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Matière et lumière dans le vide - Matière et Révolution
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Matière et lumière dans le vide

mardi 29 avril 2014, par Robert Paris

« Les particules n’accèdent à l’existence dans le monde ordinaire que grâce à un processus de création-annihilation dans ce plein qu’est le vide. »

Victor Weisskopf dans « La révolution des quanta »

Matière et lumière, le film

SITE MATIÈRE ET RÉVOLUTION : www.matierevolution.fr

Dans l’espace interstellaire comme dans la matière microscopique, on trouve des structures entourées de vide : des discontinuités elles-mêmes encore constituées d’autres structures avec entre elles surtout du vide ... Et ces structures émettent de la lumière, qui est une forme d’interaction entre ces structures. L’énergie qui se transporte ainsi définit un espace-temps dans lequel ces structures évoluent.

Pour comprendre la matière à grande échelle, on a cherché à connaitre la matière à petite échelle, procédure réductionniste qui a, avec la physique quantique, atteint ses limites. En effet, les particules dites élémentaires ne sont pas plus simples que la matière à notre échelle. Elles manifestent, elles aussi, des phénomènes à diverses échelles ! Si on les considère dans le vide, on croirait les imager par des objets ponctuels mais on serait loin du compte.

Le physicien Léon Léderman : « Si l’électron est un point, où se trouve la masse, où se trouve la charge ? Comment savons-nous que l’électron est un point ? Peut-on me rembourser ? »

L’électron n’a pas une position fixe : sa charge tremble, sa masse saute d’un point à un autre, son nuage de polarisation interagit avec le voisinage.... Cela définit diverses "dimensions" de l’électron. S’il est capté, il est ponctuel. Sa masse est ponctuelle. Sa charge est ponctuelle. S’il interagit, il est considéré par l’autre objet comme une zone de dimension non nulle. les divers es dimensions ont entre elles un rapport égal à la constante de structure fine alpha. Voilà les résultats de la physique quantique sur la "particule élémentaire".

Qu’est-ce que l’atome, l’élémentaire, l’ « insécable » ? Un nuage de points à de nombreuses échelles ! Ces points sont les particules électrisées, dites virtuelles, qui composent le vide. La propriété de masse de l’électron saute d’une particule virtuelle du nuage à une autre.

La lumière est constituée par deux (ou un nombre pair) particules virtuelles d’électricité opposées.

Le vide, avec ses divers niveaux hiérarchiques, est donc le constituant de base de l’univers matière/lumière.

Le caractère probabiliste de l’électron provient du fait qu’il n’est pas un seul objet mais un ensemble de niveaux emboîtés fondés sur l’agitation du vide.

La propriété de dualité de la particule élémentaire (se comportant à la fois comme un corpuscule et comme une onde) a été l’une des interrogations les plus difficiles de la physique quantique. L’onde et le corpuscule sont deux descriptions très opposées de la réalité et pourtant la matière comme la lumière se sont révélés être à la fois corpusculaires et ondulatoires. A la fois ne signifie pas que l’on peut effectuer en même temps une expérience qui donne les deux résultats. Par contre, dès que l’on effectue une expérience donnant un résultat du type onde, on obtient une onde. Et, à chaque fois que l’on effectue une expérience du type corpuscule, on obtient un corpuscule. De là a découlé une interprétation selon laquelle c’était l’observation par l’homme qui décidait de la nature du réel… En fait, la dualité provient du caractère fractal de la particule. Celle-ci existe à plusieurs échelles. Si l’on mesure à une échelle, on obtient un résultat à cette échelle. On perd, du coup, le résultat trouvé à une autre échelle. Si l’expérience effectue une mesure sur le nuage de polarisation, on obtient un résultat ondulatoire. Si on interagit avec le point matériel, on obtient un résultat corpusculaire qui prouve que l’électron est bien ponctuel et est bien un seul être. Mais cet être existe simultanément aux différents niveaux. Par contre, dès que le corpuscule est capté, dans un temps extrêmement court, le nuage disparaît. En effet, au niveau où se situent les particules virtuelles, la limite de vitesse de la lumière n’a plus cours. C’est la « réduction du paquet d’ondes » qui a tellement compliqué la vie des physiciens quantiques. On peut interpréter ainsi l’ensemble des propriétés, souvent apparemment étranges, de la particule dite élémentaire, l’électron. Les physiciens avaient, depuis longtemps, remarqué qu’il y avait un problème pour en comprendre la nature. Comme le relève Abraham Pais dans « Subtle is the lord », probablement la meilleure biographie d’Einstein, « Tout ce qui reste de ceci (des travaux de Abraham, Lorentz, Poincaré, Einstein,… sur l’auto-énergie de électron), c’est que nous ne comprenons toujours pas ce problème. » Certains physiciens théorisent même l’impossibilité de se le représenter Margenau (1961) : « Les électrons ne sont ni des particules, ni des ondes (…) Un électron est une abstraction, qui ne peut plus être décrite par une image intuitive correspondant à notre espérance de tous les jours mais déterminé au travers de formules mathématiques. » Mais, comme Einstein le disait à Wheeler : « Si je ne peux pas l’imaginer, je ne peux pas le comprendre. » Et Einstein affirmait : « Vous savez, il serait suffisant de réellement comprendre l’électron. » En 1991, la conférence internationale sur l’électron de Antigonish écrivait encore : « Nous sommes réunis ici pour discuter de nos connaissances actuelles sur l’électron. (…) Il est étrange de constater quelle masse énorme de technologie est fondée sur l’électron sans que nous soyons capable de comprendre cette particule. » Ce pessimisme des physiciens devant les contradictions de l’électron a un fondement réel : il est impossible de donner une seule image cohérente de son fonctionnement si on considère que l’électron est un seul objet à une seule échelle.

Ces remarques provenaient en effet de nombreuses difficultés théoriques pour interpréter les phénomènes observés. L’interprétation qui en est donnée ici est celle du caractère fractal de l’électron. Elle explique notamment les sauts quantiques de la particule et de l’atome. Il y a un saut à chaque interaction entre niveaux de réalité de la particule. Le saut d’échelle explique le saut du phénomène. Par exemple, l’électron ne suit pas une trajectoire, mais saute d’une position à une autre. Cette discontinuité provient du fait que l’électron ne se déplace pas dans un espace continu, mais interagit avec les particules virtuelles du vide. Le « simple » déplacement est déjà le produit de ce caractère fractal. Il en va de même sur les interaction entre particules de matière, entre matière et lumière, et, plus généralement, entre matière et vide.

Quant au caractère probabiliste de la particule, si étrange que son découvreur Einstein n’arrivait à l’accepter, il n’existerait pas si on était capable d’étudier simultanément la réalité à toutes les échelles. On a beaucoup disserté sur l’ « incertitude » inhérente à la physique quantique, limite prétendue des capacités de l’homme de connaître le monde ou même, disent certains, preuve que le réalisme matérialiste devrait être abandonné. En fait, c’est bien le caractère fractal du réel qui cause cette indétermination quand on mesure à une échelle. Ce que les physiciens ont remarqué, c’est qu’en mesurant ou raisonnant à une échelle, on ne doit pas chercher à dépasser une certaine précision. Sinon on n’améliore pas notre image, on la détériore mais ils se demandaient pourquoi. On a dit bien souvent que c’était contraire à notre expérience quotidienne et au bon sens. Je ne le crois pas. Quand on lit un texte, on se rapproche un peu pour lire correctement, mais si on se rapproche trop, on voit moins bien. Il y a une échelle favorable pour lire et on ne peut pas lire à la fois à toutes les échelles. De même, on ne peut pas avoir une carte à l’échelle qui permette à la fois d’indiquer plusieurs villes éloignées et les rues de ces villes. Il faut choisir. Est-ce que cela signifie que la carte choisit ce que sera la réalité ? Non, cela signifie seulement que la réalité existe à plusieurs échelles suffisamment différentes pour ne pas pouvoir être examinées simultanément.

Le nuage de polarisation qui entoure l’électron est constitué d’éléments d’un monde inférieur qui est le monde des particules virtuelles caractérisées par deux propriétés liées entre elles : pas de masse et pas d’espace-temps tel que nous le connaissons à notre échelle macroscopique ni tel qu’il existe (localement) dans l’environnement d’une masse. Ces particules sont électrisées positivement ou négativement et s’ordonnent dynamiquement autour de l’électron par couches positives et négatives alternativement, écrantant ainsi le champ de la charge électrique à proximité de l’électron. Cela explique qu’aucune charge électrique ne peut s’approcher au point de toucher l’électron. Il y a toujours des couches de particules virtuelles entre deux particules « réelles ». Rappelons une fois de plus que les particules dites virtuelles sont tout aussi réelles que celles dites réelles mais sont situées à un autre niveau de réalité. Elles ne sont pas les seules puisqu’existent à un niveau encore inférieur le « virtuel de virtuel ». Ainsi deux particules virtuelles sont elles-mêmes entourées, à un niveau hiérarchique inférieur, de particules électrisées. Ces mondes ne sont pas seulement emboités. Les niveaux sont interactifs. Et même plus puisque chaque niveau émerge du niveau inférieur. Les particules « réelles » sont des structures portées par des particules virtuelles qui reçoivent un boson de Higgs. Lorsque la particule virtuelle devient porteuse de masse, elle construit autour d’elle un champ d’espace-temps, elle structure l’espace-temps désordonné du niveau virtuel. Le nuage de polarisation tourne du fait du magnétisme par l’action du mouvement de l’électron. C’est ce que l’on appelle le spin de l’électron. Mais les couches positives et négatives ne tournent pas de la même manière car l’électron est chargé négativement. Cela explique qu’il faille de tour pour revenir à la situation de départ, ce que l’on appelle un spin ½.

La charge de l’électron est ponctuelle. Sa masse est ponctuelle. Pourtant, les expériences montrent également qu’elles ne sont jamais exactement au même endroit, d’où des propriétés de rotations internes de la structure électron. Cette différence provient du fait que le saut de l’électron ne produit pas la même réaction aux diverses échelles d’espace-temps. La masse bouge plus lentement que les bosons. Elle met plus de temps pour se déplacer. Elle va donc moins loin. Cela produit plusieurs mouvements différents. Le nuage de positions de la charge est beaucoup plus ample que celui de la masse : le rapport appelé « constante de structure fine » est le rapport d’échelle des différents mondes hiérarchiques emboîtés est donc aussi le rapport entre les temps ou les distances. C’est donc aussi le rapport entre les différents « rayons de l’électron ». Alors que la masse tremblote autour de sa position (propriété appelée « zitterbezegung »), la charge s’étend sur toute une zone.

