qu’ils contiennent. Loin d’expliquer cette propriété, l’électromagnétisme fournissait des prédictions absurdes. C’est en considérant ces atomes comme les supports d’ondes d’un type inconnu, et de ce fait comparables aux cordes des instruments de musique, que l’on parvint à fournir une explication. Mais il fallut abandonner 3 Cette histoire se veut en même temps une introduction à la physique quantique, souvent réputée incompréhensible, mais omniprésente dans les techniques modernes. Beaucoup d’aspects de cette physique si fertile restent obscurs, mais l’étude des ondes est une bonne préparation à son étude. Je m’adresse à des lecteurs de profils assez différents, plus ou moins versés dans la physique ou les mathématiques. Mon expérience m’ayant montré que l’on est souvent contraint d’écouter ou d’observer sans tout comprendre, j’ai supposé que le lecteur peut accepter éventuellement de faire de même. Nous ne comprenons pas tous les personnages lorsque nous lisons un roman. Le praticien utilise des traités qu’il ne comprend généralement pas entièrement. Le lecteur acceptera peut-être de ne pas savoir utiliser, ni même comprendre chaque formule mathématique présentée ici. Les passages théoriques sont les plus difficilement accessibles, semblables à des pics ou des cavernes plutôt qu’à des collines ou des replis de terrain. Mais je sais que d’assez uploads/Sante/ apprendre-les-ondes-en-physique-de-pythagore-a-nos-jours-de-georges-mourier-e-book-180p-clan9-livre-electronique.pdf