Ondes d'échelle

L'existence des ondes d'échelle découlent simplement du fait que l'on ne peut décrire l’univers comme un objet vu de l’extérieur, puisque nous en faisons partie et conduit donc à prendre en compte le sujet dans la description des phénomènes. Or, les deux piliers de la physique contemporaine que sont la théorie de la relativité et la physique quantique, incluent l’un et l’autre dans leurs postulats des propriétés d’invariance de leurs objets. Le monde décrit par ces deux théories est ainsi un monde d’objets, que le sujet qui effectue la description considère en quelque sorte ‘du dehors’, alors qu’il en fait partie. Pour résoudre ce paradoxe, Joël Sternheimer a introduit un autre type d’invariance, l’invariance du rapport sujet-objet. Ainsi plutôt que d’affirmer spéculativement que « tel objet est invariant », on s'autorise à dire «je vois cet objet invariant». Cette introduction du «je» dans la description physique nécessite d'introduire des paramètres "côté sujet" qui sera alors complétée par la possibilité de comparer les descriptions obtenues pour différentes valeurs d’entre eux, aboutissant à une forme d’objectivité relative à un ensemble de sujets, conforme à la réalité de la pratique scientifique.

Sur un plan pratique, un examen du rôle de l'échelle dans le processus de mesure amène à considérer cette dernière comme un paramètre physique autonome et indépendant des dimensions spatio-temporelles. Lorsque l'on formule une telle exigence au sein de la théorie quantique, on constate alors qu'il existe à côté des ondes de matière de Schrödinger-De Broglie associées à l'espace-temps physique, des ondes dites d'échelle associées à l''ppareil de mesure qui à une échelle donnée observe le phénomène spatio-temporel. Grosso modo ce sont les ondes d'échelles qui assurent la cohérence entre les différentes échelles de description et de manifestation d'un même objet physique, de la même manière que les ondes de matière assurent la cohérence du système en différents points de l'espace-temps. Ces ondes d'échelle qui n'apparaissent pas dans les traités de physique quantique ou relativiste académiques nous sont pourtant bien familières à partir du moment où l'on accepte de se poser la question de savoir comment un individu arrive à reconnaître les différentes parties qui le constitue. Grâce aux ondes d'échelle, un même individu ressent son unité quelque soit l'échelle qu''il utilise pour se décrire. Il peut ainsi se percevoir comme étant lui-même soit au niveau de son corps macroscopique (échelle du mètre), soit au niveau de ses organes (échelle du centimètre), de ses tissus (échelle du millimètre), de ses cellules (échelle du micron), de ses biopolymères (échelle du nanomètre), de ses atomes (échelle de l'angström), de ses noyaux atomique (échelle du femtomètre) ou de ses quarks (échelle de Planck). Ces mêmes ondes d''échelle permettent aussi à l'individu de se percevoir comme lui-même à l''échelle d'une planète (échelle du km), du système solaire (échelle de l'année-lumière), d'une galaxie (échelle du parsec) ou de l'univers tout entier (échelle du mégaparsec).

Le meilleur moyen pour mettre en évidence ces ondes d'échelle consiste à rechercher dans une caractéristique physique donnée des intervalles musicaux harmoniques ou dissonants. Par exemple, le 31 janvier 1964 le synchrotron à protons du laboratoire de Brookhaven près de New-York produisait le premier exemple de particule élémentaire, un oméga-moins,  particule qui ne pouvait être observée auparavant que dans les rayons cosmiques. La figure suivante montre le diagramme de désintégration de cet oméga-moins en enregistré dans une chambre à bulles, où chaque particule chargée voit sa trajectoire se courber en fonction de son rapport charge q sur masse m.

Comme la courbure de la trajectoire est proportionnelle au rapport q/m, les particules légères auront des rayons de courbure plus grand que les particules plus massives. Ici on voit par exemple un kaon de charge négative qui rencontrant un proton de l'hydrogène liquide créé un oméga-moins qui se désintègre rapidement en une gerbe de particules élémentaires. Comme on connaît la masse de chaque particule produite via le rayon de courbure de la trajectoire, Joël Sternheimer, physicien théoricien ayant connu son heure de gloire dans les années 1966-1970 comme chanteur de musique pop sous le nom d'Évariste, eut l'idée de traduire en fréquences musicales les masses des particules produites par la désintégration de l'oméga-moins. Il remarqua ainsi qu'en identifiant le kaon-moins à la note Sol3 (1), le proton se plaçait au niveau du sol4 bémol et la rencontre des deux particules (2) produisait un bel accord de la mineur (3) complété en sixième et septième. La question fascinante que soulève cette observation est qu'il n'existe aucune règle simple permettant de prévoir la masse des nombreuses particules élémentaires, qui est une grandeur métrique pouvant prendre a priori n'importe quelle valeur réelle. Or l'expérience montre que parmi toute l'infinité des valeurs possibles seuls sont observées les masses qui présentent entre elles des rapports de masse correspondant à des intervalles musicaux. Pourquoi?