L’une des bizarreries de la physique de l’électron est quantique : c’est la superposition d’états. Deux particules qui interagissent mettent en commun leurs états. Cela n’aurait aucun sens si on gardait l’image de la particule, objet indépendant. La « superposition d’états » ne peut être interprétée comme une onde physique, ce qui fait que les premiers physiciens quantiques ont parlé seulement d’ « onde de probabilité de présence ». Mais quelle est la réalité physique du phénomène menant à cette probabilité de présence. Comment l’électron « sait-il » qu’il doit prendre telle ou telle position au sein de son nuage de probabilité de présence. La physique quantique a longtemps répondu qu’il n’existait pas de réponse et certains s’aventuraient même à dire qu’il n’y en aurait jamais. C’était logique pour la physique quantique : au sein de son formalisme la question ne pouvait pas être posée. Cependant, l’étude du vide a changé les données du problème. Elle nous a appris l’existence de tout un milieu du vide, milieu agité et plein d’énergie : les quanta positifs et négatifs qui apparaissent et disparaissent dans un temps très court. Les « particules virtuelles » ont d’abord servi de base de calcul avant que leur réalité soit reconnue. On admet aujourd’hui l’existence de plusieurs niveaux du vide. Il y a ainsi un virtuel de virtuel. Les particules n’interagissent pas à distance mais au travers du vide. Cependant, le vide quantique est un milieu aux propriétés très différentes de celles que nous connaissons au niveau de la matière que nous connaissons. Tout d’abord, il y a autant d’antiparticules que de particules. Ensuite, l’espace et le temps s’agitent en tout sens, sautent sans cesse, empêchant toute notion de trajectoire, de force. Les particules virtuelles n’ont pas de masse. L’énergie, le moment sont des notions qui ont cours mais elles sont utilisées différemment. Il n’y a pas conservation de l’énergie à tout instant. Dans la matière à notre échelle, de l’énergie ne peut pas brutalement apparaître là où elle n’existait pas. Au sein du vide quantique, l’énergie se conserve seulement globalement. Toute énergie qui apparaît au sein du vide doit disparaître dans un temps court, d’autant plus court que cette énergie est importante. C’est ce qui met en place la notion de quanta : le produit d’un temps et d’une énergie.

Il y a un lien entre le vide et la matière/lumière. Le vide n’est pas seulement le media des interactions matière-matière ou matière-lumière, il est le fondement de la matière et de la lumière. C’est le vide qui produit sans cesse les phénomènes « matière » et « lumière ». Le vide n’est pas seulement l’espace sur lequel photons et particules se déplacent. Ce déplacement n’est rien d’autre qu’une interaction avec le vide. Plus encore, le vide est le constituant de la matière et de la lumière.

Il en résulte une compréhension nouvelle de la matière et de la lumière. Les particules et les photons ont en commun … le vide qui les compose ! Les particules n’interagissent pas par des collisions mécaniques mais par des interaction entre les éléments à un échelon inférieur : celui du vide. Du coup, des particules peuvent échanger leurs composants virtuels : interagir. Ils peuvent ainsi constituer des superpositions d’états, des états corrélés.

Michel Paty dans « Nouveaux voyages au pays des quanta » :

« L’électron interagit avec les « paires virtuelles » de son propre champ électromagnétique. (…) Le vide quantique contient de telles paires virtuelles et cet effet a été observé sous le nom de « polarisation du vide ». L’électron se trouve interagir avec la charge d’un des éléments de la paire virtuelle, en sorte qu’un électron quantique n’est jamais « nu » mais « habillé » d’un essaim ou nuage de paires virtuelles qui polarisent son environnement immédiat et modifient, par voie de conséquence, ses niveaux d’énergie. (…) La procédure dite de renormalisation considère que la masse et la charge physique de l’électron sont celles de l’électron « habillé » et non celles de l’électron « nu ». ce dernier n’existe pas réellement, puisqu’il est toujours impensable sans son champ. »


Henri Poincaré écrit dans « Leçons sur le rayonnement thermique » : « L’hypothèse des quanta d’action consiste à supposer que ces domaines, tous égaux entre eux ne sont plus infiniment petits, mais finis et égaux à h, h étant une constante. »

Théorème de Joseph Liouville, rapporté par Jean-Paul Auffray dans « L’atome » : « La densité de points dans le voisinage d’un point donné dans l’extension de phase est constante dans le temps. »

Enoncé de Poincaré, dans « l’hypothèse des quanta » :

« L’énergie est égale au produit de la fréquence par l’élément d’action. (...) Le quantum d’action est une constante universelle, un véritable atome. (...) Un système physique n’est susceptible que d’un nombre fini d’états distincts ; et il saute d’un de ces états à l’autre sans passer par une série continue d’états intermédiaires. (...) l’ensemble des points représentatifs de l’état du système est une région (...) dans laquelle les points sont si serrés qu’ils nous donnent l’illusion de la continuité. (...) ces points représentatifs isolés ne doivent pas être distribués dans l’espace de façon quelconque (...) mais de telle sorte que le volume d’une portion quelconque de matière demeure constant. (...) L’état de la matière pondérable pourrait varier d’une manière discontinue, avec un nombre fini d’états possibles seulement. (...) L’univers sauterait donc brusquement d’un état à l’autre ; mais dans l’intervalle, il demeurerait immobile, les divers instants pendant lesquels il resterait dans le même état ne pourraient plus être discernés l’un de l’autre : nous arriverions ainsi à la variation discontinue du temps, à l’atome de temps. (...) Si plusieurs points représentatifs constituent un domaine élémentaire insécable dans l’extension en phase, alors les états du système que ces points représentent constituent nécessairement, eux aussi, un seul et même état. »

Jean-Paul Auffray dans « L’atome » : « Richard Feynman demandait à son fils : « Lorsqu’un atome fait une transition d’un état à un autre, il émet un photon. D’où vient le photon ? » (…) Dans la terminologie de Feynman, le quantum est un photon virtuel. »

Extraits de "Entre le temps et l’éternité" de Prigogine et Stengers :

"La raison du chaos quantique est l’apparition des résonances. (...) Ces résonances, qui caractérisent l’ensemble des situations fondamentales de la mécanique quantique, correspondent à des interactions entre champs (c’est-à-dire aussi aux interactions matière-lumière). On peut affirmer que notre accès au monde quantique a pour condition l’existence des systèmes chaotiques quantiques. (...) Nous avons surtout souligné les dimensions négatives du chaos dynamique, la nécessité qu’il implique d’abandonner les notions de trajectoire et de déterminisme. Mais l’étude des systèmes chaotiques est également une ouverture ; elle crée la nécessité de construire de nouveaux concepts, de nouveaux langages théoriques. Le langage classique de la dynamique implique les notions de points et de trajectoires, et, jusqu’à présent, nous-mêmes y avons eu recours alors même que nous montrions l’idéalisation – dans ce cas illégitime – dont elles procèdent. Le problème est maintenant de transformer ce langage, de sorte qu’il intègre de manière rigoureuse et cohérente les contraintes que nous venons de reconnaître. Il ne suffit pas, en effet, d’exprimer le caractère fini de la définition d’un système dynamique en décrivant l’état initial de ce système par une région de l’espace des phases, et non par un point. Car une telle région, soumise à l’évolution que définit la dynamique classique, aura beau se fragmenter au cours du temps, elle conservera son volume dans l’espace des phases. C’est ce qu’exprime un théorème général de la dynamique, le théorème de Liouville. Toutes les tentatives de construire une fonction entropie, décrivant l’évolution d’un ensemble de trajectoires dans l’espace des phases, se sont heurtées au théorème de Liouville, au fait que l’évolution d’un tel ensemble ne peut être décrite par une fonction qui croîtrait au cours du temps. Or, un argument simple permet de montrer l’incompatibilité, dans le cas d’un système chaotique, entre le théorème de Liouville et la contrainte selon laquelle toute description définit le « pouvoir de résolution » de nos descriptions ; il existera toujours une distance r telle que nous ne pourrons faire de différence entre des points plus proches l’un de l’autre (…) La nouvelle description des systèmes dynamiques chaotiques substitue au point un ensemble correspondant à un fragment de fibre contractante. Il s’agit d’une description non locale, qui tient compte de la contrainte d’indiscernabilité que nous avons définie. Mais cette description n’est pas relative à notre ignorance. Elle donne un sens intrinsèque au caractère fini de nos descriptions : dans le cas où le système n’est pas chaotique, où l’exposant de Lyapounov est de valeur nulle, nous retrouvons la représentation classique, ponctuelle, et les limites mises à la précision de nos mesures n’affectent plus la représentation du système dynamique. Cette nouvelle représentation brise également la symétrie temporelle. (…) Là où une seule équation d’évolution permettait de calculer l’évolution vers le passé ou vers le futur de points eux-mêmes indifférents à cette distinction, nous avons maintenant deux équations d’évolution différentes. L’une décrirait l’évolution d’un système vers un équilibre situé dans le futur, l’autre décrirait l’évolution d’un système vers un équilibre situé dans le passé. L’un des grands problèmes de l’interprétation probabiliste de l’évolution vers l’équilibre était que la représentation probabiliste ne donne pas sens à la distinction entre passé et futur. (…) La nouvelle description dynamique que nous avons construite incorpore, en revanche, la flèche du temps (…) Les comportements dynamiques chaotiques permettent de construire ce pont, que Boltzmann n’avait pu créer, entre la dynamique et le monde des processus irréversibles. La nouvelle représentation de l’objet dynamique, non locale et à symétrie temporelle brisée, n’est pas une description approximative, plus pauvre que la représentation classique. Elle définit au contraire cette représentation classique comme relative à un cas particulier. (…) Nous savons aujourd’hui que ces derniers (les systèmes non-chaotiques), qui dominèrent si longtemps l’imagination des physiciens, forment en fait une classe très particulière. (…) C’est en 1892, avec la découverte d’un théorème fondamental par Poincaré ( la loi des trois corps), que se brisa l’image homogène du comportement dynamique : la plupart des systèmes dynamiques, à commencer par le simple système « à trois corps » ne sont pas intégrables. Comment comprendre cet énoncé ? Depuis les travaux de Hamilton, on sait qu’un même système dynamique peut être représenté de différentes manières équivalentes par une transformation dite canonique (ou unitaire) (…) L’hamiltonien du système est la grandeur qui détermine son évolution temporelle. Parmi toutes les transformations unitaires, il en existe une qui permet d’aboutir à une représentation privilégiée du système. C’est celle qui fait de l’énergie, c’est-à-dire de l’hamiltonien, une fonction des seuls moments, et non plus des positions. Dans une telle représentation, les mouvements des différentes particules du système sont décrits comme s’ils ne dépendaient plus des positions relatives des particules, c’est-à-dire comme si elles n’étaient plus en interaction. (…) Les mouvements possibles de tels systèmes ont donc la simplicité des mouvements libres. (…) Or, en 1892, Poincaré montra qu’en général il est impossible de définir la transformation unitaire qui ferait des « actions » des invariants du système. La plupart des systèmes dynamiques n’admettent pas d’invariants en dehors de l’énergie et de la quantité de mouvement, et dès lors ne sont pas intégrables. La raison de l’impossibilité de définir les invariants du mouvement qui correspondent à la représentation d’un système dynamique intégrable tient à un mécanisme de résonance. (…) Le mécanisme de résonance peut être caractérisé comme un transfert d’énergie entre deux mouvements périodiques couplés dont les fréquences sont entre elles dans un rapport simple. Ce sont ces phénomènes de résonance – mais, cette fois, entre les différents degrés de liberté qui caractérisent un même système dynamique – qui empêchent que ce système soit mis sous une forme intégrable. La résonance la plus simple entre les fréquences se produit quand ces fréquences sont égales, mais elle se produit aussi à chaque fois que les fréquences sont commensurables, c’est-à-dire chaque fois qu’elles ont entre elles un rapport rationnel. Le problème se complique du fait que de manière générale les fréquences ne sont pas constantes. (…) Ce qui fait que, dans l’espace des phases d’un système dynamique, il y aura des points caractérisés par une résonance, alors que d’autres ne le seront pas. L’existence des points de résonance interdit en général la représentation en termes de variables cycliques, c’est-à-dire une décomposition du mouvement en mouvements périodiques indépendants. Les points de résonance, c’est-à-dire les points auxquels les fréquences ont entre elles un rapport rationnel, sont rares, comme sont rares les nombres rationnels par rapport aux nombres irrationnels. Dès lors, presque partout dans l’espace des phases, nous aurons des comportements périodiques de type habituel. Néanmoins, les points de résonance existent dans tout le volume fini de l’espace des phases. D’où le caractère effroyablement compliqué de l’image des systèmes dynamiques telle qu’elle nous a été révélée par la dynamique moderne initiée par Poincaré et poursuivie par les travaux de Kolmogoroff, Arnold et Moser. Si les systèmes dynamiques étaient intégrables, la dynamique ne pourrait nous livrer qu’une image statique du monde, image dont le mouvement du pendule ou de la planète sur sa trajectoire képlérienne constituerait le prototype. Cependant l’existence des résonances dans les systèmes dynamiques à plus de deux corps ne suffit pas pour transformer cette image et la rendre cohérente avec les processus évolutifs étudiés précédemment. Lorsque le volume reste petit, ce sont toujours les comportements périodiques qui dominent. (…) Cependant, pour les grands systèmes, la situation s’inverse. Les résonances s’accumulent dans l’espace des phases, elles se produisent désormais non plus en tout point rationnel, mais en tout point réel. (…) Dès lors, les comportements non périodiques dominent, comme c’est le cas dans les systèmes chaotiques. (…) Dans le cas d’un système de sphères dures en collision, Sinaï a pu démontrer l’identité entre comportement cinétique et chaotique, et définir la relation entre une grandeur cinétique comme le temps de relaxation (temps moyen entre deux collisions) et le temps de Lyapounov qui caractérise l’horizon temporel des systèmes chaotiques. (…) Or, l’atome en interaction avec son champ constitue un « grand système quantique » auquel, nous l’avons démontré, le théorème de Poincaré peut être étendu. (…) La « catastrophe » de Poincaré se répète dans ce cas : contrairement à ce que présupposait la représentation quantique usuelle, les systèmes caractérisés par l’existence de telles résonances ne peuvent être décrits en termes de superposition de fonctions propres de l’opérateur hamiltonien, c’est-à-dire d’invariants du mouvement. Les systèmes quantiques caractérisés par des temps de vie moyens, ou par des comportements correspondants à des « collisions », constituent donc la forme quantique des systèmes dynamiques au comportement chaotique (…) L’abandon du modèle des systèmes intégrables a des conséquences aussi radicales en mécanique quantique qu’en mécanique classique. Dans ce dernier cas, il impliquait l’abandon de la notion de point et de loi d’évolution réversible qui lui correspond. Dans le second, il implique l’abandon de la fonction d’onde et de son évolution réversible dans l’espace de Hilbert. Dans les deux cas, cet abandon a la même signification : il nous permet de déchiffrer le message de l’entropie. (…) La collision, transfert de quantité de mouvement et d’énergie cinétique entre deux particules, constitue, du point de vue dynamique, un exemple de résonance. Or, c’est l’existence des points de résonance qui, on le sait depuis Poincaré, empêche de définir la plupart des systèmes dynamiques comme intégrables. La théorie cinétique, qui correspond au cas d’un grand système dynamique ayant des points de résonance « presque partout » dans l’espace des phases , marque donc la transformation de la notion de résonance : celle-ci cesse d’être un obstacle à la description en termes de trajectoires déterministes et prédictibles, pour devenir un nouveau principe de description, intrinsèquement irréversible et probabiliste. C’est cette notion de résonance que nous avons retrouvée au cœur de la mécanique quantique, puisque c’est elle qu’utilisa Dirac pour expliquer les événements qui ouvrent un accès expérimental à l’atome, l’émission et l’absorption de photons d’énergie spécifique, dont le spectre constitue la véritable signature de chaque type d’atome. (…) Le temps de vie, qui caractérise de manière intrinsèque un niveau excité, dépend, dans le formalisme actuel de la mécanique quantique, d’une approximation et perd son sens si le calcul est poussé plus loin. Dès lors, la mécanique quantique a dû reconnaître l’événement sans pouvoir lui donner de sens objectif. C’est pourquoi elle a pu paraître mettre en question la réalité même du monde observable qu’elle devait rendre intelligible. (…) Pour expliquer les transitions électroniques spontanées qui confèrent à tout état excité un temps de vie fini, Dirac avait dû faire l’hypothèse d’un champ induit par l’atome et entrant en résonance avec lui. Le système fini que représente l’atome isolé n’est donc qu’une abstraction. L’atome en interaction avec son champ est, lui, un « grand système quantique », et c’est à son niveau que se produit la « catastrophe de Poincaré ». L’atome en interaction avec le champ qu’il induit ne constitue pas, en effet, un système intégrable et ne peut donc pas plus être représenté par l’évolution de fonction d’onde qu’un système classique caractérisé par des points de résonance ne peut être caractérisé par une trajectoire. C’est là la faille que recélait l’édifice impressionnant de la mécanique quantique. (…) Il est significatif que, partout, nous ayons rencontré la notion de « brisement de symétrie ». Cette notion implique une référence apparemment indépassable à la symétrie affirmée par les lois fondamentales qui constituent l’héritage de la physique. Et, en effet, dans un premier temps, ce sont ces lois qui ont guidé notre recherche. (…) La description à symétrie temporelle brisée permet de comprendre la symétrie elle-même comme relative à la particularité des objets autrefois privilégiés par la physique, c’est-à-dire de situer leur particularité au sein d’une théorie plus générale. »

