Ondes et signaux

Ondes et signaux

Une des propriétés cruciale de la matière est qu’elle ne peut se trouver en deux lieux différents au même instant. Les ondes possèdent par contre la propriété d’ubiquité. C’est-à-dire la capacité d’être présentes en plusieurs lieux simultanément. De plus, a matière transfère l’énergie lors de chocs ou de contacts physiques. Par contraste, certaines ondes peuvent véhiculer l’énergie à distance à travers le vide sans contact physique direct. En fait, dès que l’on veut faire référence à une action non mécanique ou non physique, la grande majorité de personnes pensent « onde ». Ceux qui ont un bagage scientifique minimum rajoutent très souvent le terme « électromagnétique ».

Toutefois, il règne autour de la notion d’onde un flou savamment entretenu. On entend ainsi parler d’ondes « psychiques ». Que peut bien signifier un tel terme ? Pour clarifier le débat, on peut définir sept différents types d’ondes. Les trois premiers types sont des vibrations qui ont besoin d’un support matériel pour se propager. Le support peut être solide (type n°1), liquide (type n°2) ou gazeux (type n°3). S’il n’y a pas de support vibratoire matériel, aucune énergie ne peut être transportée via de telles ondes. Détaillons maintenant très brièvement chacune des catégories.

1. Ondes élastiques

A l’échelle de notre planète Terre, les ondes élastiques de la première catégorie s’identifient aux ondes sismiques. Pour des objets moins massifs, ce sont des ondes qui changent la forme de l’objet de manière périodique. Cette très célèbre vidéo illustre ce phénomène :

Le pont de Tacoma et les ondes élastiques.

Quand on danse, on soumet son corps à des déformations de nature élastiques. Toutefois, dans ce cas, se propage aussi un message informationnel. Ce message utilise l’énergie élastique afin d’informer les éventuels spectateurs de son ressenti intérieur.

2. Ondes capillaires

Ce type d’onde nous est très familier. Elles se manifestent sous la forme de rides observables à la surface de l’eau dès qu’elle est agitée. La bouteille à la mer est un exemple où l’on utilise via des ondes capillaires pour transmettre, gratuitement, un message écrit au monde entier.

Ondes capillaires se formant à la surface de toute étendue d’eau mise en mouvement.

3. Ondes acoustiques ou sonores

Les ondes acoustiques sont abondamment employées dans le monde animal (cris) et humain (langage). Dès que l’on parle, il y a émission d’une énergie acoustique. Cette énergie peut être utilisée pour attirer l’attention sur une chose plus ou moins remarquable. Les ondes acoustiques concernent tous les sons et au premier rang évidemment la musique. Un bel exemple de message bidirectionnel musical est fourni par le canon du crabe :

Le célèbre canon du crabe de Johann Sebastian Bach.

Le morceau peut être lu de gauche à droite ou inversement. Dans les deux cas, on génère le même message musical. L’équivalent parlé est le palindrome. En voici un concocté par Louise de Vilmorin : « L’âme sûre ruse mal ».

4. Ondes électromagnétiques

Dans cette catégorie, on trouve évidemment la lumière, mais aussi tout le spectre électromagnétique. Ces vibrations peuvent propager l’énergie en l’absence de toute matière, c’est-à-dire dans le vide. Elles ont été découvertes en 1888 par le physicien allemand Heinrich Hertz. D’où le nom donné à l’unité SI de fréquence vibratoire (Hz = s-1) pour honorer sa mémoire. Les ondes électromagnétiques ou hertziennes sont utilisées par la radio, la télévision et toutes les technologies sans fils. En physique classique, les entités vibrantes sont des champs électriques ou magnétiques immatériels et invisibles. En physique quantique, on utilise plutôt la notion de photon, particule de spin 1 de type « boson ». Une telle particule est dotée d’une masse au repos nulle, ce qui, là aussi, rend compte de son caractère immatériel.

Un petit survol du spectre électromagnétique.

5. Ondes gravitationnelles

On range dans cette catégorie toutes les déformations de l’espace-temps en relation avec la gravitation. La théorie de la relativité générale, prévoit l’existence de telles ondes. Jusqu’en 2015, il n’y avait aucune évidence expérimentale disponible. Les chercheurs du LIGO confirment leur existence le 14 septembre 2015. L’acronyme LIGO signifie « Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory ». L’annonce est confirmée officiellement le 11 février 2016. La déformation de l’espace-temps été induite par la coalescence de deux trous noirs, situés à 1,3 milliard d’années-lumière. Une telle observation est aussi la première preuve directe de l’existence des trous noirs. Le 17 août 2017, c’est la fusion d’étoiles à neutrons, avec une contrepartie électromagnétique que l’on détecte.

Les ondes gravitationnelles


Enfin, le 14 août 2019, la coopération LIGO/Virgo détecte la collision d’un trou noir et d’un objet de nature inconnue ayant une masse de 2,50 à 2,67 fois la masse du soleil. Cette masse est trop grande pour une étoile à neutrons, mais trop petite pour être un trou noir. Le mystère persiste donc. Tout comme un champ électromagnétique, un champ de gravitation est un concept de la physique classique invisible et immatériel. En physique quantique, on utilise la notion de « graviton », particule de spin entier égal à 2. Comme le photon, le graviton possède une masse au repos nulle, d’où le caractère immatériel de type « boson » d’une telle particule.

6. Ondes de probabilité

Cette catégorie correspond aux ondes qui peuvent se propager à des vitesses supérieures à la vitesse de la lumière. Elles ne peuvent donc véhiculer que de l’information et pas d’énergie. Il s’agit des fameuses ondes de matière de Louis de Broglie. De telles ondes n’existent pas en physique classique et seule la physique quantique les reconnaît. Voici l’un des rares films permettant de se faire une idée de ce type d’onde :

L’électron vu comme une onde de probabilité.

