Une physique atomique préquantique

Une physique atomique pr´equantique
publi´e en ligne, 2011, http ://perso.numericable.fr/raoul.charreton/
R´esum´e
On pr´esente une description des ´ev`enements aux ´echelles infimes, dites pr´equantiques, de
temps et d’espace. Cette physique pr´equantique fait apparaˆıtre divers ´el´ements de la m´ecanique
quantique sous un aspect radicalement diff´erent. Ainsi le photon n’est plus une particule physique
mais une particule fictive porteuse d’une information statistique, analogue dans son essence `a
une temp´erature. De mˆeme le spin d’une particule apparaˆıt comme ´etant un caract`ere statistique
d’un syst`eme comportant cette particule parmi d’autres.
Cette physique pr´equantique induit un retour du d´eterminisme, y compris face aux corr´elations
quantiques, mais les d´emons de Maxwell sont les seuls `a pouvoir observer les causes pr´ecises.
Les ph´enom`enes `a l’´echelle pr´equantique mettent en jeu un nuage universel de particules
not´ees Udot´ees d’une masse, ainsi que trois noyaux not´es respectivement noyau ´electronique
E, noyau protonique Pet noyau neutronique N. Toute noyau est susceptible de s’entourer
d’un cort`ege de particules Uet acquiert ainsi une masse, variable selon la composition de
son cort`ege. Les noyaux avec leurs cort`eges sont d´esign´es respectivement, ´electron, proton et
neutron. On s’efforce de pr´eciser les caract`eres de ce nuage, ceux des cort`eges, en bref tous les
´el´ements descriptifs du mod`ele pr´equantique et du processus qui engendre les effets d´ecrits par
la m´ecanique quantique relativiste. Ce processus engendre `a la fois et de mani`ere similaire, les
effets gravitationnels et ´electro-magn´etiques.
Les questions relatives `a l’origine de ce nuage universel, `a ses liens avec l’espace et le temps,
`a son unit´e ou non dans le temps et dans l’espace, `a la cosmogonie, ne sont pas examin´ees.
1 Introduction : expos´e logique et r´esultats marquants
On d´esigne physique pr´equantique une description d’´ev`enements qui seraient perceptibles si on
pouvait observer `a des ´echelles de temps et d’espace beaucoup plus petites que celles accessibles
aujourd’hui, ´echelles dites pr´equantiques, en opposition aux ´echelles utiles en m´ecanique qnantique
pour la description des atomes et plus particuli`erement de l’atome d’hydrog`ene.
Les lois de cette physique seraient celles de la m´ecanique classique, ni quantique ni relativiste.
Cependant cette physique induirait aux ´echelles de temps et d’espace plus grandes, par regroupe-
ment statistique, les ´ev`enements tels qu’ils sont d´ecrits par la m´ecanique quantique et la m´ecanique
relativiste.
Les probabilit´es d´egag´ees par la m´ecanique quantique comme descriptives de la nature sans
ˆetre rattach´ees `a des causes deviennent des probabilit´es statistiques. La physique atomique est, `a
nouveau, d´eterministe.
Nous exposons d’abord les ´el´ements de cette physique pr´equantique.
En bref, il existerait un nuage universel de particules t´enues not´ees U. Toute particule, proton,
´electron, neutron, not´ee Bserait constitu´ee d’un noyau, respectivement ´electronique E, protonique
Pou neutronique N, qui s’entoure d’un cort`ege de particules U, ce cort`ege lui conf´erant sa masse
inertielle. Le cort`ege fait partie de la structure interne de B.
1

Cette construction s’est impos´ee `a nous progressivement. Ainsi, en 2005 nous avons un r´esultat
math´ematique qui sugg`ere l’existence d’un nuage universel de particules t´enues. Ce r´esultat est
publi´e en 2007, [1] avec l’annonce de publications ult´erieures relatives aux applications physiques.