Interaction du rayonnement avec la matière

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"L’électron n’est pas pensable sans son cortège de photons potentiels."

Gilles Cohen-Tannoudji dans "La Matière-espace-temps"

On peut écrire de même que l’atome n’est pas pensable sans les échanges de photons qui permettent aux électrons de changer de couche atomique par exemple. Cette propriété est fondamentale dans l’interprétation quantique de l’atome et de ses sauts d’un état à un autre. C’est le fondement de l’étude de l’atome par celle des émissions lumineuses, ou spectre d’émission.

Ce qu’est aujourd’hui la matière et la lumière :

La matière et la lumière sont deux phénomènes dialectiquement opposés, c’est-à-dire des inverses inséparables. Pas de communication entre matières sans échange de lumière (les physiciens disent des photons ou des bosons pour "lumière" ou encore des particules d’interaction). Pas de matière sans entourage de photons dits virtuels. Pas de perception de ces photons sans matière. Matière et lumière manifestent d’autre part une unité impressionnante. Ils sont tous deux faits de quanta d’action. La matière émet et absorbe de la lumière. Ils obéissent identiquement aux lois quantiques avec notamment cette étonnante propriété de dualité onde/corpuscule, cette non moins étonnante propriété de pluralité des états et enfin celle des sauts quantiques. Cependant, matière et lumière s’opposent. les uns obéissent à une logique attractive (les bosons) et les autres à une logique répulsive dite principe de Pauli (les particules matérielles). Cela signifie que les particules de lumière ont tendance à se grouper entre photons qui sont en phase et les particules ne peuvent exister dans un même état.

Tous deux sont des structures et des rythmes issus des interactions en tous sens et en permanence d’un grand nombre d’oscillateurs dipolaires couplés que sont les couples de particules et de leurs antiparticules virtuelles du vide quantique.

Ni la lumière ni la matière, même dans leurs manifestations dites élémentaires (un seul corpuscule) ne sont des objets. Ce sont des phénomènes d’émergence de structure et de rythme. Ils sont fondés sur un grand nombre de particules virtuelles et de photons virtuels.

On a longtemps cru que la réalité était décrite par des objets, les atomes ou les particules. Il s’agissait de « choses », c’est-à-dire d’éléments fixes qui étaient caractérisés par des paramètres constants. On parlait de charge de l’électron, de masse de l’atome ou de trajectoire (vitesse et position) d’une particule. Tout cela a dû être abandonné devant les découvertes de la physique quantique. Quelle image ressort finalement de ce grand chambardement ? Aucune, diront certains. Pour le site « Matière et révolution », ce n’est pas le cas.

Il s’avère que les paramètres et les structures qui apparaissent doivent leur durabilité à une dynamique extraordinairement animée et fondée sur des chocs. Les attributs qui semblaient attachés à chaque corpuscule ne sont pas des propriétés appartenant en fixe à celui-ci. Tout corpuscule peut changer brutalement de nature et le fait sans cesse. Si on conserve un certain type de corpuscule dans une zone donnée, ce n’est pas dû à une conservation individuelle de chaque corpuscule. Le nombre d’un certain type de corpuscules peut même changer.

La propriété de masse, loin d’être attachée à une particule, saute sans cesse d’une particule à une autre, d’un électron matériel à un électron virtuel qui sera ainsi matérialisé. La propriété « matière » saute donc d’une particule virtuelle du vide à une autre. Tout électron virtuel est destiné à devenir éventuellement réel et inversement. La réalité en question est seulement une existence à un certain niveau, le virtuel une existence non moins véritable mais à une échelle beaucoup plus courte. Tout proton virtuel peut également devenir réel et inversement. D’autre part, un proton peut se changer en neutron au sein du noyau de l’atome, et inversement. Là encore, les oppositions peuvent se changer en leur contraire. Proton en neutron comme précédemment matière en vide et vide en matière. De même le quanta d’interaction n’est pas fixe. Tout photon peut également se changer en couple matière et antimatière, par exemple électrons et positrons virtuels. Du coup, le photon peut se « mélanger » avec la matière pour produire une nouvelle matière et de nouveaux photons en échangeant des particules virtuels. Les particules peuvent aussi échanger des photons. Toutes ces interactions changent la matière et la lumière et se font par des chocs, interactions à une échelle beaucoup plus rapides que les temps caractéristiques des phénomènes sur lesquels ils agissent. De même, un quark peut se changer en un autre. La couleur n’est pas un paramètre attaché au quark mais une propriété pouvant sauter d’un quark à un autre. Un neutrino peut également se changer spontanément en un autre. Un noyau d’atome peut se changer dans un ou plusieurs autres, tout aussi spontanément.

Donc toutes les caractéristiques qui étaient attribuées autrefois à l’objet sautent et toute la dynamique est le produit de ces sauts.

L’apparition de structures et de « constantes » n’est que le produit de ces échanges de propriétés ou de moyennes sur un grand nombre de particules.

La propriété électron peut se maintenir mais seulement en sautant d’un corpuscule à un autre. Si on cherche à suivre individuellement un électron, on s’aperçoit qu’il disparaît et réapparaît plus loin. Et, plus étonnant, un corpuscule peut réapparaître avant de disparaître. Il y a eu distorsion du temps. Dans ces sauts, le temps ne ressemble plus du tout à son ancienne image bien tranquille se déplaçant comme sur une ligne continue parcourue régulièrement. Dans la dynamique, le temps ne parcourt pas une succession linéaire d’instants successifs ressemblant à des points alignés comme des instants.

Là encore, le temps, mais aussi l’espace, ne ressemblent pas au monde dans lequel nous croyons vivre à notre échelle : celui des objets macroscopiques qui ne semblent pas subir des apparitions et des disparitions brutales.

