© 2002 Donald Briglia
© 2002 La Communauté Chrétienne des Étudiants du Le Livre d'Urantia
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L’année dernière, Joan et moi avons visité Santa Barbara et y avons rencontré le Groupe d’étude Urantia. Il m’est arrivé de mentionner quelque chose sur le mystère du nombre à trois chiffres, 137, et sa relation avec la mécanique quantique. (Veuillez consulter l’éditorial de cette édition, « La petite blague de Dieu à trois chiffres sur la science quantique »). Les Urantiens vétérans devraient rapidement noter la relation entre 137 et les Cahiers d’Urantia… l’un étant la Source et le Centre Premier, trois la Trinité et sept la limite des différentes associations de la Trinité. Donald Briglia, physicien, faisait partie du groupe de Santa Barbara. Lors de cette merveilleuse soirée californienne, Donald a donné au groupe une explication scientifique élégante de « 137 », bien au-delà de mes capacités de profane. Il a aimablement consenti à développer cette explication dans notre Journal. Le commentaire de Donald suit.
Larry Mullins
Compte tenu de l’énorme contenu d’informations contenu dans une seule image, la vision est considérée comme le sens principal. La lumière, la partie visible du spectre électromagnétique [LU 42:5.10], est un facilitateur d’informations visuelles et est produite chaque fois que les électrons changent leur relation énergétique dans un atome ou une molécule dans la plage d’énergie appropriée, c’est-à-dire les coques externes de la structure, on les appelle donc électrons optiques.
Toute lumière visible résulte de la dynamique énergétique des électrons, les électrons optiques changeant d’état. Des signaux électromagnétiques plus énergétiques proviennent des transitions de la coque interne, par exemple, les « rayons X ». [LU 42:5.1]
En tant que facilitateur du sens primaire et le plus important des sens, la lumière transmet à l’œil ou aux instruments optiques des images à très haute teneur en informations grâce à l’action de photons, de minuscules faisceaux d’énergie « ondulés » qui se déplacent plus rapidement que toute autre chose et dont la vitesse représente une limite supérieure à la vitesse de la matière matérielle (théorisée pour la première fois par Einstein dans sa théorie restreinte de la relativité). La majeure partie de ce que l’on sait sur le cosmos provient des observations de la lumière et des autres photons non visibles du spectre électromagnétique. Notre première connaissance mathématique de la composition submicroscopique de la matière, la théorie atomique, a été développée à partir d’observations de la lumière, produite lorsque les électrons deviennent dynamiques.
La science qui analyse la lumière dispersée dans ses composantes spectrales et interprète ces spectres est connue sous le nom de spectroscopie optique. Cette branche de la physique a non seulement produit notre première connaissance mathématique de la structure atomique, mais a également conduit à la théorie quantique et à la plupart des autres « nouvelles physiques ». » Par exemple, lorsque la lumière provenant de l’atome le plus simple, l’hydrogène, un seul proton et un seul électron liés ensemble par leur attraction électrique mutuelle, a été analysée dans ses composantes spectrales, aucun accord avec la théorie électromagnétique classique n’a été trouvé. Classique (dans ce cas) signifie physique théorique pré-quantique et pré-relativité. Une première approche quantique de N. Bohr a produit une théorie qui a fourni un certain accord et a conduit à notre premier modèle mathématique de la structure atomique. (Bien sûr, il y avait des modèles antérieurs, remontant probablement aux Grecs, et Rutherford avait un modèle auparavant, le soi-disant « modèle nucléaire de Rutherford de l’atome », qui était dérivé de la diffusion de particules alpha par un noyau, mais depuis le les alphas rapides et bien plus massifs sont à peine affectés par les électrons, ce type d’expérience n’apporte aucune connaissance sur la structure électronique des atomes.) « Toute la matière se forme selon l’ordre du système solaire. … Dans l’atome, les électrons tournent autour du proton central …» [LU 42:7.1]
La théorie de Bohr ne prend pas en compte les subtilités des spectres, telles que les composantes spectrales divisées en plusieurs signaux, appelées structure fine. A. Sommerfeld a ajouté des fonctionnalités au modèle de Bohr qui prenaient en compte la relativité restreinte einsteinienne (l’électron se déplace rapidement dans ce modèle) et la rotation apparente de l’électron. Ce modèle élargi a produit une théorie qui concordait avec la plupart des observations. « Les vitesses de rotation axiales des électrons et leurs vitesses sur leurs orbites autour du noyau atomique dépassent toutes deux l’imagination humaine… » [LU 42:7.3]
Lorsque des calculs sont effectués pour prédire théoriquement les caractéristiques spectrales, le nombre 137 apparaît, dont Sommerfeld a nommé l’inverse la « constante de structure fine » et la désigne par la lettre grecque alpha. Dans la littérature technique, 137 et son inverse sont appelés constante de structure fine (fsc).
