La lévitation / l'antigravité
La lumière est de l'énergie qui se propage, et donc elle est capable de provoquer une pression dite pression de radiation ce qui permet de faire des voiles solaires dans l'espace.
Peut-on utiliser la lumière pour faire léviter un objet ?
La réponse est oui, sous certaines conditions assez drastiques.
Nous connaissons déjà le radiomètre, dont on pense parfois que c'est la lumière qui pousse les pales, ce qui est complètement faux.
Ceci dit, on fait des voiles solaires pour propulser des sondes, et on connait parfaitement la force que la lumière peut engendrer, en particulier si la voile est bien réfléchissante car on double alors la poussée.
Et malheureusement, cette force est faible. 456 pN sur 1 cm2 avec le soleil au niveau de la Terre. Donc, si on veut faire léviter quoi que soit avec de la lumière, et bien il faudra que ce soit extrêmement léger, et s'aider éventuellement d'autres phénomènes plus sournois.
Piège optique
On sait réaliser des pièges et pinces optiques, où des ions sont piégés, rassemblés dans une petite zone d'espace. On peut aller jusqu'à des gouttelettes d'eau ou d'huile, ou des microsphères de quartz.
Optical levitation of glass nanosphere enables quantum control
Bon, tout ça c'est intéressant, mais on aimerait faire léviter des objets plus gros !
En 2019, les chercheurs de Caltech ont découvert qu'en appliquant un pattern particulier à échelle nanométrique, et bien on pourrait faire léviter et propulser des objets Levitating Objects with Light.
En 2021, Mohsen Azadi et ses collègues ont réussi à faire léviter un disque de Mylar d'un centimètre de diamètre, d'un demi-micron d'épaisseur, avec de la lumière dans une chambre à vide : Controlled levitation of nanostructured thin films for sun-powered near-space flight.
Et en s'assurant bien qu'il ne s'agissait pas du phénomène qui fait tourner les radiomètres, la différence de température entre les deux côtés étant négligeable. Il s'agit dans ce cas précis de photophorèse : la lumière agit sur les particules en suspension, juste devant la feuille de Mylar, qui a reçue un revêtement particulier pour provoquer cet effet, et le vide n'est pas parfait (ce n'est pas de la pression de radiation pure et dure).
(B) Photograph of a 6-mm-diameter mylar disk covered by a layer of CNTs.
(C) The porous surface of the CNT layer that traps incoming air molecules, allowing for the gas molecules to absorb more heat and approach unity thermal accommodation coefficient partially covering the smooth surface. The inset shows a closeup of the trap created by the nanotubes
(D) Sequential screenshots of two levitating 6-mm-diameter disks under incident light intensity of 0.5Wcm2. Samples placed on a 74% transparent stainless-steel mesh ~6 cm above the light source (movie S1).
Photo credit: Mohsen Azadi, University of Pennsylvania.
Illusion stroboscopique
Une jolie arnaque de lévitation d'eau (ou d'un liquide quelconque) peut être réalisée en jouant sur la persistance rétinienne et l'usage d'un stroboscope : on fait tomber des gouttes d'eau, et on envoie un coup de flash au moment où la goutte d'eau suivante est à la place de la précédente.
On peut même faire "remonter" les gouttes en choisissant convenablement le moment où on flashe, un peu avant la position précédente.
Mirage
Accessoirement, rappelons l'existence des mirages optiques.
En voici un très joli :
Dans la page suivante, nous allons voir comment on arrive à faire léviter des petits objets avec du son.