Maurice Jacob dans "Au coeur de la matière" :

"Au coeur de la matière et à l’échelle du cosmos

La nature est plus riche que notre imagination. On peut démonter les molécules en atomes. On peut arracher les électrons d’un atome et séparer les protons et les neutrons qui constituent son noyau. On découvre les différents niveaux de la matière qui mettent en jeu des constituants de plus en plus élémentaires. (...) La masse, cette propriété que l’on pensait intrinsèquement associée à un objet et qui résultait de l’addition des masses de ses constituants, une masse que l’on associait à chaque particule avant de considérer les forces auxquelles ellles pouvaient être soumises, cette masse devient un effet dynamique des actions auxquelles les constituants fondamentaux sont soumis. (...) Les particules élémentaires sont les quarks (qui forment notamment les protons et les neutrons) et les leptons (comme l’électron). (...) Les forces qui leur permettent d’interagir entre eux sont toutes du même type : elles prennent la forme particulière d’un échange de bosons. (...) L’un de ces bosons est le "grain de lumière", le photon. (...) Deux particules chargées s’attirent ou se repoussent en échangeant des photons. Au cours d’un choc, ou simplement accélérée, une particule chargée peut émettre un photon (...) dont la fréquence est proportionnelle à son énergie. (...) L’atome est formé d’un tout petit noyau entouré d’un "nuage" d’électrons. Le rayon du noyau est cent mille fois plus petit que celui de l’atome, mais il contient pratiquement toute la masse. l’atome est donc pratiquement vide mais son volume, extrêmement vaste par rapport à celui du noyau, est rempli par le mouvement incessant des électrons qui se concentrent sur des couches successives. Le noyau a une charge positive et les électrons ont uen charge négative. Ils sont tous attirés par le noyau mais tournoient à une distance respectable. L’atome est globalement neutre, la charge totale des électrons étant compensée par celle des protonsqui se trouvent dans son noyau. (....) En physique quantique, il faut renoncer à considérer une particule comme parfaitement localisable. (...) Ce flou quantique peut heurter l’intuition naturelle (...) ne peut-on envisager l’observation d’un électron pendant un temps très court durant lequel il ne pourrait parcourir qu’une petite partie de la distance associée à ce flou quantique ? C’est possible mais on ne peut plus distinguer dans ce cas l’électrons des multiples autres particules (paires d’électrons et de positrons fugitifs du vide) qui peuvent être librement émises et réabsorbées durant ce temps très court. (...) Le vide est animé par la création continuelle et la disparition rapide de paires électron-positron (le positron est l’antiparticule de l’électron). Ce sont des paires virtuelles (...) L’électron de charge négative va attirer les positrons de ces paires virtuelles en repoussant leurs électrons. En approchant de l’électron, le photon va se voir entouré d’un "nuage" de charge positive dû aux positrons virtuels attirés. Il aura l’impression que la charge de l’électron est plus faible que celle annoncée. (...) la masse des particules vient de la structure du vide qui s’est figé au début de l’évolution de l’Univers (...) La diversité de la matière sort de la structure du vide. (...) le vide bouillonne d’activité, il peut même exister sous plusieurs formes et manifester une structure. (...) Ce bouillonnement d’activité est de nature quantique."

Les états et de l’atome et de ses couches électroniques

L’atome n’est pas un objet que l’on puisse appréhender comme une bille ou une autre "chose" c’est-à-dire une matière attraper ou suivre dans un mouvement régulier dans l’espace. Cela a été une déception pour bien des physiciens mais il faut bien admettre que la nature ne se ramène pas à ce type de notion comme celle que l’on appelait "la particule élémentaire". Ce réductionnisme n’a plus cours en physique. Nous allons tenter de montrer que s’y est substituée une notion beaucoup plus fascinante et dynamique qui allie l’existence de la matière mais comme émergence de structure durable, d’un ordre, au sein d’un univers extraordinairement agité. Et c’est ordre est fractal, coexiste à plusieurs niveaux hiérarchiques ayant entre eux des rétroactions étonnantes.

Là où la physique classique envisageait la particule comme un état déterminé et fixe, la physique quantique a dû développer la notion de superposition d’états. Cette superposition s’est appelée fonction d’onde. Il ne s’agissait plus d’ondes au sens classique. L’un des problèmes que cela posait était celui appelé "réduction du paquet d’ondes" puisque la superposition d’états était brutalement supprimée en cas de mesure (ou d’interaction), ce passage de la superposition à un seul état restant mystérieux et inconcevable comme un miracle, ce qui est inacceptable. Tout d’abord, cela suppose qu’une dynamique serait une somme de stationnarité. Ensuite, cela n’explique ni le passage d’un état à un autre ni ne donne une interprétation à la superposition. Du coup, la physique a dû reconcevoir sa thèse en adoptant un point de vue dynamique qui remettait en cause l’ancien point de vue philosophique.

« La microphysique actuelle est essentiellement fondée sur la description minutieuse des états stationnaires (appelés aussi états quantiques), tandis qu’au sujet des transitions, on fait seulement des calculs statistiques. (...)Mais la transition elle-même, en tant que processus individuel, n’est pas décrite. De ce fait, on n’explique pas comment se maintiennent les états stationnaires, car pour expliquer leur étonnante stabilité, il faudrait comprendre ce qui se passe quand un système s’écarte d’un état stationnaire sous l’effet d’une perturbation (...) »
Le physicien Georges Lochak
dans un article de la Revue du Palais de la Découverte intitulé « Vers une microphysique de l’irréversible »

Parmi les principales nouveautés de la physique quantique, il y a la renonciation à la notion d’onde physique. L’onde électromagnétique, lumineuse par exemple, est remplacée par un corpuscule (photon). La fonction d’onde décrit uniquement une probabilité de présence du corpuscule. Tous ces phénomènes font appel à des phénomènes se déroulant à très grande vitesse comme le rappelle Jean Perdijon dans « Les grandes idées en physique » exposant ainsi les expériences où un photon peut passer par deux fentes et où tout se passe comme si le corpuscule passait par une fente et l’onde par l’autre (interférences du photon avec lui-même). Dans une telle expérience, il apparaît que le photon est à la fois onde et corpuscule, phénomène que la physique quantique a nommé « la complémentarité » sans pour autant trancher sur le caractère du phénomène. « Plutôt que d’accepter que le photon possède à la fois deux états complètement contradictoires, on peut penser que cette complémentarité n’est que le résultat d’une alternance des propriétés ondulatoires et corpusculaires de la lumière. Les deux états possédant ces propriétés se succéderaient à une cadence si rapide que nos mesures, qui ne nous fournissent que des valeurs moyennes, seraient seulement capables d’enregistrer un état ou l’autre, suivant le dispositif utilisé. » Cette interprétation a été développée notamment par l’Institut Louis de Broglie (revue numéro 14). Elle sous-entend que des transformations à grande vitesse seraient une interprétation valable des phénomènes de superpositions d’états qui caractérisent la physique quantique et rendent son interprétation si difficile. La matière, même celle dans un état apparemment stable, serait sujette de transformations ultra-rapides, indécelables à l’aide de nos instruments. La conservation d’un état de la matière ne serait pas le produit de l’inaltérabilité mais, au contraire, de transformations employant une grande énergie et se produisant de façon tellement rapide (relativement) qu’elle apparaît quasi instantanée (il n’existe pas de transformation instantanée). Par exemple, le neutrino saute sans cesse d’un état à un autre : neutrino électronique, neutrino mu et neutrino tau. C’est ce que l’on appelle l’oscillation des neutrinos. Il en va de même des autres particules dites stables. Le proton, le plus stable, saute sans cesse en absorbant ou émettant des gluons ou couples quark/antiquark. La stabilité du noyau atomique provient de la transformation de neutron en proton et inversement. La stabilité de l’atome provient de l’absorption et de l’émission de photons. La matière ne cesse pas de sauter d’un état à un autre à grande vitesse si bien qu’on ne constate qu’une « superposition d’états » et que l’on ne peut que calculer la probabilité des divers états. Les seules impressions de continuité dans la matière sont illusoires. L’onde de la vague est constituée de molécules discrètes. L’onde quantique est construite sur des particules éphémères du vide. Le physicien Richard Feynman expose ainsi la genèse de l’électrodynamique quantique qu’il a découverte : « Il nous apparut aussi que nous pouvions reformuler la chose d’une autre façon à l’aide du principe de moindre action. Puisque mon idée de base était de tout décrire directement en termes de mouvements des particules, je désirai représenter cette théorie sans jamais parler de champs ou d’ondes. (...) Il se trouve, bien sûr que vous pouvez restaurer les champs si vous le désirez, mais il faut alors suivre le champ produit par chaque particule séparément. » C’est l’origine de l’intégrale d’action de Feynman qu’il expose dans « La nature de la physique ».

Ainsi, le déplacement apparent d’une particule d’un point à un autre qui semble continu n’est que la somme d’une infinité d’interactions possibles entre corpuscules dans lesquels la particule effectue des sauts, en un bond, en deux bonds, etc comme l’explique Richard Feynman dans « Lumière et matière ».

En microphysique, les particules échangent des photons lumineux pour interagir. Ce phénomène fondamental de la matière/lumière a été interprété pour la première fois par les diagrammes de Feynman de l’électrodynamique quantique. Il s’agit du seul mode de description connu des interactions entre particules via les photons lumineux. Il a été vérifié par un grand nombre de calculs qui sont les plus précis de toute la physique. Cependant, pour bien des physiciens, la réalité des interactions révélées par Feynman n’est pas encore reconnu unanimement. En effet, elles nécessitent de reconnaître dans le vide un nombre infini de particules, d’antiparticules et de photons éphémères, appelés « virtuels » parce qu’ils sont trop fugitifs pour être mis en évidence par des mesures supérieures au temps de Planck [1]. Les virtuels ne peuvent donc être mesurés par la matière/lumière. Au cours d’une transformation de matière/lumière, elles sont insensibles mais sont nécessaires au calcul et on est amené à supposer qu’elles apparaissent et disparaissent. Nous allons voir qu’au contraire les diagrammes de Feynman ne montrent pas que les corpuscules virtuels apparaissent et disparaissent mais que ce sont les corpuscules matériels dits réels qui apparaissent et disparaissent ! Ceux qui existent réellement sont donc les particules du vide et l’aspect réel, durable, n’est qu’une apparence, effet des interactions.

Ainsi, l’interaction électromagnétique, dite coulombienne, est le produit d’échanges de photons dits virtuels et l’interaction nucléaire suppose également des échanges virtuels. Feynamann explique ainsi dans son cours de physique (chapitre Mécanique quantique) que "on a l’habitude de dire qu’il y a échange d’un électron "virtuel" quand l’électron doit sauter à travers une région de l’espace où il y a une énergie négative. Plus précisément, un "échange virtuel" signifie que le phénomène implique une interférence quantique entre un état avec échange et un état sans échange. (...) Yukawa a posé en hypothèse que la force entre deux nucléons est due à un effet d’échange similaire - mais dans ce cas, à l’échange virtuel, non pas d’un électron, mais d’une nouvelle particule qu’il a appelé "méson". Aujourd’hui, nous identifions le méson de Yukawa avec le pion qui se produit dans les collisions à haute énergie de protons ou d’autres particules."

