Transparence de l'air : incompatible avec modèle corpusculaire de la lumière.

[JacquesL]

Le sujet est au croisement entre la pédagogie et les connaissances scientifiques. Et il fallait bien prendre une décision.

Sur des forums de niveau ex-DEUG ou Licence, abondent les questions inspirées par l'image corpusculaire de la lumière et des photons, qui posent des problèmes énormes aux étudiants. Or comme c'est parmi ceux-là que se trouvent les futurs vulgarisateurs et les futurs professeurs, cela mérite quelque attention.

L'origine du problème est en 1905, quand Albert Einstein, et surtout tous ses lecteurs du 20e siècle ont extrapolé au delà du verdict de l'expérience : l'expérience se contentait de prouver que le rayonnement électromagnétique ne peut s'acheter et se vendre que par quanta d'action entiers. La seule propriété prouvée est transactionnelle et fréquentielle.

L'image des "grains de lumière", et la restauration d'une artillerie de corpuscules à la Newton, est une extrapolation téméraire, dont l'expérience prouve abondamment qu'elle est farfelue. Toutefois, en pratique, c'est pourtant bien cela qui est enseigné, au mépris des expériences, et avec des conséquences désastreuses.

Ceux qui, comme quelques ingénieurs de recherche, ont suivi une formation en heuristique, ou art de trouver, relèvent immédiatement la faute de méthode accomplie par les physiciens qui suivirent Einstein dans l'idéation corpusculaire : nous, nous sommes exercés à exprimer nos questions et nos affirmations dans le flou exactement requis pour ne rien inférer qui serait importé subrepticement pas un vocabulaire hâtif et impropre ; la discipline heuristique nous impose un flou  provisoire, temporairement indispensable. Mais les physiciens théoriciens n'ont pas du tout cette formation aux méthodes heuristiques, et sont hélas tombés d'accord sur des bourdes de débutants, des vocabulaires hâtifs,  très impropres et trompeurs.

Nous enseignants sommes les seuls qui puissions restaurer un peu de discipline méthodologique dans la tête de nos étudiants. A condition toutefois que nos inspecteurs ne nous tombent pas sur le dos à bras raccourcis - condition qui est en pratique est loin d'être négligeable ni acquise.

Voici une classe d'expériences qui invalide à 100 % le modèle corpusculaire :

La transparence de l'air ( et de tous les milieux transparents mais réfringents, du reste)
A la température de 0°C, une mole d'air occupe 22,4 dm^3, et elle contient six cent deux mille milliards de milliards de molécules. Nous allons estimer la section géométrique de chacune de ces molécule par la section en bout de celle de di-oxygène, soit 8 Å^2. Erreur par excès : le di-azote majoritaire est plus petit ; erreur par défaut : les molécules sont le plus souvent orientées en travers qu'en enfilade.

Cela fait une densité volumique de section transversale de 2,2 millions de m^2 par m^3. Soit S l'aire en section du faisceau lumineux, l'air lui oppose une section géométrique de capture de 2,2 millions de fois sa section, par mètre d'air traversé. Autrement dit, au bout d'un trajet d'un demi-micromètre, un faisceau lumineux devrait déjà être arrêté, si la lumière était constituée de corpuscules.

La transparence de l'air, du verre, de l'eau, de nombreux liquides organiques, de polymères transparents dont notre cornée et notre cristallin, est incompatible avec le modèle de la lumière en corpuscules. La lumière ne voit pas ces obstacles, elle est seulement ralentie et alourdie par eux.

En particulier, il est bien connu des photographes, notamment en relevés topographiques et militaires, que l'infra-rouge est beaucoup moins gêné dans sa progression par les petites gouttelettes de brouillard et de nuages, que la lumière visible. Cela ne s'explique que parce que les photons infrarouges sont nettement plus gros, et ne voient pas l'obstacle, ils l'englobent et l'avalent. Telle est la preuve que ces photons infra-rouges sont durant leur progression plus grands et plus larges que des gouttelettes de nuages, larges comme plusieurs fois leur longueur d'onde, et que ce sont bien des ondes électromagnétiques, le formalisme de l'électromagnétisme leur est 100 % applicable.