Le r´esultat math´ematique sugg`ere l’existence du nuage, lequel modifie les fondements de la phy-
sique. Il induit les effets gravitationnels, sans particule d’interaction. Coupl´e avec l’existence d’´etats
instables des particules, (´electrons, protons, neutrons), il induit le retour du d´eterminisme. Les ´etats
instables sont entendus comme ´etats de persistance petite. Cette analyse est publi´ee en 2009, [2] ,
conjointement avec la d´emonstration d´etaill´ee du r´esultat math´ematique qui est `a son origine.
Nous reprenons ces propositions sous une forme plus structur´ee distinguant nettement d’une part
la physique pr´equantique, d’autre part la physique statistique induite par la physique pr´equantique
et enfin comment cette physique statistique rejoint pr´ecis´ement la m´ecanique quantique.
Dans un tel expos´e, les r´esultats les plus saisissants n’apparaissent qu’`a la fin, on ne peut deviner
l’utilit´e des d´etails indigestes expos´es au pr´ealable, et, pour un lecteur lass´e par ces pr´ealables,
abandonnant avant la fin, ce texte semblera sans int´erˆet.
Nous avons donc introduit, avant l’expos´e logique, une description de r´esultats marquants sans
preuve ni explication, celles-ci n’apparaissant qu’`a travers l’expos´e logique.
Nota : Ce qui concerne la structure interne du neutron et du proton ainsi que les antiparticules
reste hors du champ de cette physique pr´equantique d´esign´ee pour ce motif, ”physique atomique
pr´equantique”. Les ´electrons et protons sont en nombre ´egaux, de sorte qu’ils peuvent ˆetre tous
rassembl´es, en nombre ´egal, dans des particules non charg´ees, not´ees atomes, comprenant ou non
des neutrons.
2 Les r´esultats marquants
Le bestiaire de la physique atomique pr´equantique est assez r´eduit, la particule U, trois particules
not´ees E,Pet N, dites ”noyaux”, sans masse lorsque leur cort`ege est vide. Les noyaux retiennent des
particules Udans leur cort`ege, disons en vertu d’une force de liaison et forment ainsi, respectivement,
des particules dites, ´electron, proton et neutron not´ees E,Pet N. Les ´electrons et les protons
rassembl´es en nombre ´egaux, avec en outre des neutrons, dans un voisinage commun, et restant
rassembl´es, sont d´esign´es atomes not´es A.
Les ´electrons et les protons rassembl´es en nombre in´egaux, plus de protons que d’´electrons, avec
en outre des neutrons, dans un voisinage commun, et restant rassembl´es, sont d´esign´es atomes ionis´es
ou ions not´es Ai. Ce sont g´en´eralement des particules produites en laboratoire et rares dans la nature,
ce qui exclut tout observation `a grande ´echelle. (On ne connaˆıt pas d’astres charg´es ´electriquement.)
Il n’existe pas d’autres particules. Exit le photon, exit le graviton.
R´esultat no1:
Le photon n’est pas une particule de la physique pr´equantique. Le photon qui ´emerge de la phy-
sique pr´equantique, le photon de la m´ecanique quantique, est donc une particule fictive au sens de
simple porteur d’une information statistique, comme l’est, par exemple, une temp´erature. Cette in-
formation statistique est multidimensionnelle, une direction et un scalaire, alors qu’une temp´erature
est un scalaire, mais l’existence physique d’un photon est comparable `a l’existence physique d’une
temp´erature. Nous attribuons le no1 `a ce r´esultat bien que ce soit celui que nous avons d´ecouvert
en dernier, en 2011. C’´etait en effet le mieux dissimul´e par la pr´egnance de la science physique
d’aujourd’hui.
Nous avons not´e Ales atomes et Nles neutrons, notons Cles particules charg´ees, le proton,
l’´electron et les atomes ionis´es, Mune particule Aou Cou N. Les particules Uheurtent les particules
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M, en des ”chocs”, non ´elastiques, auxquels sont associ´ees des sections efficaces ainsi que des
modifications de vitesses et de cort`eges, d´efinissant le vocable ”choc”. L’effet d’´ecran est issu de
l’interposition d’une particule Msur la trajectoire d’une particule Udirig´ee vers une autre particule
M.
R´esultat no2:Le nuage universel induit les effets gravitationnels et les effets ´electromagn´etiques,
par effet d’´ecran.