Les particules dites virtuelles sont des particules matérielles et lumineuses de durée de vie inférieure à une quantité appelée temps de Planck. A l’opposé la matière et la lumière habituelles correspondent à des multiples du temps de Planck. Les particules « virtuelles » sont bien réelles. Citons sur ce point le physicien Jean-Marc Lévy-Leblond dans « Aux contraires » : « Tout être physique intermédiaire et éphémère (surtout si sa temporalité est infime à notre échelle) est vite perçu comme virtuel, fictif. (...) Les quantons (virtuels) qui entrent en réaction (échanges de quantons virtuels entre deux particules réelles) ou en émergent, semblent mériter une reconnaissance existentielle plus forte : ils sont là avant et/ou après le processus. »

Les relations entre particules de matière sont des échanges de photons lumineux. Elles ont lieu en permanence et en tous sens. Ce sont ces échanges qui définissent les espaces et les temps entre particules. Ce sont eux qui définissent le temps de la zone. Les électrons échangent des photons entre eux pour définir leur place dans l’espace et c’est au travers de ces échanges de photons entre électrons et noyau que les photons définissent leur place dans l’atome et que la taille de celui-ci est globalement conservée. Ce n’est pas une quantité préétablie. La conservation est encore une fois un produit de la transformation et l’équilibre global de la structure est la conséquence de sa destruction rapide. Un électron ne se maintient égal à lui-même que parce qu’il est sans cesse détruit et reconstruit, qu’il donne ses caractéristiques matérielles à un autre particule fugitive du vide. Ce « miracle » de la matière se déroule en permanence du fait de l’interaction entre particule et vide. Dans l’espace vide, la particule rencontre sans cesse des couples fugitifs de particules et d’antiparticules. Il se couple avec l’antiparticule pour donner un photon et rend ainsi matérielle la particule fugitive. C’est ce que Richard Feynman a dévoilé dans ses schémas d’électrodynamique quantique qu’il voyait plutôt (ou préférait présenter) comme des moyens commodes de calcul que comme une véritable description des processus. Les processus qu’il a mis en évidence dans le phénomène essentiel dans lequel une particule absorbe ou émet un photon sont les suivants :

- un photon se dédouble en particule et antiparticule éphémères du vide

- une particule matérielle se lie à une antiparticule du vide pour donner un photon

- une particule du vide se matérialise en une particule matérielle

On a remarqué que deux particules qui n’échangent pas de photons ne peuvent pas définir l’espace qui les sépare ni le temps local [2]. Une particule individuelle, que l’on concevrait comme isolée du reste du monde, ne serait pas située dans un espace-temps ! Plus grave encore, on a constaté qu’aucune particule n’avait une existence individuelle [3]. Aucune n’existait de façon séparée des autres et du milieu. N’oublions pas que l’équation d’énergie (ce qui est perdu en énergie potentielle est gagné en énergie cinétique) signifie justement un échange permanent entre particule et milieu [4]. Sans liaison avec le vide qui l’entoure ou avec les autres particules (via les photons lumineux), aucune particule ne peut exister [5]. Il suffit de dissocier une particule de son environnement pour le constater (expérience de diffraction par exemple). La particule perd alors la mémoire de son mouvement précédent et toutes les directions deviennent possibles. Celle-ci a perdu son orientation dans l’espace et son mouvement [6].

Comment se déroule en effet l’interaction entre deux particules ? Elle est fondée sur l’émission et l’absorption spontanée d’un photon (réel) par une particule (réelle). Remarquons d’abord qu’il s’agit bien d’un phénomène qui est brutal puisqu’il se déroule sur un temps très court, apparemment ponctuel. Montrons maintenant quelles sont les étapes de ce processus d’absorption et d’émission de photon lumineux par les particules matérielles. Le processus d’absorption, par exemple, est le suivant. Première étape, le photon approchant de la particule se décompose en particule et antiparticule, virtuels tous les deux. Deuxième étape : la particule réelle se lie à l’antiparticule virtuelle pour faire apparaître un nouveau photon virtuel. Bilan : il reste une particule. On dit que « la » particule a absorbé le photon. En réalité, la particule qui reste est l’ancienne particule virtuelle. D’autre part, un photon « réel » a été transformé en photon « virtuel ». On peut en conclure que l’état virtuel était tout aussi réel que l’état de la particule matérielle. De même pour le photon. L’une des remarques qui découlent de cette analyse des diagrammes de Feynman est que la révolution est à la base de la dynamique. Ce n’est pas la même particule qui se maintient avant et après l’émission/absorption de photon. Le vide empli de couples particule/antiparticule virtuelles permet de comprendre qu’il n’y a jamais création ex-nihilo mais matérialisation de particules, d’antiparticules ou de photons du vide. L’énergie d’un choc permet par exemple de matérialiser des particules du vide. Par contre, dans le phénomène d’absorption/émission de photons par la matière, il y a changement brutal. Une particule disparaît et une nouvelle particule apparaît qui a les mêmes caractéristiques mais qui n’est pas individuellement la même. Aucune particule matérielle n’est donc appelée à durer aussi longtemps qu’il y paraissait. L’apparence de durée est un effet des multiples rétroactions du vide, de la matière et de la lumière qui se déroulent dans des temps extrêmement courts. On peut également en conclure que l’on comprend pourquoi une particule est partout dans son nuage de polarisation et saute d’une position à une autre dans ce nuage. En effet, la particule peut disparaître à tout moment et réapparaître en tout point proche où se situe un couple particule/antiparticule virtuel. Une autre conclusion est qu’il n’y a pas de différence de nature entre particule virtuelle et particule réelle. Au cours de l’absorption/émission de photon, le virtuel et le réel s’échangent. Si la particule réelle devient virtuelle, c’est le contraire pour le photon. Le nuage de polarisation est justement constitué de ces couples particule/antiparticule virtuels.

L’univers matière/lumière naît en atteignant un seuil défini par la constante de Planck. Les corpuscules de matière-lumière n’existent que par multiples entiers d’un nombre, la constante d’action de Planck. En dessous des unités de Planck, on a affaire à une autre monde, improprement appelé virtuel, et qui est probablement à la base de ce que l’on appelle la « matière noire », des particules et des photons de durée de vie inférieure. Pour comprendre qu’il s’agit d’un autre monde, il suffit déjà de savoir qu’à ce niveau on trouve des particules et photons fugitifs, qu’on trouve autant d’antiparticules [7] que de particules et que le temps se parcourt aussi bien dans un sens que dans l’autre ! En permanence le vide peut produire autant que l’on veut de paires particule/antiparticule et c’est un véritable bouleversement conceptuel [8] par rapport à l’image que l’on avait du vide. Cet univers infra-Planck est celui que l’on appelle le « vide quantique ». Et il est très loin d’être vide puisque les fluctuations d’énergies sont d’autant plus grandes qu’elles se situent dans des temps réduits. Or la durée n’est plus limité par le temps de Planck. Il y a donc des énergies infinies dans le vide ! Elles sont compensées par des énergies négatives (anti-particules) elles aussi infinies… Nos calculs gravitationnels sur les grandes structures de l’univers nous indiquent d’ailleurs la nécessité de l’existence d’une grande masse de matière jusque là inconnue. Comme nous le verrons dans le paragraphe « matière et vide », c’est l’étude de la physique quantique qui nous amène à concevoir ce qu’est cet univers infra-Planck dévoilé notamment par le physicien Richard Feynman dans « Lumière et matière » et dont l’existence réelle a été soulignée par le physicien Jean-Marc Lévy-Leblond. [9]

Il y a de nombreuses différences entre matière, lumière et vide et pourtant les modes d’action de ces trois domaines sont semblables. Par exemple, dans ces trois domaines on trouve la même dynamique, le même caractère dialectique (à la fois, dynamiquement et contradictoirement ondulatoire et corpusculaire) et les mêmes sauts d’un mode à un autre. C’est pour cela que ces trois domaines rétroagissent. Pourtant, les corpuscules des trois domaines diffèrent. Ce qu’ils ont de commun, c’est le mode de transformation. Quand ils interagissent, ils n’échangent pas des objets mais des niveaux de transformation. Ainsi, en physique, on a longtemps cherché la brique élémentaire dans la chose, c’est-à-dire dans l’atome, la particule ou la molécule de base de la vie, sans la trouver. L’atome n’est pas élémentaire, pas plus que l’électron ou, pour le vivant, la molécule d’ADN. C’est finalement dans les interactions que l’on a trouvé l élémentarité et c’est dans l’action que l’on a pu définir l’unité de base de la matière-lumière : le quantum d’action h. Il est frappant que le quantum ouvre de multiples possibilités pour l’énergie (inversement proportionnelle à la durée de vie). Dans une transformation, c’est la quantité d’action qui ne change pas et non la quantité ou la qualité des corpuscules. La constante de Planck est en effet une action c’est-à-dire un produit d’une énergie et d’un temps. Du coup, la physique est devenue, comme la Biologie, le « jeu des possibles » que constatait le biologiste François Jacob. Le physicien Richard Feynman expose [10] dans sa méthode d’ « intégrale de chemin » que, dans la nature, tout se passe comme si on effectuait la somme des quanta correspondant à tous les chemins possibles. Chacun d’entre eux correspond à une transition, c’est-à-dire un saut qualitatif.

Nous avons l’habitude de penser que les atomes et les particules qui nous constituent sont tellement stables que la plupart n’auraient pas changé depuis leur constitution lors d’événements proches d’une singularité improprement appelée « Big Bang ». Nous allons donc contredire cette assertion et montrer que les particules lumineuses et matérielles sont fondamentalement instables et produites par une instabilité et une agitation encore plus grande, celle du vide…., lui-même constitué des mêmes composants [11] que la matière/lumière mais plus éphémères. La base fondamentale du phénomène « matière » n’est autre que l’apparente durabilité d’une structure. Mais cette apparence est fondée sur un réalité, une dynamique qui saute sans cesse d’un être fugitif à un autre en conservant non le corps lui-même mais les propriétés globales de la structure. La physique quantique (étude de la matière à petite échelle, celle des particules) a en effet montré que chaque corpuscule n’est pas dans un seul état mais dans une superposition d’états différents, sans lien de continuité entre eux. Ces états (appelés discrets parce qu’ils ne sont pas jointifs et n’ont pas d’états intermédiaires) ont d’abord été considérés comme des « possibles ». Cependant, ils s’avèrent être des états réels entre lesquels la particule saute brutalement. On ne peut trouver la matière dans un seul de ces états qu’en arrêtant la dynamique, en captant le phénomène par une mesure. Si on mesure un état, on ne peut pas dire si la particule était dans cet état juste avant. Aucune expérience de matière/lumière ne peut distinguer un écart de temps aussi court entre deux états. Toute réception ou émission d’énergie fait sauter la particule d’un état possible dans un autre. Plus l’énergie est importante, plus le temps est court. Même si la particule est isolée d’autres particules, elle saute entre ses états possibles parce qu’elle interagit avec le vide qui contient des fluctuations d’énergie très importantes et très rapides. Il n’y a donc aucun état stable mais seulement des états plus ou moins durables. Le plus durable est celui qui minimise l’énergie du système. L’interprétation du vide quantique (celle d’une agitation fondamentale) amène à celle d’une succession très rapide de transitions entre ces divers états possibles et donc d’une très grande agitation permanente de la particule qui saute entre ces états sur des intervalles de temps imperceptibles à notre échelle. Les « états possibles » n’apparaissent comme une superposition statistique que du fait de cette durée extrêmement courte des transitions. La mesure ne permet que d’atteindre un seul de ces états puisqu’elle distingue un instant d’un autre très proche.

La matière est sans cesse le sujet de transformations brutales, extrêmement rapides [12] qui suppriment chaque particule matérielle avec émission ou absorption d’un photon lumineux et qui permettent ensuite la formation ultra-rapide d’une nouvelle particule ayant les mêmes propriétés. Seul la précision s’est perdue dans ce changement brutal. Pendant la disparition de la particule, il y a émission d’une onde, l’onde de la particule. En somme, les deux manifestations, l’onde et la particule, ne sont pas simultanées mais alternatives. Nous monterons que les deux sont des expressions différentes de la même chose, du mouvement de la densité d’énergie du vide. La durée de disparition de la particule étant extrêmement courte, elle est imperceptible par une expérience de matière/lumière mais perceptible pour les particules éphémères du vide (insensibles à l’échelle de temps de la matière/lumière). C’est ainsi que l’on peut interpréter les phénomènes apparemment les plus étranges de la physique des particules. Il y a émission et absorption d’un photon par la matière lors de la destruction de la structure de la particule, de sa disparition et de son remplacement par une autre particule ayant les mêmes constantes caractéristiques. En somme, si la masse ne change pas plus que la charge ou l’impulsion, si le mouvement existe, la particule n’est tout simplement plus la même à chaque émission/absorption d’un photon ! Les « constantes de la particule » obéissant aux « lois de conservation » ne sont donc pas des témoignages du maintien d’un objet stable mais de la conservation des caractéristiques d’un effet, ce qui n’est pas du tout identique conceptuellement. Les quantités conservées ne caractérisent pas un objet mais une interaction. La rapidité de la transformation a pour conséquence que seuls les états finaux sont perceptibles et non les états intermédiaires qui sont dits « virtuels ».