Et pourtant, à l'absorption sur une résonance spécifique à telle ou telle molécule de gaz, ils convergent bien vers ces molécules de l'ordre de cinquante mille fois plus petits qu'eux. Donc tout photon est sensible aux conditions finales exactement autant qu'aux conditions initiales. Il n'y a pas d'artillerie de corpuscules, mais il y a des ondes et des absorbeurs.

Or la physique des absorbeurs est tragiquement sous-développée : il a été considéré que des slogans hâtifs faisaient bien mieux l'affaire, et cela dure comme cela depuis plus d'octante ans.
Certes, une malédiction conspirait contre les astronomes et les physiciens : pour des raisons thermodynamiques évidentes et incontournables, les émetteurs (les étoiles par exemple) sont évidents et bien localisables, on peut les simuler expérimentalement, alors que les absorbeurs sont peu évidents, et incontrôlables.

Lien sur ce dernier point :

http://deonto-ethics.org/mediawiki/index.php?title=Emetteurs_chauds_et_%C3%A9vidents%2C_absorbeurs_discrets_et_incontr%C3%B4lables

[JacquesL]

Un autre point où l'idéation corpusculaire est mise en grande difficulté par ses promoteurs eux-mêmes, est l'enchaînement "Le photon est de spin 1, donc a une hélicité, à gauche ou à droite"... donc la lumière polarisée plane est impossible, et les ondes radio en polarisation plane aussi.
Pas de chance, la polarisation plane est bien documentée depuis le 19e siècle (loi de Malus), elle est bien illustrée par des expériences au Palais de la Découverte, les photographes professionnels et amateurs disposant de filtres polarisants l'expérimentent tous les jours, et les abeilles s'en servent pour s'orienter quand le Soleil est caché.

La FM et la UHF sont émises en polarisation horizontale, et l'ancien réseau VHF en polarisation verticale. Mais le photon reste réputé hélicoïdal, scrogneugneu !
On se sert de lumière polarisée plane en analyse des contraintes, après avoir fait un modèle en plexiglass, et les minéralogistes se servent tous en laboratoire d'un microscope polarisant (mais à acheter, ça coûte bonbon). Confère la controverse entre Allègre et Tazieff sur "Il y a de plus en plus de verre dans les poussières émises par la Soufrière". Tazieff répliquait qu'il suffisait d'un examen au microscope polarisant pour lever le doute, et pulvériser l'affirmation d'Allègre.

J'ai déjà abordé plus haut, d'abord à propose de pression de radiation, la représentation plane de l'onde plane, et les modifications à apporter pour la polarisation circulaire :

http://deonto-famille.org/citoyens/debattre/index.php?topic=455.0

Les deux grandeurs vectorielles E et A, E champ électrique, et A potentiel magnétique, sont en quadrature.
Quadrature avance pour A sur E.
En polarisation plane, A est nul lors des maxima de E, et est à tout instant en avance d'un quart de longueur d'onde.
En polarisation circulaire, A est à nonante degré de E, et dans la direction que prendra E au même endroit un quart de période plus tard, ainsi que celle qu'a E un quart de longueur d'onde plus en arrière (et qui est donc l'opposée de celle qu'a au même instant E, un quart de période plus en avant).



Des informations sont difficiles à trouver, sur les émetteurs exclusivement en polarisation circulaire, sur les absorbeurs exclusivement en polarisation circulaire, et sur les filtres polarisants circulaires.
Des lames quart d'onde existent, et de nombreux filtres circulaires sont dans le commerce, notamment pour les lunettes pour cinéma en relief, mais leurs propriétés sont surprenantes, voire paradoxales en présence de lumière polarisée plane.