L’expression du fsc implique la valeur de la charge d’un seul électron (électrodynamique), la vitesse de la lumière (relativité) et la constante de Planck (théorie quantique), qui ont toutes des unités dimensionnelles, par exemple des mètres par seconde. Pourtant, le fsc est sans dimension, donc 137 est un nombre pur (et premier).
Ce résultat numérique intéressant et que certains considèrent comme inattendu, qui inclut des considérations sur la charge électrique, le mouvement relativiste et les effets quantiques, apparaît dans les calculs physiques du sous-microscopique au cosmologique, ce qui a donné au nombre 137 un statut presque culte.
« Tout au long des années 30 et 40, les plus grands scientifiques de l’époque ont essayé, sans succès, de comprendre le nombre magique 137. Le grand Werner Heisenberg a dit à ses amis que les problèmes de la théorie quantique ne disparaîtraient que lorsque 137 serait expliqué, et a passé des années à essayer de le comprendre. Explique le; Heureusement, les problèmes ont disparu malgré son échec. L’un des amis de Heisenberg, le théoricien Wolfgang Pauli, a perdu un temps de recherche interminable à essayer de multiplier pi par d’autres nombres pour obtenir 137 ; Edward Teller, aujourd’hui un éminent défenseur de la guerre des étoiles, a dérivé l’alpha de la gravitation ; et un Japonais a montré que la différence entre les masses du proton et de la particule delta est égale à alpha. Tout cela montre qu’il existe de nombreuses façons de multiplier et d’additionner plusieurs nombres pour obtenir 137. Ce qui s’est peut-être le plus rapproché de la réponse parmi ces personnes, c’est lorsque Pauli est décédé dans la chambre d’hôpital 137. » [http://www.137.com/137]
C’est un sujet d’un grand intérêt et beaucoup a été écrit sur son importance dans la science et ailleurs. Par exemple, 137 est le nombre associé à la Kabbale, le livre de la mystique juive, ce qui n’est peut-être qu’une coïncidence mais qui a accru l’intérêt pour le fsc.
« La meilleure explication du mystère jamais donnée à Victor Weisskopf, un autre théoricien de premier plan de l’époque, a été fournie par Gershom Scholem, l’un des plus éminents érudits du mysticisme juif. Lorsque Scholem rencontra Weisskopf, il lui posa des questions sur les principaux problèmes non résolus de la physique. Weisskopf a dit : « Eh bien, il y a ce numéro, 137… » Et les yeux de Scholem se sont illuminés ! Il a dit : « Saviez-vous que cent trente-sept est le nombre associé à la Cabale ? »
Un autre exemple se trouve dans les considérations sur les quatre longueurs différentes utilisées pour caractériser les électrons dans les atomes, le rayon classique d’un électron, le rayon de la première orbite de Bohr, la longueur d’onde de Compton de l’électron et la longueur de Rydberg. Ces quantités diffèrent respectivement par des puissances successives de 137 . Il n’est pas étonnant qu’il y ait un intérêt considérable et continu. Dans le passé, certains scientifiques voulaient considérer le nombre 137 comme un aspect fondamental de la nature, et même si le fsc n’est pas exactement 137 (ni complètement constant), ils ont voulu ajuster les constantes dans son calcul pour qu’il soit exactement cela.