L’atome est un autre exemple de ce que nous appellerons dans cette étude la rétroaction du lent et du rapide. L ‘atome a longtemps été caractérisé par sa « constance » de structure. Il n’était alors appréhendé que dans ses états stationnaires. La physique quantique a été contrainte de renverser cette vision des choses mais elle en a été elle-même toute tourneboulée. et la transformation « révolutionnaire » entre deux états discrets de l’atome est insensible (imperceptible par une expérience de matière/lumière). Nous remarquerons qu’en fait la particule durable n’est qu’un des états possibles de la particule éphémère. Elle n’est globalement et structurellement durable que par sa capacité à sauter d’un état à un autre, la conservation n’étant qu’un sous-produit apparent du changement rapide. . Là encore, un photon est émis à chaque saut de l’atome d’un état à un autre. Les photons sont des manifestations de la propagation dans le vide de ces « tremblements de terre », ces chocs que subit la matière. La particule isolée n’est en contact qu’avec le vide avec lequel elle échange des photons au travers de sauts qualitatifs brutaux. Tout mouvement et tout changement d’un corpuscule n’est autre qu’un tel échange avec le vide. Ce ne sont donc que des ruptures et la continuité apparente lorsque l’on étudie des moyennes n’est qu’une apparence. La relation entre corpuscules ne peut être une relation continue mais, au contraire, est fondée sur des discontinuités. La physique quantique en remarquant qu’il y a des temps limites de Planck, des distances limites ne permet pas de concevoir l’espace-temps comme un continuum. De même, les interactions ne se produisant que par chocs, la notion d’une température évoluant continûment, c’est-à-dire parcourant toutes les valeurs de températures intermédiaires entre deux valeurs atteinte, n’est pas physique mais seulement due à une opération de moyenne mathématique. Les chocs, les ruptures sont la seule réalité. Certains photons propagent ce choc dans l’espace et certains le propagent dans le temps (photons virtuels). Le vide est sans cesse parcouru par ces photons dont l’énergie et la fréquence indiquent quel choc les a produit. Cette fréquence est mesurée par le rythme des apparitions et disparitions du photon dans le vide, transformé en paires de particules/antiparticules. Nous avons donc un univers qui est parcouru par les clameurs des révolutions passées, présentes et futures ! Ne dites pas que ce n’est pas étonnant et renversant pour une matière que l’on avait tendance à présenter comme solide, robuste, inerte, massive et sans histoire.

On a vu que les particules virtuelles de masse sont partout présentes dans le vide et qu’elles entourent toute particule qui échange sans cesse avec la particule par recombinaison : particule plus antiparticule égale photon égale particule plus antiparticule. Les photons virtuels, eux, interviennent dans les interactions entre deux charges électriques. C’est le cas, par exemple, pour les liaisons électromagnétiques entre atomes au sein de la molécule. Les atomes échangent sans cesse des photons virtuels. L’expression « virtuel » ne doit pas signifier l’absence de réalité mais la durée de vie inférieure au minimum d’existence de la matière dite « stable ». C’est le physicien quantique Dirac qui a découvert que le vide est une mer de particules et d’antiparticules qui apparaissent et disparaissent sans cesse dans des durées très brèves. Cette « mer de Dirac » est à la base du fonctionnement matériel comme on l’exposera par la suite. La matière et la lumière sont des effets produits par l’agitation permanente du vide. La lumière est la composition d’une particule et d’une antiparticule qui se regroupent puis se séparent dans un mouvement cyclique. La matière est un phénomène produit par des apparitions et disparitions successives d’une particule qui n’est pas conservée mais dans lequel les caractéristiques (masse, charges, mouvement,…) sont globalement conservés.

« Au niveau de la microphysique on peut imaginer même le mouvement simple dans l’espace comme disparition de la particule en un point et réapparition en un autre point voisin. (...) Dans cette théorie, il n’y a pas de particule qui garde toujours son identité. ( ..) Le mouvement est ainsi analysé comme une série de recréations et de destructions. » écrit le physicien Eftichios Bitsakis dans « Physique et matérialisme ». La particule se couple avec une antiparticule fugitive du vide. Cette dernière était couplée avec une particule fugitive du vide qui, du coup, est libérée et ainsi de suite.

Lors d’une interaction matière-matière ou matière-lumière, la dynamique passe par une succession d’étapes discontinues, de sauts, appelés transitions virtuelles car elle créent puis annihilent des particules fugitives dites virtuelles qui ont une certaine probabilité d’être crées. Cette nouvelle image de la matière s’oppose à celle d’une matière tranquille et stable car, comme l’expose Gilles Cohen-Tannoudji dans « La Matière-Espace-Temps », ces particules virtuelles sont des transformation d’énergie en matière (matérialisations) et inversement (annihilations) qui nécessitent d’importantes énergies dans des temps très courts, des énergies qui en font des « mini Big-Bang », comme les appelle le physicien. C’est dire que le phénomène de base de la physique est celui de l’explosion et de la rupture.

Des expériences agissant sur l’ « écrantage » du champ, sur l’ « habillage » de la particule, sur les phénomènes de trou de la structure atomique, de « polarisation » du vide. En physique de la matière, la notion de trou est indispensable, par exemple dans les semi-conducteurs.

Michel Paty dans l’article « Le vide matériel ou la matière crée l’espace »
« Le vide physique est plein de matière virtuelle. (...) l’espace vide est constitué par les propriétés des corps en dehors du lieu de leur localisation, qu’il est le lieu matériel de l’influence des corps sans les corps. (...) l’espace (plein ou vide) et le temps sont des formes de la matière, qui se déploient avec elle, et peuvent difficilement être pensées comme préexistant à elle. (...) l’espace est engendré avec le temps par ce qui advient de la matière. (...) la notion de particule virtuelle accompagne une transformation radicale de la notion de particule. (...) Si le vide est physique, il est nécessairement matière. »

Quelle est la nature de ce monde virtuel et quand l’observe-t-on ? Il s’agit de particules (matière et lumière) du même type (masse, charge, etc) que les particules dites réelles mais ayant un temps beaucoup plus court d’existence au point que l’on ne peut les remarquer qu’indirectement et non par des expériences et des mesures utilisant de la matière réelle. Cela amène nombre d’auteurs à douter de leur existence. Pourtant, de multiples expériences [13] ne peuvent s’interpréter qu’en admettant la réalité de ces virtualités. Au point que nombre de physiciens, comme Lévy-Leblond, ont franchi le pas et les considèrent, non comme des artifices de calcul mais comme des corpuscules véritables. En effet, on ne peut comprendre l’interaction d’une particule avec le milieu qu’en admettant l’existence d’une zone appelée nuage de polarisation constituée par des apparitions et disparitions, dans des temps très réduits, les particules virtuelles. Ce nuage a-t-il une existence physique ? Il suffit d’arracher brutalement le corpuscule à la matière par un photon suffisamment énergétique (effet photoélectrique) pour constater que, dans un temps court, le nuage de polarisation subsiste, qu’il modifie l’espace en maintenant un « trou » de la structure, une zone où une particule du même type ira favorablement se nicher dans la structure. La notion de trou est fondamentale en physique de la matière et le trou dans la structure est aussi existant que le corpuscule. Cela provient de l’existence précaire au sein du vide de particules fugitives, éphémères, qui ont des durées de vie trop courtes pour être mesurées par des expériences matérielles. C’est parce que nous observons le monde de notre fenêtre (matière, lumière) avec ses limites (limites de Planck, vitesse de la lumière notamment) que les particules virtuelles ne nous apparaissent pas réelles. Pourtant, elles sont infiniment plus nombreuses que les particules réelles et porteuses d’énergies beaucoup plus grandes inversement proportionnelles de leurs temps d’existence très brefs. Ce ne sera pas la dernière fois que l’on remarquera la propension de la science à négliger l’intervention des phénomènes rapides au sein des phénomènes lents d’une autre nature et obéissant à d’autres lois. L’exemple le plus fréquemment cité de ce type de situation est apparemment bien connu : la formation d’une bulle de gaz au sein d’un liquide. Il s’agit pourtant d’un changement qualitatif. Le phénomène rapide est la constitution de la bulle de gaz, objet très différent du liquide et n’obéissant pas aux mêmes lois. Le phénomène lent est celui qui permet au liquide d’emmagasiner de l’énergie progressivement.

Un choc entre deux particules permet de créer de nouvelles particules si l’énergie du choc dépasse le double de l’énergie des particules « crées ». Des particules fugitives sont également crées en permanence dans le vide, par la transformation de photons, à condition de disparaître dans un temps suffisamment court, dans une limite définie par les inégalités d’Heisenberg, c’est-à-dire par la conservation de la quantité d’action. Le physicien Gilles Cohen-Tannoudji explique ainsi dans « La Matière-Espace-Temps » : « Le processus de matérialisation de photons en paires électron-positon est quotidiennement observé. » Le positon est l’antimatière de l’électron. Le vide est donc plein de couples particule et antiparticule qui apparaissent et disparaissent brutalement. Le vide n’est pas une absence totale de particules mais une absence de particules dites stables. Mais il suffit d’un apport brutal d’énergie dans une zone suffisamment limitée de l’espace-temps pour « créer » des particules stables ou instables. Il suffit aussi d’un certaine énergie pour produire une étoile, une galaxie, etc…

Les transitions dites quantiques sont des périodes et non des instants. « Les transitions quantiques sont des processus et non pas des sauts instantanés » écrit, dans « Physique et matérialisme », le scientifique et philosophe Eftichios Bitsakis. Depuis la physique relativiste, on sait qu’il n’existe pas d’interaction instantanée. Du coup, celles qui y ressemblent sont en fait des processus ultra-rapides. Ils jouent un rôle fondamental comme vise à le montrer cette étude.

Le caractère révolutionnaire de la matière ne concerne pas seulement la matière et la lumière que l’on observe dans le ciel. Elle concerne également la matière et la lumière, apparemment bien tranquilles, autour de nous. Elle aussi est le produit de bouleversements brutaux et subit d’autres bouleversements encore plus rapides, que nous ne percevons pas à notre échelle. Non seulement, l’émission lumineuse est produite par un choc de la structure matérielle mais cette dernière est elle-même le produit de collisions brutales (absorption de rayonnement). Un rayonnement très puissant dans un temps très court produit de la matière. La physique quantique a développé cette remarque au plus haut degré. Au niveau microscopique, le physicien Cohen-Tannoudji parle à ce propos de « mini big bang » dans son ouvrage « La Matière-Espace-Temps ». Chacun connaît la fameuse relation d’Einstein E = mc² qui relie énergie et masse de matière. Elle signifie que la matière peut se transformer en énergie comme dans l’étoile ou la bombe atomique. Mais elle signifie aussi que l’énergie dans le vide peut se transformer en matière. C’est encore plus bouleversant quand on y réfléchit avec les anciens schémas de la physique car de la matière sort ainsi du vide. Les physiciens parlent de matérialisation ! Les voilà les « mini big bang » puisque le fameux choc prétendument « originel » auquel on attribue la formation de l’univers n’est rien d’autre qu’une grande transformation d’énergie du vide en masse de matière.