les lunettes stereo utilisées pour le film Avatar utilisent la
polarisation cirulaire, parait-il:

http://en.wikipedia.org/wiki/Real_D_Cinema
http://en.wikipedia.org/wiki/Stereoscopy#Linearly_polarized_glasses

j'ai quand meme du mal a en comprendre la phénoménologie:

quand je chausse les lunettes et que j'en met une autre paire devant, le
resultat est
- jaunie si l'autre paire est tenue horizontale
- bleuie si elle est tenue verticale
- neutre si elle est tenue a 45 degrés.
(sans aucune difference oeil G/D carreaux G/D).

si je met la paire de devant tournee vers moi (cette fois une latéralité
se manifeste), je vois:
- transparent a travers les 2 verres "G" face a face, horizontaux (normal)
- violet a travers 2 verres G / D face à face, horizontaux
- noir si la paire est tenue verticale

déjà, le fait qu'il y ait une variation selon l'angle des lunettes
contredit l'hypothese de polarisation circulaire, non ? au mieux,
polarisation elliptique ?
en fait la phénoménologie irait assez bien avec une telle polarisation,
avec les grands et petits axes orientés selon les diagonales des
carreaux, non ? (sauf les phénomènes colorés)

autre chose:

quand je met un filtre a polarisation linéaire entre mes yeux et les
lunettes,
- en regardant une source polarisée linéairement:
  visiblement la polarisation tourne d'1/8eme de tour... dans le meme
sens pour les deux careaux.

- en regardant une source non polarisée:
  - noir au meme angle d'1/8 ! (donc peu importait que la source soit
polarisée, apparamment)
  - si les filtres polarisants linéaires sont a l'extérieur des lunettes:
    - bleuté a 1/8 de tour
    - jauni a 1/8 dans l'autre sens

bigre.

Voir par exemple l'exercice 5 à http://www.dino-optic.fr/EXOP5.htm.

Posté dimanche 26 juillet 2009 à 23:18
Bonsoir
Je viens de tomber sur cette discussion sur les filtres polarisants,et pour montrer les problèmes que l'on peut rencontrer en les utilisant ,je me permet de faire quelques rappels d'optiques physique simples (ce ne sont donc pas des considérations de photographe)permettant de comprendre certains effets optiques observés
-Un filtre polarisant linéaire ne laisse passer que les vibrations suivant une direction.Si l'on fait suivre ce polariseur d'un 2ème polariseur linéaire ne laissant passer que la lumière vibrant dans une direction perpendiculaire , aucune lumière ne passera .on aura une extinction totale (le noir!).On dit que ces polariseurs (linéaires) sont croisés.
La lumière se réfléchissant sur une surface d'eau par exemple , se réfléchit en étant partiellement polarisée suivant la direction horizontale (celle du plan d'eau).Si après cette réflexion on place un polariseur linéaire dont l'axe de vibration est orienté perpendiculairement (verticalement donc ici) toute la lumière polarisée par la réflexion sur la surface d'eau sera supprimée....
-Un filtre polarisant circulaire est plus complexe dans sa fabrication,et dans son fonctionnement .Il est fabriqué en associant ("collant "ensemble) 2 lames particulières. D'abord un polariseur linéaire (comme ceux dont je vient de parler),puis une lame appelée lame quart d'onde convenablement orientée par rapport à l'axe du polariseur (ses axes ,un lent perpendiculaire à un autre, dit rapide sont orientés à 45 degrés de l'axe du polariseur linéaire).Il faut noter que cette lame n'est quart d'onde que pour UNE longueur d'onde (donc pour une couleur seulement).Donc suivant la longueur d'onde pour laquelle a été réalisée le polariseur circulaire ,l'effet ne sera pas le même,et donc sera différent suivant les couleurs....Il n'existe pas de polariseurs circulaires qui le seraient pour toutes les longueurs d'onde,donc toutes les couleurs....C'est impossible théoriquement (donc aussi pratiquement).Ces considérations peuvent peut-être expliquer des observations ou des comportements différents lors de l'utilisation de polariseurs circulaires....
Si vous ne vous êtes pas encore endormis après ces remarques,
Bonne nuit !

Robert

Cela à l'adresse http://www.diaporamaforum.com/forums/index.php?showtopic=10133
A suivre.