Brevet FR2709353A1 — publié le 19950303

GENERATEUR GRAVITATIONNEL A INDUCTION LASER La présente invention a pour objet un dispositif générateur de champ gravitationnel, par utilisation d'ondes électromagnétiques cohérentes. Au cours des années, et en particulier depuis le XVIIle siècle, les Sciences Physiques se sont développées de manière considérable. Thermodynamique,Physique Statistique,Mécanique Quantique, Relativité, etc.. chacune de ces disciplines a permis à l'homme de comprendre un peu mieux la réalité qui l'entoure, et de mieux controler les phénomènes naturels. De l'infinimentpetit à l'infinimentgrand, les Scientifiques n'ont jamais cessé leur quête, et ont réussi à définir d'une manière de plus en plus précise les forces qui contrôlent les phénomènes qui nous entourent. En particulier, la Science a pu établir l'existence de quatre forces fondamentales, suffisantespour décrire l'essentiel du comportement de l'ensemble de l'Univers connu. De ces quatre forces que sont la Force Electromagnétique, la Force Nucléaire Forte, la Force Nucléaire Faible et la Force Gravitationnelle, cette dernière, bien qu'elle soit la plus faible de toutes, reste sous beaucoup d'aspect la plus mystérieuse; C'est la plus faible de toutes, possède une portée infinie, et est omniprésente dans notre vie quotidienne. De nombreuses théories ont essayées sans succés d'incorporer la Force Gravitationnelle à une Théorie Unitaire des Champs, par exemple celle de S. WEINBERG et Abdus SALEM en 1960, dans leur "ElectroweakTheory"; Aucune n'a pu décrire avec précision la nature même de la Force de Gravitation, et, si l'on sait par exemple que les interactions nucléaires fortes s'exercent sur des hadrons (par ex. neutrons et protons) et sur les composants des hadrons, tels que les Quarks, on ignore totalement quel peut être le support physique de l'interaction gravitationnelle. Le but de l'invention décrite å-aprés est de permettre la création d'un champ gravitationnel variable, dans un domaine donné de l'espace, par un dispositif relativement simple dans son principe et dans sa mise en oeuvre. ll se base en particulier sur l'utilisation d'une source cohérente de lumière, dont l'effet du rayonnement est amplifié et concentré par l'utilisation d'une structure conductrice au rayonnement de forme hélicoidale. Nous n'avons aucune connaissance de dispositif équivalent existant à ce jour. Les progrés constants réalisés dans le domaine des LASERS, en particulier en puissance générée et en portabilité en font des outils de plus en plus utilisés dans de nombreux domaines. Certains LASERS pulsés atteignent aujourd'hui des puissances pics de plusieurs térawatts, d'autres génèrent plusieurs kilowatts en mode continu. Le dispositif proposé s'inspire d'un phénomène connu des Physidens depuis de nombreuses années, et repose sur la notion fondamentale que les quantas de lumière,possèdent une masse en mouvement différente de zéro. Ce phénomène n'est évidemment pas sensible dans la vie quotidienne, ce qui est dû en particulier au caractère incohérent de la lumière naturelle, et, par exemple la pression de radiation de la lumière du Soleil sur la terre ne dépasse pas 3x10'Pa, en considérant toute l'énergie incidente absorbée, qui est de l'ordre de 10 W/m2. Si l'on compare avec un rayonnement LASER de plusieurs mégawatts, focalisé sur 1 mm ', et en tenant compte du caractère spécifique de cohérence de la radiation, on voit que la pression de radiation générée dans le cas d'un LASER peut être largement supérieure. L'existence d'une masse en mouvement non nulle des quantas de lumière a d'abord été mentionnée en 1801 par 1. SOLDNER (Berliner Astr. Jahr. 1804, p 161), et réimprimé dans les Annales de Physiques de 1921, p 593. J. SOLDNER a ainsi montré qu'un rayon de lumière provenant d'une étoile lointaine serait courbé à proximité du soleil, et calcula alors un angle de déviation de 0".85. Par la suite A. EINSTEIN, dans sa Théorie Générale de la Relativité confirma ce phénomène, et, en 1916, K. SCHWARZCHILD réalisa une étude plus préose du phénomène, en découvrant la solution analytique des équations d'EINSTEIN de l'espace-temps, dans le cas oû cet espace est occupé par une seule particule massive (K. SCHWARZCHILD, Berl. Sitz., 1916, p 189; A. EINSTEIN, Berl. Sitz. 1915, p 831; D. HILBERT, Gott. Nach. 1917, p 53; J. DROSTE, Proc. Amst. Ac. xix 1917, p 197; A. PALATINI, N. CIMENTO, xiv 1917, p 12, CW. OSEEN Ark F. Mat. Ast. och Fys. xv 1921 no9, J.L. SYNGE, Proc R.I.A liii 1950, p 83). Pour résumer, SCHWARZCHILD a démontré que, à l'intérieur d'un champs statique, il est possible de considérer la forme quadratique qui définit la métrique de l'espace-temps telle que: oû dQ est l'élément linéaire de l'espace tridimensionnel S tel que: et oû les fonctions 1/o (?,r r II sontindépendntes de t. SCHWARZCHILD démontre alors, que la métrique de l'espace autour