La particule est un produit de multiples interactions avec le vide qui donnent des apparitions et des disparitions de particules fugitives (les corpuscules virtuels) qui déterminent notamment les frontières de la particule et les interactions dans la zone proche (ou nuage de polarisation). La particule que l’on croyait élémentaire n’est pas un objet simple, pas plus que la cellule ou l’homme. C’est l’interaction de structure qui est élémentaire. Les trois phénomènes sont fondés sur une interaction permanente avec le milieu et cette interaction est un processus dynamique. Nous n’entrons pas ici dans la description des processus car il s’agit seulement dans cette introduction de démolir quelques a prioris idéologiques et de tisser les grandes lignes de la réflexion. La matière est processus et non objet, un processus dynamique et non un substrat fixe.

« Il semble bien, en effet, qu’on ne peut donner aucune définition univoque du corpuscule élémentaire et que, par suite, il vaut sans doute mieux ne pas introduire cette expression en physique quantique. » écrivait Louis de Broglie dans « Introduction à la nouvelle théorie des particules de Vigier et ses collaborateurs ». « Selon l’hypothèse réductionniste, le niveau le plus fondamental est censé être le plus simple. La plus grande simplification peut être recherchée en étudiant les plus petites parties constitutives de l’univers (l’histoire de la physique des particules a montré qu’en réalité ces plus petites parties constitutives n’ont rien de simple. (...) Le plus fondamental n’est pas nécessairement le plus simple. (...) L’identité d’une particule est inhérente à la manière dont elle interagit. » écrit Gilles Cohen-Tannoudji dans « La Matière-Espace-Temps »

Le vide n’est plus défini par l’absence totale de particules ou de rayonnement, ni par l’absence d’énergie. Au contraire, comme l’expose Gilles Cohen-Tannoudji dans « La Matière-Espace-Temps », « Le vide subit des fluctuations d’énergie permettant la création et l’annihilation de particules et de photons lumineux. Le vide interagit en permanence avec la matière et la lumière. »

Edgard Gunzig écrit dans « Les théories quantiques des champs » (ouvrage collectif « Le vide ») : « Une particule virtuelle a certes les mêmes propriétés (charge électrique, spin, …) qu’une particule réelle, mais elle n’est pas contrainte par les relations relativistes entre masse, impulsion et énergie qui définissent l’existence physique d’une particule réelle. »

« TRANSITIONS DE PHASE, SYMETRIE ET VIDE

« Pour la compréhension du vide « les physiciens ont été guidés par l’effet collectif par excellence en physico-chimie, la transition de phase. Qu’il s’agisse du simple phénomène de cristallisation de l’eau, de l’aimantation d’un ferro-aimant ou de la formation de paires d’électrons de Cooper responsables de la supraconductivité, le phénomène macroscopique intrinsèquement collectif que constitue ne transition de phase, a les propriétés recherchées. Dans tous les cas, elle se solde par la modification d’une symétrie. (...) La symétrie initiale n’est cependant pas détruite, seulement dissimulée (...) Dans tous ces cas, apparaît une nouvelle propriété macroscopique mesurable directement issue du caractère collectif de la réorganisation des degrés internes de liberté du système. Et enfin, dans tous les cas, la transition a lieu à un seuil critique de température qui est directement lié à une propriété thermodynamique : la tendance d’un système à adopter la configuration correspondant à la minimisation de l’énergie interne. En l’occurrence, sous la température critique, l’état à symétrie dissimulée sera énergétiquement plus avantageux que l’état désordonné. »

Jan-Willem van Holten explique dans « Théorie de jauge et unification des interactions fondamentales » dans l’ouvrage collectif « Le vide » que « La création de paires (particule/antiparticule dans le vide) s’observe souvent en laboratoire, par exemple lorsque des particules chargées de haute énergie, électrons ou muons, traversent un champ électrique externe puissant. Si le champ ralentit suffisamment violemment la particule chargée, celle-ci est forcée de lui céder un peu de son énergie qui est utilisée pour une conversion en une paire électron/positon ou une autre paire particule/antiparticule. »
« Considérons une particule chargée comme un électron, en mouvement à travers l’espace vide. Le mot vide signifie ici qu’aucune autre particule observable et localisée n’est présente. Mais il y a toujours la mer de particules et d’antiparticules virtuelles, qui font partie de la configuration vide de ce champ. Ces particules (virtuelles) sentent la charge de l’électron physique, qui exerce une force répulsive sur les particules virtuelles dont la charge a le même signe, et une force attractive sur celles dont la charge est de signe opposé. (...) la densité de charges positives est en moyenne plus élevée près de l’électron, et tend à occulter la charge négative de ce dernier. (...) Il est courant de présenter cet effet comme une renormalisation de la charge par les fluctuations du vide. (...) C’est le phénomène de la polarisation du vide et de la charge habillée. »
« Les choses se compliquent avec les interactions de couleur. (...) Les gluons de l’interaction forte sont porteurs de charges de couleur, et contribuent ainsi à la polarisation du vide en charges de couleur. (...) Il est ainsi impossible de créer des charges de couleur libres à des distances macroscopiques l’une de l’autre : ces charges de couleur sont donc en permanence confinées (...) La brisure de symétrie implique un changement qualitatif : des particules initialement sans masse deviennent massives, tandis que des charges qui constituaient des degrés de liberté bien réels, dynamiques, deviennent inobservables à grande échelle. Ainsi la brisure de symétrie un mécanisme pour les transitions de phase (...). » Comment le vide produit la matière ? Jan-Willem van Holten expose dans « Théorie de jauge et unification des interactions fondamentales » :
« La conclusion de cette histoire est que particules et antiparticules peuvent être présentes dans le vide pour de brèves périodes de temps, durant lesquelles elles ne contribuent pas à l’énergie du système. Ces particules ne peuvent être observées individuellement (...) Mais elles exercent un effet collectif, qui va changer les propriétés, les particules virtuelles contribuent de façon observable à une renormalisation des forces électromagnétiques et des autres forces. (...) Si le vide se comporte comme un milieu matériel à cause des particules virtuelles, ses propriétés dépendront du nombre et du type des particules existant dans la nature. (...) Une modification importante du vide serait un phénomène très semblable à celui que l’on trouve normalement associé aux transitions de phase : on observerait un changement qualitatif dans la nature d’un milieu comme lors du passage de l’eau liquide à la glace solide si l’on abaisse la température en extrayant de l’énergie, ou du liquide à la vapeur si l’on élève la température en apportant de l’énergie sous forme de chaleur. Et de fait une sorte de transition de phase pourrait se produire dans le milieu virtuel du vide, si la température et/ou la densité de matière et de rayonnement étaient portées à un niveau suffisant. On pense que de telles transitions de phase se sont produites dans l’univers primitif lorsqu’il était encore très chaud et très dense. »

On a découvert en effet que la structuration de la matière avait une histoire, qu’elle était un produit du vide quantique.

C’est vrai d’un bien plus grand nombre de notions physiques comme matière et vide, onde et particule, masse et énergie, espace et temps qui sont également des notions contradictoires au sens dialectique. L’une est dans l’autre et réciproquement. L’une détruit l’autre et inversement.

C’est le cycle ordre-désordre qui permet, par exemple, de comprendre la double nature corpuscule/onde de la matière. Un physicien comme Gilles Cohen-Tannoudji parle à propos de la destruction/reconstruction de la particule des quantités de « micro big bang. » ayant lieu en permanence dans le vide. C’est le choc qui produit la structure globale. En effet, il montre que la matière se détruit et se reconstruit sans cesse dans le vide. C’est l’équivalent du « Big Bang » c’est-à-dire de la construction de matière à partir d’énergie du vide complétée par la construction d’énergie du vide à partir de la matière. Tel est le cycle onde/corpuscule de la matière.

Le vide peut produire de l’énergie, en quantité arbitraire, à tout moment et à partir de rien (sans conservation) à condition de le faire dans un temps bref et en rendant l’énergie empruntée (fluctuations quantiques du vide). Il peut produire et annihiler des particules (dites virtuelles) à condition qu’elles soient précaires. La structure de la particule de matière n’est globalement conservée que parce qu’elle s’appuie sur l’interaction réception/émission d’énergie avec le vide désordonné. La conservation a pour clef la transformation brutale (sur un temps court). L’ordre est bâti sur le désordre. On a beaucoup réfléchi sur la divergence de ces deux sciences de la matière (relativité et quantique). Sur ce point, elles convergent : comme le relèvent nombre de physiciens, l’énergie du vide quantique relativiste est la clef de leur unification. La relativité part de la remarque fondamentale qu’il n’existe pas de transmission d’information instantanée. Aussi rapide que soit l’interaction, elle ne se réalise pas instantanément. Il y a donc un phénomène relativement rapide qui interagit avec un phénomène plus lent. La physique quantique montre que tout phénomène a un grain minimum. On ne peut descendre en dessous. Mais ce grain n’est pas un objet ni un quanta d’énergie mais un quanta d’action. L’action est donc la base de la nature matérielle. D’autre part, elle constate qu’il n’y a pas de possibilité de concevoir isolément les objets. La particule est inséparable de son onde, c’est-à-dire le court (en distance) du long.

La stabilité apparente globale de la particule matérielle est fondée non sur un état stationnaire mais sur un éventail d’états possibles entre lesquels. La particule saute sans cesse entre ces états dans des intervalles de temps trop courts pour être mesurés. La régularité apparente du mécanisme lumineux assimilé à un mécanisme périodique est fondée sur des changements tout aussi brutaux. Le photon lumineux se transforme de façon aléatoire et rapide en un couple de particule et antiparticule virtuels, c’est-à-dire éphémères. L’agitation du vide qui peut produire quantité de particules virtuelles est donc à la base des phénomènes de la matière et de la lumière. C’est l’agitation qui produit les structures.

Cela signifie que les règles qui fondaient la conservation de la structure ont servi à sa destruction comme à sa transformation. Quelles sont ces contradictions internes de la matière ? Au sein du vide, on assiste en permanence à la matérialisation/dématérialisation encore appelée polarisation. La polarisation du vide, comme polarisation de la lumière, signifie la formation de deux pôles électriques au sein d’un espace qui était neutre puis leur disparition, et ainsi de suite. La particule (et l’antiparticule d’électricité opposée) voit sans cesse sa limite détruite et reconstruite à la frontière du vide par interaction avec le processus de polarisation du vide. Les particules sont sans cesse mises en relation par des particules d’interaction (comme le photon lumineux entre électrons). Mais ces particules sont elles-mêmes sans cesse décomposées en couples particule/antiparticule (électron et antiélectron pour la photon, quark et antiquark pour le méson Pi). Les électrons sont sans cesse arrachés ou attirés par la structure atomique. Les molécules s’attachent et se détachent à grande vitesse au sein de la biologie du vivant. Le processus de la vie au sein de la cellule est fondé sur un combat permanent entre gènes et protéines de la vie et de la mort. Le message cérébral sert sans cesse à structurer des réseaux neuronaux puis à les déstructurer. Le cerveau est sans cesse coordonné puis sans cesse désordonné par ce que l’on appelle une « réinitialisation ». Dans chaque cas, les processus de structuration de la matière sont couplés avec des processus de déstructuration et les deux sont inséparables.

La conservation de la particule, matérielle ou lumineuse, nécessite sa transformation en un temps tellement court que seules sont perçues les étapes de type onde ou corpuscule. C’est ainsi que les divers niveaux d’énergie de la particule semblent s’accumuler en une superposition d’états, le temps de passage entre ces états étant trop bref pour être perceptible.

Le mouvement « élémentaire » est le vide agité. Le mouvement complexe est le retardement du désordre du vide : la matière. La vie est le retardement du désordre de la matière, de la mort. L’homme est le retardement de l’horloge du développement. Un retard dans le désordre, c’est un ordre, c’est-à-dire une structuration spontanée issue du désordre.