Ce que nous avons dit `a propos du photon se transpose donc `a propos du graviton.
A chaque ”choc” entre une particule Met une particule U, soit la particule Us’ins`ere dans
le cort`ege, soit la particule Ud´etache une autre particule Udu cort`ege et la particule Msemble
´emettre apr`es le choc deux particules M. La force de liaison qui retient les particules Udans le
cort`ege explique l’attribution au cort`ege d’une ´energie m.c2, correspondant `a l’´energie cin´etique de
ces particules en cas de dispersion dans le nuage universel. Nous notons cla vitesse de la lumi`ere et
m, la masse inertielle au sens usuel de M, une masse moyenne puisque la constitution du cort`ege
varie sans cesse.
R´esultat no3:
La masse inertielle m, l’´energie m.c2d’une particule M, oscillent sans cesse `a l’´echelle de temps
pr´equantique. Le caract`ere ”masse inertielle” attribu´e par la m´ecanique classique `a un corps mat´eriel,
est issu des masses de particules composantes Adot´ees de cort`ege. Ces cort`eges, par le nombre et par
la disposition des particules Uincluses commandent les masses de toute particule isol´ee, ´electron,
proton, neutron, et de tout regroupement de particules, atomes et atomes ionis´es. Une particule dont
le cort`ege est vide est de masse inertielle nulle.
R´esultat no4:Soit deux particules, un ´electron, id est un noyau Eavec son cort`ege, et un
proton, id est un noyau Pet son cort`ege. Le nuage universel induit sur ces deux particules tous les
caract`eres d’un atome d’hydrog`ene, en tant que caract`eres statistiques `a l’´echelle de temps atomique,
et ce avec tous les aspects r´ev´el´es par les observations spectroscopiques, tels que les raies de Lyman,
la structure fine id est les d´edoublements des raies, les ´ecarts fins, les ´ecarts hyperfins.
Or, la description de l’atome d’hydrog`ene en m´ecanique quantique passe par l’introduction de
divers nombres quantiques ainsi que de deux spins attribu´es l’un `a l’´electron et l’autre au proton.
Donc, chacun de ces termes est issu de la physique pr´equantique. Les nombres quantiques se rat-
tachent aux cort`eges dont la description est discr`ete, soit par le nombre de composants, soit aussi
par les dispositions possibles des composants dans le cort`ege.
Les spins sont relatifs `a ces dispositions, fonctions de l’environnement de toute particule M.
L’interpr´etation du spin r´ev´el´ee par sa source pr´equantique fait voir tr`es pr´ecis´ement comment le spin
n’est pas un caract`ere d’une particule mais un caract`ere d’une particule Met de son environnement,
comprenant g´en´eralement au moins une autre particule M.
Les cort`eges, les sections efficaces et les effets d’´ecran sont les ´el´ements du processus physique en
jeu au niveau de la physique pr´equantique et ces ´el´ements engendrent tous les concepts utilis´es par
la m´ecanique quantique pour d´ecrire l’atome d’hydrog`ene.
La section efficace n’est un caract`ere d’une particule qu’en premi`ere approximation. Une section
efficace d´epend, pour une petite part, du cort`ege de la particule dans tous ses d´etails, composition
et disposition, et ces d´etails d´ependent de l’environnement.
Il est inutile de rappeler l’importance qu’a tenu la mod´elisation de l’atome d’hydrog`ene dans la
construction de la m´ecanique quantique. La physique pr´equantique engendre avec une ´economie de
moyens ´etonnante toute la complexit´e de ce mod`ele.
R´esultat no5 : La physique pr´equantique impose l’existence d’une borne inf´erieure au Hamilto-
nien de l’atome d’hydrog`ene.
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Gerard t Hooft [5] a montr´e d`es 2006 comment on peut construire une version d´eterministe de la
m´ecanique quantique, sous cette condition, mais il souligne la difficult´e de d´eduire cette condition
d’un argument d’ordre physique et non pas d’un artifice. Il nous semble que l’existence du nuage
universel est de nature `a r´epondre `a l’objection qu’il met en avant.