de la particule est spécifié par: ( dt)t / tt (9 d t sW tF (8/)t } = (A J Voir D. SCHWARZCHILD / Berl. Sitz. 1916 page 189 Ce qui est connu comme la Solution de SCHWARZCHILD. ll est alors possible de démontrer que les équations différentielles du déplacement d'une particule sous l'influence d'un centre de gravité ponctuel sont les équations différentielles des géodésiques de l'espace-temps de la solution de SCHWARZCHILD. Ces équations peuvent alors être développées et intégrées sous forme de fonctions elliptiques ( W. De Sitter, Proc. Amst. Ac. xix 1916, p 367, qui découvrit en 1917 le Monde de DE SISTER; F. MORLEY, Am. J. Math. xliii 1921, p 29 qui développa une résolution par fonctionselliptiquesdeWElERSTRASS). Enfin Y. HAGIHARA, dans le Japonese Journal of Astronomy and Geophysics viii 1931, p 67, réalisa une démonstration trés détaillée des trajectoiresd'une particule dans un champ de SCHWARZCHILD. Dans un cas particulier, oû nous considérons des orbites rectilinéaires suivant un vecteur radial à une masse ponctuelle, telle que dans l'équation 19 ci dessus oCb =O ,nous obtenons, si rL Qui n'est autre que la loi d'attraction universelle de NEWTON. Si l'on compare à la loi d'attraction universelle dans le cas du Soleil: ts w n tell oû 3 - Constante d'attraction de Newton M= Masse du Soleil Nous trouvons: ce qui donne qui est la valeur de la Cste pour le Soleil. Dans ce cas il est démontré que la lumière d'une étoile passant à proximité du champs gravitationnel du Soleil subira une déviation de l'ordre de Z 0 SHIMIZU, Jap. J. Physics iii 1924, p187 et F. D. MURNAGHAN, Phil. Mag. xiii 1922, p 580). Ainsi avec: EINSTEIN a déterminé que que le déplacement de la lumière d'une étoile est d'à peu prés 1".75. Les prédictions d'EINSTEIN ont été testées avec succés lors de deux expéditions Anglaises durant l'éclipse de Soleil de 1919, qui ont relevé des déviations de respectivement1".98 0".12 et 1".61 0".30. Cette courbure du rayon lumineux, de l'ordre de 1.75 seconde d'arc, a été par la suite confirmée avec une plus grande précision lors de l'analyse de la déviation de radiations de radio sources provenant de Quasars. La Fig. 1 illustre ce phénomène, et nous voyons comment le rayon lumineux (2), d'intensité trés faible, provenant d'une étoile (1) est déviée sur une trajectoire (4) lors de son passage dans le champ de gravitation du Soleil (3). Ceci est dû au fait que les quantas de lumière possèdent une masse en mouvement différente de zéro. Ainsi, un quantum de lumière d'énergie E, possèdera une masse en mouvement M Y égale à: avec h= Constante de Planck \7 = fréquence du photon 19 Pour donner un ordre d'idée, disons que la masse en mouvement d'un quanta d'énergie 10 ev sera d'à peu prés 1.8x10 gkg. Le dispositif proposé utilisera donc cette particularité propre de la lumière, et des ondes électromagnétiques en général, qui est de créer, dans une zone d'espace proche à leur déplacement, un champ de gravitation propre, proportionnel à la fréquence des quantas qui composent ce rayonnement, et à l'intensité de ce rayonnement. D'une manière générale, si G est le champs gravitationnel créé par un courant lumineux Ie , généré par le déplacement de n quantas d'énergie unitaire e, nous avons: Dans la Fig. 2, nous voyons comment, la masse d'un photon en mouvement n'étant pas nulle, le rayonnement (2) généré par l'étoile (1), créé, lors de son déplacement, un champ gravitationnel induit (5), d'intensité proportionnelle à la fréquence des photons qui composent le rayonnement (2). Si, dans le cas général d'une lumiére incohérente, de faible puissance ce phénomène n'est peut être pas sensible, dans le cas d'un rayonnement LASER de haute puissance, parfaitement cohérent, le résultat n'est plus aussi négligeable. Le champ de gravitation luminique Gt créé par un rayonnement LASER d'intensité If est tel que: Le champ de gravitation, induit par le rayonnement LASER, suit les mêmes lois qu'un champ de gravitation généré par un corps de masse équivalente à la masse en mouvement M des photons composant le rayonnement LASER dans l'espace. En particulier, les mêmes lois d'attraction universelle pourront s'appliquer dans le cas oû une masse M' serait placée à proximité du rayon LASER soit: oû Bz = Constante d'attraction de Newton d = Distance entre rayon LASER et masse M' M' = Masse de l'objet M = masse virtuelle du rayonnement LASER (Masse des photons en mouvement) Nous avons: Nous voyons que la force d'attraction entre le rayonnement LASER et la masse n augmente proportionnellement avec la fréquence du LASER, et son intensité. Dans la Fig. 3 nous avons une description détaillée du dispositifproposé (6): La source LASER (7) émet un rayonnement cohérent (8) de fréquence 9, d'intensité le, qui pénètre et parcourt longitudinalement une fibre optique (1 1) enroulée sous forme d'hélice autour d'un axe principal (12), I'ensemble des