Lorsqu’un électron libre capture un proton libre qui était initialement au repos à une séparation infinie, les deux peuvent se lier pour former un atome d’hydrogène en libérant de l’énergie, appelée énergie de liaison. Lorsque le mécanisme est celui de la recombinaison radiative vers l’état fondamental, celui de l’énergie la plus basse, (il existe d’autres mécanismes qui peuvent également stabiliser la liaison, par exemple la désactivation collisionnelle avec une troisième particule, qui a une probabilité d’apparition beaucoup plus élevée, sauf dans milieu très clairsemé), un photon est émis qui emporte l’énergie de recombinaison.
C’est la même quantité d’énergie qui doit être dépensée pour séparer les deux au repos avec une très grande séparation, appelée potentiel d’ionisation (énergie).
« La quantité d’énergie absorbée ou libérée lors d’un changement de position des électrons ou autres éléments est toujours un « quantum » ou un multiple du quantum, mais le comportement vibratoire ou ondulatoire de ces unités d’énergie est entièrement déterminé par les dimensions des structures matérielles en jeu. Ces vagues énergétiques ondulatoires ont 860 fois le diamètre des ultimatons, électrons, atomes ou autres unités qui leur donnent naissance. » (LU 42:4.14)
La licence a été utilisée ici (il est généralement déclaré que le proton nucléaire capture l’électron) pour attirer l’attention sur l’observation selon laquelle l’électron est dimensionnellement beaucoup plus grand que le proton dans les modèles de processus/structures optiques atomiques, bien qu’il soit beaucoup plus petit dans masse. La manière la plus correcte d’exprimer la recombinaison est de dire qu’ils se capturent pour former leur union. En utilisant le modèle planétaire de ce système atomique le plus simple et en calculant la vitesse de déplacement de l’électron, le résultat est que la vitesse de l’électron n’est que légèrement relativiste, inférieure à un pour cent de la vitesse de la lumière, car la lumière se déplace 137 fois plus vite. En interprétant l’expression « ondulations d’énergie ondulatoires » comme signifiant « longueurs d’onde », il en résulte une cohérence logique. La raison pour laquelle 860 est indiqué comme un nombre sans dimension est qu’il s’agit du rapport de deux longueurs, une longueur d’onde et un diamètre.
Le lecteur a peut-être prévu qu’il existe un lien entre ces deux chiffres. Oui, 860 équivaut à deux pi fois 137, deux pi étant le rapport entre la circonférence et le rayon de chaque cercle. Les détails de l’applicabilité de cette règle 860 dépassent le cadre de cet article, mais elle s’appliquerait probablement aux diverses transitions qui ont lieu lorsque les atomes sont excités par des processus énergétiques comme des températures élevées ou une excitation électrique, produisant ainsi les spectres optiques observés. Au moment de la publication des articles, certains livres de physique considéraient la constante de Planck comme une quantité représentée par le symbole « h », tandis que d’autres la considéraient comme . Si ce dernier avait été référencé dans les Papers, le nombre aurait été de 137 et non de 860.
« Une note sur le calcul de l’alpha : si vous recherchez ces constantes dans un manuel et formez le rapport indiqué, vous pouvez ou non obtenir le nombre annoncé. En effet, dans certains systèmes d’unités, il faut en plus diviser par et dans d’autres par une constante notée . Cela ne signifie pas que dépend du système d’unités. Cela signifie plutôt que dans différents systèmes d’unités, il faut définir la même constante physique, , de différentes manières.
« Voici une règle qui vous donnera, , en utilisant les constantes d’un texte de physique choisi au hasard : trouvez l’expression de la loi de Coulomb, et utilisez-la pour vous donner la grandeur F de la force entre 2 électrons séparés d’une distance R. L’expression aura la forme .”
« Ce que représente dépendra du système d’unités utilisé par le livre. Mais quoi qu’il en soit, la façon d’extraire la constante de structure fine des nombres du livre est de calculer .”