Je le cite :
”However, a serious difficulty is then encountered one indeed gets Quantum Mechanics, but the
Hamiltonian is not naturally bounded from below. If time would be assumate to be discrete, the
Hamiltonian eigenvalues would turn out to be periodic, so one might limit oneself to eigenvalues E
with 0 6E < 2.π/δt, where δt is the duration of a fondamental time step, but then the choice of a
vacuum state is completely ambiguous unlike the situation in the real world that one might want to
mimic.”
Selon notre analyse, le cort`ege de l’´electron de l’atome d’hydrog`ene, dans l’´etat fondamental,
oscille sans cesse entre cort`ege vide et cort`ege avec une seule particule U. Un cort`ege vide ne peut
pas perdre une particule Usuppl´ementaire, il fonde l’existence d’un minimum absolu de masse (ou
d’un certain Hamiltonien).
R´esultat no6 : Le retour du d´eterminisme permet de voir comment les corr´elations quantiques
`a distance et instantan´ees ne sont que des approximations. En toute rigueur, elle sont erron´ees
et s’interpr`etent comme des corr´elations classiques. Ces corr´elations quantiques `a distance, ont
donn´e naissance `a des d´eveloppements philosophiques sur la mati`ere, non localisable, et donc sur
le mat´erialisme. Ces d´eveloppements s’effondrent, nous l’avons soulign´e, [2], sans retenir l’attention,
parce qu’un changement de paradigme est ´ecart´e `a priori et sans examen, en raison de la logique
elle-mˆeme du statut des sciences.
A l’appui de nos propositions, nous avons relev´e un mod`ele math´ematique d´eterministe de la
m´ecanique quantique dˆu `a Andrei Khrennikov [6]. Le d´eterminisme a fait l’objet de d´ebats passionn´es,
mais ce serait, pour la plupart des physiciens, un d´ebat clos, clos par l’exp´erience : ”Dieu joue aux
d`es”. Notre r´esultat math´emtique, les analyses math´ematiques de Gerard t Hooft et de Andr´ei
Khrennikov, montrent qu’il est temps de revoir cette conclusion.
R´esultat no7 : Le nombre de particules Udu cort`ege d’une particule Mest d’autant plus grand
que la vitesse de cette particule Mpar rapport au nuage environnant de particules Uest plus ´elev´ee.
Ceci induit la m´ecanique relativiste, id est la ”m´ecanique nouvelle” de Poincar´e, vulgaris´ee par
Einstein et d´esign´ee aujourd’hui ”relativit´e restreinte” en Fran¸cais, ”special relativity” en Anglais.
La physique pr´equantique n’induit pas la th´eorie de la gravitation dite ”relativit´e g´en´erale”, elle
induit une th´eorie relativiste de la gravitation tout `a fait extraordinaire, pressentie par Poincar´e.
3 La physique pr´equantique
3.1 Les particules Udu nuage universel
On retient la m´ecanique classique comme mod`ele naturel.
On attribue une masse mu`a chaque particule U, la mˆeme pour toutes les particules U. Nous
proposons mu≈2.6E−4.m,md´esignant la masse de l’´electron, id est mu≈2.4E−34 kilogrammes.
Nous indiquons dans ce qui suit d’o`u sort ce chiffre.
On a not´e et on notera dans ce qui suit, 10npar En.
Le nombre de particules Udu nuage est grand.
La description du nuage `a travers tout l’espace et `a travers tous les temps n’est pas l’objet de
cette note. Nous avan¸cons une description locale telle que celle du nuage dans le syst`eme solaire sur
l’´epoque historique, ou plus restreinte encore, telle celle du nuage dans un laboratoire pendant une
heure.
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Soit Rl, le r´ef´erentiel cart´esien galil´een choisi pour ces descriptions locales.
Soit nle nombre de particules `a un instant tdans une r´egion quelconque de l’espace, connexe
ou non, de volume V. Ce nombre est un caract`ere physique d´etermin´e mais inaccessible sauf `a
s’informer aupr`es des d´emons de Maxwell. A d´efaut de cette source d’information, nous admettons
que les particules Usont, `a peu de diff´erence pr`es, dans le plus grand d´esordre. On sait attacher
au plus grand d´esordre des propri´et´es probabilistes telle la suivante. La probabilit´e que le volume
spatial vint´erieur au volume spatial Vcontienne 0,1,2, ..., j particules U`a un instant quelconque,
suit une loi de Poisson.