spires de la fibre optique,enroulées en hélice le long de l'axe (12), formant alors le solenoide optique (10). Le solenoide optique peut être composé de tout type de matériau, homogène ou non, pourvu qu'il permette au faisceau cohérent (8) de suivre une trajectoire hélicoidale autour d'un axe principal (12). Le solenoide optique (10) peut posséder un axe principal (12) rectiligne, tel que décrit dans la fig. 3, ou courbe, et formera alors un tore. Le faisceau peut être focalisé plus précisément grâce à l'utilisation d'un collimateur (9), tel qu'une lentille optique. La source du rayonnement (8) peut être composé d'un LASER, d'un GRASER, d'un MASER ou de tout autre générateur de rayonnement électromagnétique cohérent, quelqu'en soit la fréquence. Le rayonnement LASER (8), parcourant le solénoide optique (10), génère un courant lumineux (13), qui lui même est à l'origine d'un champ de gravitation (14), situé à l'intérieur du solenoide, et centré sur l'axe (12). Le solenoide optique (10) permet d'augmenter, par l'action simultanée du courant lumineux dans chacune des spires qui le composent, I'intensité du champs gravitationnel (14) créé, ainsi que de le concentrer dans un domaine spatial limité. Ainsi, en considérant les équations générales d'attraction universelle, I'intensité du champ gravitationnel (14) généré à l'intérieur du solénoide optique (10) sera proportionnel à 1' inverse du carré du diamètre du solenoide (10). Pour résumer, la combinaison d'une source de rayonnement cohérente, génératrice d'une énergie lumineuse élevée, cohérente et focalisée, et d'une bobine constituée de plusieurs spires de fibre optique, permet d'obtenir un champ gravitationnel intense, localisé à l'intérieur de la bobine, et d'intensité vanable. Afin d'obtenir le meilleur résultat, il est donc recommandé d'utiliser un LASER de grande puissance, tel un LASER YAG pulsé, et une fibre optique parfaitement transparente à cette fréquence. Dans le cas d'un LASER pulsé, la présence d'un mirroir (16) à l'extrémité de la fibre optique (11) permettra de renvoyer le train d'onde des photons à l'intérieur de la fibre, en l'attente de la prochaine impulsion LASER. Si le LASER est à fréquence variable, il est alors possible de faire varier le champ gravitationnel induit dans le solenoide optique. Dans la Fig. 3, I'introduction d'un noyau solide (15) permet d'obtenir une condensation de l'effet gravitationnel, et d'obtenir un type de "gravito aimant" susceptible de coller à toutes les surfaces, et d'attirer toute sorte d'objets. La Fig. 4 est la représentation en coupe suivant MM' normale à l'axe (12) du solenoide optique (10), dans lequel il est possible d'observer le champ gravitationnel (14) induit par le passage du rayonnement lumineux cohérent (13) le long de la fibre optique (Il). La Fig. 5 décrit la différence de temps mesurée entre deux horloges identiques, I'une des horloges (17) étant placée à l'intérieur du solenoide optique (10), I'autre horloge (18) à l'extérieur. En effet, I'une des conséquences de la théone de la Relativité Générale, plusieurs fois versifiée, est qu'une horloge va moins vite dans un champ gravitationnel fort que dans un champ gravitationnel faible. Par exemple, une horloge atomique placée sur une orbite de 10 km au dessu du niveau de la mer va plus vite d'environ 47xlO-9s, que la même située au niveau de la mer. Le déroulement du temps sera donc modifié à l'intérieur du solenoide optique (10), et le temps dans le solenoide optique (10) s'écoulera d'autant plus lentement que le champ gravitationnel induit (14) sera élevé. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour créer un champ gravitationnel induit, caractérisé en ce qu'il est essentiellement constitué de deux sous ensembles: a) Une source de rayonnement électromagnétique cohérent (7) telle qu'un LASER b) Un solenoide optique (10) constitué de plusieurs spires d'une fibre optique (il) parcourue longitudinalement par le rayonnement cohérent (8) généré par la source. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par l'utilisation de toute source de radiation électromagnétique cohérente telle qu'un LASER, MASER, GRASER, quelqu'en soit la fréquence. 3) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le solenoide optique peut être composé de tout type de matériau, homogène ou non, pourvu qu'il permette au faisceau cohérent (8) de suivre une trajectoire hélicoidale autour d'un axe principal (12). 4) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le solenoide peut comporter un noyau solide (15) pour condenser le champ gravitationnel. 5) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le solenoide peut avoir un axe principal (12) rectiligne ou courbe, pouvant former un cylindre ou un tore. 6) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour modifier de manière locale le champ temporel. Figure pour la revendication: Fig. 3