Comme il s’agit ici d’ondes purement informationnelles, il est plus commode de les appeler « ondes de probabilité ». Car, le carré de ces ondes correspond à la probabilité d’observer la masse, qui contient toute l’énergie, en un lieu donné. Elles rendent compte du caractère totalement immatériel de la masse. Si cela choque, on pourra utiliser de manière totalement équivalente le terme « énergie ». Car, une énergie E peut être associée aussi bien à une masse m (E = m·c2) qu’à une fréquence vibratoire immatérielle (E = h·f).

7. Ondes « subtiles »

Il est bon de savoir que la recherche scientifique académique ne reconnaît que les catégories 1 à 6. Pour la recherche non académique il existe beaucoup d’autres ondes. On peut ainsi citer les onde psychiques invoquées par les télépathes. L’ingénieur Marcel Violet invoquait pour sa part les ondes biologiques (dynamisation de l’eau). Les adeptes du Feng-Shui et les para psychologues aimeront à parler d’ondes de forme. Les radiesthésistes affirment l’existence d’ondes telluriques à l’origine, par exemple, des réseaux Hartmann ou Curie. Il y a aussi les ondes scalaires de l’ingénieur allemand Konstantin Meyl. Ou bien encore, les ondes de torsion chères aux chercheurs Russes. Pour la commodité du langage, j’ai l’habitude de regrouper ces phénomènes sous l’appellation d’ondes « subtiles ».

Dès qu’un phénomène semble immatériel sans être d’origine électromagnétique, une nature ondulatoire s’impose. Savoir si de telles ondes existent bel et bien, n’est pas simple. Toutefois, un point commun à toutes ces ondes subtiles est qu’elles ne peuvent être perçues que par la matière vivante. Il ne peut donc s’agir que d’ondes de phase purement informationnelles. Similaires ou distinctes des ondes de probabilité. Car, si de telles ondes véhiculaient une réelle énergie physique, elles seraient en effet détectables avec les appareils de mesure physiques de la science actuelle. Elles seraient donc officiellement reconnues au même titre que les autres.

Une autre caractéristique essentielle des ondes subtiles, est qu’elles ne sont pas invariantes par changement d’observateur comme les ondes « officielles ». Il faut impérativement faire intervenir un sujet « conscient » qui réalise la mesure. Or, il existe un cadre théorique quantique tout à fait satisfaisant, pour prendre en compte l’invariance par changement d’échelle. Ce cadre a été formulé par le physicien Joël Sternheimer. Ce chercheur a démontré que de telles ondes, impliquant le sujet ou l’observateur, n’étaient pas des ondes de Broglie. C’était plutôt de nouvelles ondes assurant la propagation de l’information d’échelle en échelle, raison pour laquelle elles ont été baptisées « ondes d’échelle« .

Caractéristiques des ondes

Pour résumer, toute propagation d’énergie sous forme d’onde, peut être employée pour véhiculer un message. C’est-à-dire une information, chose bien distincte de l’énergie qui n’est que le moyen de transport. Le principe de relativité stipule que toute propagation d’énergie, quelle que soit la technologie employée, ne peut se faire plus vite que la vitesse de la lumière. On parle de signal dès qu’il y a propagation d’énergie ET d’information. Tout signal est susceptible de mettre la matière en mouvement. Si seule l’énergie est transportée sans information, on parle de bruit. Enfin s’il y a propagation d’information sans dépense d’énergie, on parle d’onde de phase. Pour bien comprendre cela, rappelons la forme générale d’une onde :

Image illustrant les caractéristiques d'une onde se propageant dans l'esapce
Différents types d’ondes

On voit qu’il faut trois choses pour caractériser une onde: une longueur d »onde qui correspond à la distance entre 2 crêtes ou 2 talweg, une amplitude qui correspond à la hauteur des bosses ou des creux et aussi une phase qui correspond au choix de l’origine pour mesurer les distances. Classiquement l’énergie disponible à un instant donné correspond au carré de l »amplitude maximale de l’onde, tandis que l’énergie véhiculée correspond à la valeur moyenne sur une période du carré de l’onde (valeur efficace). On voir donc clairement que le principe de relativité qui limite la vitesse maximale de propagation de l’énergie supportée par l’onde concerne la vitesse de propagation des maxima et les minima de l’onde. On parle alors de vitesse de groupe. Mais on peut aussi s »intéresser à la vitesse de propagation des points où l’onde s’annule. Comme l’énergie est proportionnelle au carré de l’amplitude et qu’en ces points particuliers l’amplitude est nulle, cette vitesse ne concerne en rien l’énergie mais correspond bien à la phase. On parle ici de vitesse de phase et comme aucune énergie n’est disponible en ces lieux, cette vitesse de phase n’est pas soumise au principe de relativité et toute valeur, y compris celles supérieures à la vitesse de la lumière sont possibles. Dans le cadre d’une distinction claire entre énergie et information, il est légitime d’associer à l’énergie la vitesse de groupe finie et à l’information pure la vitesse de phase, non limitée. Cette identification est d »ailleurs parfaitement conforme à la non-localité observée de la physique quantique (expériences d’Alain Aspect sur la violation des inégalités de Bell). Comme ces ondes de catégorie 4 et 5 transportent de l’énergie elle ne peuvent se propager plus vite que la vitesse de la lumière (principe de relativité). Comme les ondes précédentes, il est néanmoins possible de propager de l’information via la phase de l’onde.

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