Nous notons Nl’ensemble des entiers naturels 0,1,2, ...
Soit λun nombre r´eel positif.
Soit pj(λ) = e−λ.λj
j!, j ∈N.
La variable al´eatoire Xd´efinie par P(X=j) = pj(λ) suit une loi de Poisson.
Soit guune estimation de la densit´e num´erique volumique moyenne des particules Udu nuage
dans la r´egion consid´er´ee de volume V, `a l’´epoque consid´er´ee. On suppose que guest sensiblement
invariante dans cette r´egion spatiale et durant toute cette ´epoque.
Le nombre nde particules Udans le volume spatial de mesure v, int´erieur au volume spatial V,
est la variable al´eatoire ayant la loi de probabilit´e, d´efinie par P(n=j) = pj(v.gu)
v.guest la valeur moyenne (ou esp´erance math´ematique) de la variable al´eatoire nainsi d´efinie.
Nous proposons gu≈.29 par unit´e naturelle de volume, id est gu≈2.E34 par m`etre cube. Nous
indiquons d’o`u sort ce chiffre dans ce qui suit.
Unit´es naturelles : Nous retenons des unit´es naturelles, de temps, de longueur et de masse,
telles que la constante hde Planck soit h= 1, et non pas h= 2.π, telles que la vitesse cde la lumi`ere
dans le nuage universel soit c= 1, telles que la masse inertielle mmoyenne de l’´electron isol´e de
vitesse moyenne, par rapport au nuage universel, nulle, soit m= 1.
La valeur de ces unit´es dans les unit´es du syst`eme international est la suivante :
une unit´e naturelle de temps = 8.1E−21 seconde ;
une unit´e naturelle de longueur= 2.4E−12 m`etre ;
une unit´e naturelle de masse = 9.1E−31 kilogramme.
L’unit´e naturelle d’´energie m.c2vaut 8.2E−14 J (joule) ou 511 keV (kilo ´electron volt).
Nous supposons que les particules Use d´eplacent en ligne droite et que leur libre parcours est
grand, comparable au rayon galactique.
La densit´e de probabilit´e que la vitesse d’une particule U, soit align´ee sur telle direction est la
mˆeme quelle que soit cette direction.
La loi de Poisson ´etant associ´ee `a une exponentielle n´egative, nous supposons que la densit´e de
probabilit´e de vuest proportionnelle `a exp(−vu/¯ vu), ¯ vud´esignant la valeur moyenne de vu.
Nous n’affirmons nullement que cette hypoth`ese sur la distribution des vitesses soit la seule
compatible avec notre hypoth`ese pr´ec´edente sur la distribution du nombre de particules dans un
volume d´etermin´e, mais c’est la plus appelante. On peut noter qu’elle rejoint sensiblement l’analyse
de Boltzmann en vertu des propri´et´es de la fonction exponentielle. Selon l’analyse de Boltzmann, la
densit´e de probabilit´e de l’´energie cin´etique wud’une particule Userait proportionnelle `a exp(wu
k.Tu),
kd´esignant la constante de Boltzmann et Tula temp´erature en degr´es Kelvin du nuage.
Soit pu, la densit´e de probabilit´e de vu. Avec pu= (1/¯ vu).exp(−vu/¯ vu), on v´erifie que
R0,∞vu.pu.dvu=¯
vu. Soit ¯wula valeur moyenne de wu. On peut v´erifier ´egalement que
¯wu=R0,∞wu.pu.dvu=mu.¯ v2
u.
Nous estimerons la temp´erature Tudu nuage par Tu= ¯wu/k.
Nous proposons dans ce qui suit un jeu de valeurs de mu,¯ vuet ¯wu.
Nous ignorons tout autre caract`ere que pourrait avoir la particule U. Il est possible que la
particule Une soit pas ´el´ementaire o`u encore qu’elle contienne deux charges ´electriques oppos´ees.
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