« Un autre point délicat à noter est que de nombreux livres définissent quelque chose qu’ils appellent la constante de Planck et la désignent par plutôt que (barre h). La relation entre ces deux-là est de .” [http://www.physicscentral.com/action/action-02-2c.html]
« Le nombre est bien connu dans la communauté des physiciens comme l’inverse approximatif de la constante de structure fine. Il a même un nom alpha – ce qui semble être une coïncidence surnaturelle étant donné le contexte. dans lequel apparaît ce nombre — Jean 1:1-5 — et les nombreuses identités très significatives associées au mot grec ». [http://www.biblewheel.com/GR/GR_Frame.asp?GRRef=FineStructure]
« La valeur alpha peut être trouvée sur le site du gouvernement américain : http://www.nist.gov/. La valeur actuelle rapportée par le NIST est : , »
« La valeur de l’alpha est extrêmement bien établie, avec une incertitude de l’ordre de , soit environ trois parties sur 100 milliards. Elle apparaît dans l’électrodynamique quantique (alias QED) comme la probabilité d’interaction entre la lumière et la matière. Cela a fait l’objet d’études approfondies – bon nombre des meilleurs physiciens ont estimé qu’il devait y avoir un lien entre l’alpha et la structure sous-jacente de l’Univers. Une revue légère de certaines des tentatives les plus célèbres est décrite à : http://www.137.com/137. »
« Sans aucun doute, la citation la plus célèbre concernant l’alpha vient du prix Nobel Richard Feynman. Dans son commentaire à la page 129 de son livre QED, il fait référence à la « constante de couplage, e » — la charge de l’électron — qui est proportionnelle à alpha :
« Il existe une question des plus profondes et des plus belles associées à la constante de couplage observée, e, l’amplitude pour qu’un électron réel émette ou absorbe un photon réel. Il s’agit d’un nombre simple qui a été déterminé expérimentalement comme étant proche de 0,08542455. (Mes amis physiciens ne reconnaîtront pas ce nombre, car ils aiment s’en souvenir comme l’inverse de son carré : environ 137,03597 avec une incertitude d’environ 2 à la dernière décimale. C’est un mystère depuis qu’il a été découvert. il y a plus de cinquante ans, et tous les bons physiciens théoriciens affichent ce nombre sur leur mur et s’en inquiètent.) Tout de suite, vous aimeriez savoir d’où vient ce nombre pour un couplage : est-il lié à pi ou peut-être à la base de la nature des logarithmes ? Personne ne sait. C’est l’un des plus grands mystères de la physique : un nombre magique qui nous parvient sans que l’homme ne le comprenne. Vous pourriez dire que la « main de Dieu » a écrit ce nombre, et « nous ne savons pas comment il a poussé son crayon. » Nous savons quel genre de danse faire expérimentalement pour mesurer ce nombre avec beaucoup de précision, mais nous ne le savons pas. quel genre de danse faire sur l’ordinateur pour faire sortir ce numéro, sans le mettre en cachette ! [http://www.nobel.se/physics/laureates/1965/feynmanbio.html]
« Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles de grands esprits ont été fortement attirés par ce numéro. Non seulement il est premier, mais c’est un beau premier composé d’Unité (1, Dieu) et d’une division première de Dix (10 = 3 + 7), avec des échos de la Trinité et de la Perfection, de la Plénitude, des Sept Esprits de Dieu. Trois chiffres divins unis — — si différents des composites directionnels 4 (2D) et 6 (3D). Trouver cela comme le principal facteur déterminant la structure du Divin Prologue – le premier texte reliant la Création et la Lumière – est certainement pour le moins intriguant. Tout cela est grandement amplifié par les concepts associés à travers sa valeur, tels que Le Dieu de la Vérité, le Miracle du Seigneur, la Kabbale, la Roue et le Crucifix." [http://www.biblewheel.com/GR/GR_Frame.asp?GRRef=FineStructure]
« La constante de structure fine, alpha (), décrit comment le rayonnement électromagnétique affecte les particules chargées. Il a la valeur numérique 0,007297351, avec une incertitude de 6 à la dernière décimale, et en tant que tel, c’est l’un des nombres les mieux mesurés en physique.
