Christiaan Huygens était un érudit occupé. Parmi ses nombreuses réalisations, le scientifique néerlandais a découvert la forme des anneaux de Saturne et découvert la plus grande lune de cette planète, Titan. Il a fondé la théorie selon laquelle la lumière voyage sous forme d'onde et a inventé l'horloge à pendule. Huygens, semble-t-il, ne pouvait même pas éteindre son esprit scientifique quand il était sous le mauvais temps.
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En 1665, malade et coincé dans son lit, il observait deux pendules fixées à une poutre dans sa maison. Il remarqua que les pendules commençaient à osciller l'un avec l'autre, peu importe si les horloges avaient été démarrées ou arrêtées à des moments différents ou quelle que soit la position des pendules. Huygens était déconcerté. Il devait y avoir un moyen pour que les horloges se "parlent" entre eux, mais il ne disposait pas des instruments précis nécessaires pour mesurer l'interaction entre les horloges. Il attribue donc cela à de mystérieux mouvements transmis par l'air ou à la connexion physique dans le faisceau, et la matière y reste plus de 300 ans.
À présent, les physiciens revisitent l'énigme du XVIIe siècle et pensent que la réponse pourrait se trouver dans les ondes sonores. Henrique Oliveira et Luís V. Melo de l'Université de Lisbonne ont reproduit les conditions observées par Huygens, puis ont utilisé des instruments extrêmement sensibles pour mesurer les variables. Leurs résultats, publiés cette semaine dans Scientific Reports, suggèrent que l’énergie sonore des horloges à retardement traverse le matériau qui les relie et les synchronise.
Auparavant, d’autres scientifiques s’étaient intéressés à l’expérience en utilisant un faisceau qui était autorisé à se déplacer. Dans ces modèles, la synchronisation des horloges provient de la conservation de la quantité de mouvement. Oliveira et Melo souhaitaient tester un modèle différent qui ressemblerait davantage à celui avec lequel Huygens travaillait. Ils voulaient également être plus précis que les tentatives précédentes.
Ils ont d'abord utilisé un ordinateur pour simuler les horloges, en supposant que les horloges étaient reliées par un matériau rigide. Ensuite, ils ont fixé deux vraies pendules à une poutre en aluminium. Ils ont mis les horloges en marche et mesuré les périodes de balancement du pendule avec des capteurs optiques de haute précision. Effectivement, les pendules commenceraient à se synchroniser. Même s’ils se déplaçaient dans des directions opposées, ils auraient toujours la même période.
"Nous avons essayé différents matériaux et conditions de faisceaux et nous ne pouvions obtenir un couplage que lorsque le faisceau [fixe] était constitué d'un très bon conducteur de son, que les horloges étaient proches et que les fréquences étaient suffisamment proches", explique Melo dans un courrier électronique.
L'expérience de laboratoire comprenait deux horloges à pendule suspendues à une poutre en aluminium. (Henrique Oliveira et Luís Melo) Alors qu'est-ce qui se passe? Cela concerne le fonctionnement des horloges à pendule. Un pendule bascule et une ancre, ainsi nommée à cause de sa forme, libère les dents d'un engrenage, qui est attaché à un poids décroissant. Lorsque le pignon est relâché, le poids le tire vers le bas pour qu'il commence à tourner, mais l'ancrage du pendule rattrape les dents du pignon. Lorsque le pendule recule, il libère à nouveau le pignon et, cette fois, l’ancre se bloque de l’autre côté. Pendant ce temps, les dents de l'engrenage glissent sous l'ancre, la poussant et ajoutant un petit coup de pouce pour maintenir le pendule en mouvement. Il y a beaucoup de variations sur cette conception, mais c'est le principe de base.
Dans la dernière expérience, tout ce mouvement entraîne une petite quantité d’énergie sonore dans la barre d’aluminium. Chaque fois que l'impulsion d'énergie voyage, elle a tendance à pousser le pendule d'une horloge en même temps que l'autre. L'expérience prend jusqu'à 18 heures, voire plusieurs jours, car les horloges se synchronisent lentement. Melo note que les horloges de Huygens avaient des poids de stabilisation de 50 ou 60 livres, alors que celles de son expérience étaient d'une livre ou moins, de sorte que les forces transmises par les horloges de Huygens étaient plus grandes.
Même ainsi, vous pourriez théoriquement faire la même expérience à la maison. "Si vous pouvez trouver un conducteur de son assez bon pour un faisceau ... et si vous êtes très patient, vous obtiendrez les conditions pour coupler", déclare Melo. "Mais vous ne pourrez être sûr que si vous exécutez un test automatisé. Il est impossible de regarder en continu pendant des jours. C'est fascinant, mais on devient très anxieux après un certain temps."
Jonatan Peña Ramirez, chercheur à l'Université technique d'Eindhoven aux Pays-Bas, a également publié des études sur le phénomène d'horloge de Huygens. Il dit que les physiciens aiment étudier ce système parce qu'il imite d'autres cycles dans la nature. "Des phénomènes similaires peuvent être observés dans les systèmes biologiques, où certains cycles du corps humain peuvent se synchroniser de manière naturelle", a-t-il déclaré.
Cependant, il n'est pas encore convaincu que l'énergie sonore est la cause des horloges. "Si vous remplacez le mécanisme de commande dans les horloges par un mécanisme régulier, c’est-à-dire un mécanisme qui n’applique pas des impulsions [discrètes] aux horloges, vous pouvez néanmoins observer la synchronisation", explique-t-il. En ce qui le concerne, "la synchronisation de Huygens… est loin d'être résolue."