« Notez que a est un nombre assez petit, très proche de 1/137. Cela fait le bonheur des physiciens théoriciens, car il est beaucoup plus facile de calculer des choses lorsque les forces ne sont pas très fortes. La théorie du rayonnement et des particules chargées, appelée électrodynamique quantique (ou QED en abrégé), est probablement la théorie la mieux comprise et la plus réussie de toute la physique. Certaines de ses prédictions ont été vérifiées expérimentalement à douze décimales près.
« Une autre propriété importante de a est qu’il est sans dimension. Il est formé comme le rapport de trois des constantes fondamentales de la Nature : la charge électrique de l’électron, e ; la vitesse de la lumière, c ; et la constante de Planck, qui s’écrit généralement , et qui est nécessaire pour décrire les phénomènes quantiques. Chacune de ces 3 constantes a des dimensions, c’est-à-dire qu’elle change lorsque vous changez de système d’unités. Par exemple, la vitesse de la lumière est très proche de mètres par seconde, mais si nous voulons la connaître en miles par heure, la réponse est un nombre différent, . Cependant, lorsque l’on forme alpha en prenant le ratio , toutes les dimensions s’annulent. Le résultat est un nombre sans dimension, dont la valeur est 0,007297351, quel que soit le système d’unités que nous utilisons.
« Le fait que a soit sans dimension a conduit certains physiciens à spéculer que sa valeur avait une signification fondamentale. Il décrit une propriété fondamentale de l’univers, et la question est de savoir si sa valeur est simplement un accident de la façon dont l’univers a été constitué, ou si sa valeur est déterminée par un principe profond que nous n’avons pas encore découvert. [http://www.physicscentral.com/action/action-02-2c.html]
La deuxième partie de cet article sera publiée dans le prochain numéro du Spiritual Fellowship Journal et présentera des informations détaillées sur la constante de structure fine. Parmi les questions à examiner plus en détail figurent les suivantes :
(1) Le nombre n’est en réalité pas exactement 137 et il n’est pas constant dans toutes les conditions.
(2) Evolution cosmique de l’alpha.
(3) De nombreuses façons de le mesurer.
(4) Pertinences modernes ; CQED, etc.
(5) Opérationnalisme (remarques sur la philosophie de la physique)
Donald Briglia est un lecteur occasionnel des Cahiers d’Urantia depuis quinze ans. Après trois années de service militaire, principalement en Allemagne, il étudie la physique à Cornell et à l’UCLA et l’ingénierie informatique à Stanford. Il a fait des recherches en physique (processus de collision électronique), puis en ingénierie physique dans le domaine des instruments scientifiques (principalement des instruments de mesure des semi-conducteurs).
« Dans les dotations du mental des univers locaux, ces trois perceptions intuitives du mental cosmique constituent les affirmations a priori qui rendent possible à l’homme d’agir en tant que personnalité rationnelle et consciente d’elle-même dans les domaines de la science, de la philosophie et de la religion. En d’autres termes, la reconnaissance de la réalité de ces trois manifestations de l’Infini s’effectue par une technique cosmique d’autorévélation. L’énergie-matière est reconnue par la logique mathématique des sens, la raison mentale connait intuitivement son devoir moral, et la foi-esprit (l’adoration) est la religion de la réalité de l’expérience spirituelle. Ces trois facteurs de base de la pensée réflexive peuvent soit être unifiés et coordonnés dans le développement de la personnalité, soit devenir disproportionnés et pratiquement incohérents dans leurs fonctions respectives. Mais, lorsqu’ils sont unifiés, ils produisent un caractère fort, consistant dans la corrélation d’une science factuelle, d’une philosophie morale et d’une expérience religieuse authentique. Et ce sont ces trois intuitions cosmiques qui donnent une validité objective, une réalité, à l’expérience de l’homme dans et avec les choses, les significations et les valeurs. » (LU 16:6.10)
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