C’est le fugitif (les particules éphémères du vide) qui bâtit la particule matérielle (durable). Ces particules sont également un ordre fondé sur un désordre : celui des fluctuations quantiques du vide. Pas de structure matérielle sans des particules et antiparticules éphémères qui apparaissent et disparaissent et interagissent sans cesse. Le vide quantique produit un écrantage des particules (effet qui empêche de s’approcher trop près d’une particule) alors que l’interaction forte produit un anti-écrantage (effet qui empêche les nucléons de s’éloigner du noyau). La particule quantique en interaction permanente avec le vide (nuage de polarisation) est aussi probabiliste que la molécule au sein d’un gaz.

Les constantes naturelles liées à une particule (charge, masse, moment de l’électron ou vitesse du photon lumineux) apparaissent encore à beaucoup de scientifiques et de penseurs comme les bases d’un « ordre naturel ». Ils considèrent souvent ces constantes comme préétablies dans la nature. Tout le monde connaît la fameuse « vitesse de la lumière » c, d’environ 300.000 km par seconde. Elle apparaît comme une des « constantes » les plus fondamentales de la matière. Tout se passe comme si la matière se déplaçait en ligne droite à vitesse inchangée c. « Tout se passait comme si »…, jusqu’à ce que les physiciens étudient de façon plus fine la lumière. Ainsi, le physicien Richard Feynman a montré que la ligne droite n’était qu’une probabilité moyenne obtenue par une infinité de parcours possibles autour de cette trajectoire apparemment en ligne droite. La vitesse de la lumière n’est pas constante dans ces parcours multiples. Elle peut être dépassée sur de petites distances par un petit nombre de photons lumineux (voir l’ouvrage « Lumière et matière » de Richard Feynman). La vitesse d’un photon lors d’un parcours n’est pas bloquée sur une constante dont la nature bloque par avance la valeur. Cette vitesse se réalise comme la résultante de multiples parcours autour de ligne droite. Cela signifie que la vitesse est obtenue comme produit d’un processus naturel, à chaque instant et dans chaque lieu. Il n’existe pas dans la nature de vitesse constante de la lumière inscrite dans le marbre. Ce mode de fonctionnement comprend de nombreuses interactions au hasard dont cette « constante » n’est que la résultante. La raison de ceci est que le photon lui-même n’est indépendant du milieu. Il n’est pas seulement un objet qui se déplace mais en même temps une réalité qui se transforme et se construit. Cela est dû au fait que le photon lumineux doit à son interaction avec le milieu d’être une horloge marquant un rythme et c’est ce rythme qui détermine son mouvement dans le temps et dans l’espace.

Ce n’est pas seulement la vitesse de la lumière qui perd son statut de grandeur préétablie. Ce sont toutes les grandeurs qu’on disait invariables : la masse d’une particule ou sa charge, etc... Ces quantités ne sont pas préexistantes mais sans cesse reconstruites et détruites. Les scientifiques ne le pensaient pas. Comme nous verrons, ce sont des expériences dérangeantes de l’étude des particules et de la lumière qui les ont contraint à ces révisions déchirantes. La physique a été amenée à une nouvelle approche scientifique. Les lois, les valeurs des constantes sont le produit du changement permanent et non de la fixité. Elles sont sans cesse reconstruites par le fonctionnement réel et non établies par avance. La nature est dynamique. Elle ne peut être interprétée avec des images statiques comme la vitesse constante, la masse constante, la charge constante ou l’électron égal à lui-même. Les fameuses « lois de conservation » découlent en fait de lois de transformation [14] fondées sur des interactions multiples au hasard Pour en donner une image, il convient plutôt de comparer à la manière dont l’agitation des molécules au hasard établit les lois de la thermodynamique. Ludwig Boltzmann et Willard Gibbs ont en effet montré que la thermodynamique statistique qui détermine température et pression dans les gaz est fondée sur une agitation désordonnée et aléatoire. Le désordre des chocs entre molécules et parois d’un espace de volume fixé produit un ordre, la température et la pression moyens du gaz. C’est ce que font remarquer les physiciens Banesh Hoffman et Michel Paty dans « L’étrange histoire des quanta » rappelant que Louis de Broglie parlait déjà de « thermodynamique cachée des particules » : « La température est l’effet moyen des énergies en jeu (des molécules) , la pression résulte des forces d’impact des molécules sur les parois, etc. De même, selon cette conception, les quantités calculées par la théorie quantique –fonctions d’onde, observables, etc – seraient des effets moyens résultant de mouvements internes des systèmes, plus fins que les phénomènes quantiques observés. » Ces auteurs faisaient également remarquer que cela nécessitait une autre révision déchirante concernant la séparabilité de la particule. Et une troisième concernant l’existence de la particule dans le temps et dans l’espace. Ces modifications de l’image du monde matériel consistaient à considérer que ce sont les particules qui produisent le temps et l’espace dans lequel elles évoluent. D’autre part, cela signifie un changement considérable concernant la relation de la matière et du vide. Loin d’être antinomiques les deux seraient interpénétrés à l’infini, constructifs et destructifs à l’infini, pas des boucles de rétroaction. Ils poursuivent : « Ces électrons, ainsi que les autres particules fondamentales, n’existent pas dans l’espace et le temps. Ce sont l’espace et le temps qui existent en fonction d’eux. (...) Si l’espace et le temps ne sont pas les matériaux de base de l’univers, mais simplement des effets moyens statistiques, d’une multitude d’entités plus fondamentales et plus profondes, il ne paraît plus du tout étrange que ces entités fondamentales, lorsqu’on imagine leur existence dans l’espace et le temps, exhibent des caractéristiques aussi peu appropriées que celle de l’onde ou de la particule. (...) Cette notion d’effets moyens qui n’appartiennent pas à l’individuel n’est pas nouvelle pour la science. La température si réelle et précise que nous pouvons la lire sur un thermomètre ordinaire, n’est qu’un effet statistique des mouvements moléculaires désordonnés. »

Les particules n’auraient donc pas d’autre réalité que statistique. Les physiciens Banesh Hoffman et Michel Paty écrivent ainsi dans « L’étrange histoire des quanta » : « Le fait de considérer qu’une particule quantique a une certaine probabilité d’être dans un état donné ne doit pas être considéré comme la traduction d’une ignorance mais celle d’une propriété de la particule. » Comment une particule peut-elle être créée par un phénomène statistique et quelle est l’agitation qui peut la produire ? Trouve-t-on au sein des particules une agitation du même type que le mouvement brownien moléculaire au sein d’un gaz ? Les structures matérielles ne sont jamais identiques à elles-mêmes. Elles ne sont jamais dans un état fixe mais possèdent une série d’états possibles entre lesquels la particule est libre [15] de sauter [16]. Il y a donc un mouvement externe mais aussi un mouvement interne à tous les niveaux. Cependant, on pourrait se dire qu’à un instant fixe, il y a bien un état défini individuellement pour la particule. Le changement ne serait ainsi que la succession des états fixes. Un peu comme si la réalité était considérée comme une succession de photos, un film ! Dans « Initiation à la physique », Erwin Schrödinger pose la question : « un système doit bien être dans un certain état ? » et il répond non, le système ne peut à aucun moment être décrit par un seul état. Il faut inclure tous les états possibles de la particule. La dynamique n’est pas la mise en mouvement d’images statiques. L’état de la particule n’est figé que par la mort de la dynamique, au moment de la mesure [17]. On a capté la particule mais elle ne suit plus son propre mouvement. La structure n’est pas concevable en dehors de la dynamique qui lui a donné naissance (première révolution), dynamique qui dit aussi la détruire (deuxième révolution). Une structure matérielle existe de façon durable tant que la dynamique interne des changements d’état fonctionne sans arrêt. C’est à elle que la plus durable des particules matérielles, le proton, doit sa relative solidité à des échanges permanents d’énergies entre ses composants, les quarks. Cela signifie que les quarks échangent leurs états en permanence par des sauts. Cette dynamique interne minimise tellement l’énergie des couplages entre quarks que ceux-ci ne peuvent se séparer. Les structures matérielles ne cessent d’émettre et d’absorber des grains de rayonnement de façon désordonnée et imprédictible. Elles ne cessent d’interagir avec le milieu (vide et autres particules). Aucune structure de la matière n’existe indépendamment du milieu. Sans énergie échangée avec le milieu aucune particule n’est durable.

La matière n’est pas formée d’entités existant de façon indépendantes. C’est une structure globale du monde et elle n’est pas caractérisée par la fixité ni par l’immobilité interne. Comment une particule qui reçoit et émet sans cesse du rayonnement (photons) pourrait-elle se conserver et maintenir ses constantes sur une durée importante ? La raison en est qu’elle perd et qu’elle gagne exactement les niveaux d’énergie correspondants aux divers états possibles de la particule. Elle saute donc d’un état à l’autre à chaque émission ou réception de photons. La stabilité globale de la structure est fondamentalement liée à la transformation interne reposant sur des sauts d’un état à l’autre [18]. La durabilité est fondée sur la dynamique de transformation interne. Il en va de même à tous les niveaux de la matière [19]. On croit que la table sur laquelle on écrit ne bouge pas les molécules y sont agitées en permanence, se détachent sans cesse de la surface et se transforment sans cesse. On croit que la lune suit tranquillement une trajectoire unique. S’il en était ainsi elle dérayerait à proximité de n’importe quelle masse. En fait, elle saute sans cesse d’une trajectoire à une autre très proche, toutes solutions de son équation gravitationnelle [20]. On croit que l’étoile luit tranquillement dans le ciel alors qu’elle est le siège de réactions thermonucléaires en chaîne productrices d’énergie équivalente à une quantité de bombes atomiques H. Et l’étoile n’est pas stable. Elle a une histoire faite de plusieurs révolutions à certains seuils de son existence où son fonctionnement et le type d »explosions nucléaires se modifient qualitativement. L’apparente stabilité est toujours le produit d’une agitation au niveau inférieur. La géodynamique du globe nous a appris à chercher dans l’apparente stabilité la transformation cachée qui se produit à une autre échelle de temps. Les montagnes et vallées qui nous semblent former un paysage immuable ont été formés lors d’épisodes brutaux mais rares et qui nous sont imperceptibles. Nous verrons comment la matière et le vide sont l’objet de transformations radicales et brutales qui ont lieu de façon quasi instantanée. Ces changements brutaux sont possibles parce que l’ordre matériel n’est pas fondé sur la stabilité mais sur l’agitation.

La matière est un ordre bâti sur le désordre autant qu’un désordre bâti sur un ordre. Ceux qui se souviennent de leur cours de physique, risquent d’être choqués qu’on prétende ici que proton et électron, qu’on leur a décrit comme stables et le plus souvent dans un état stationnaire, soient décrits ici comme soumis à une agitation permanente menant à des transformations brutales et révolutionnaires. Par exemple, la « stabilité » du noyau d’un atome provient du fait que ses composants neutrons et protons échangent sans cesse leurs états via des corpuscules appelés les mésons. Le neutron devient proton [21] et inversement. Dans ce cas comme dans toute la dynamique matérielle, on constate que toutes les particules possèdent plusieurs états possibles et passent sans cesse d’un état à un autre par des sauts. La stabilité globale nécessite, rappelons-le, une cascade de rétroactions menant la particule à une succession d’états en boucle. La durabilité de la structure provient de sauts incessants entre divers états de la particule. Par exemple, les particules que l’on va appeler de spin un ont trois états possibles et vont sans cesse sauter de l’un à l’autre. Ces sauts sont brutaux et imprédictibles. Il n’est possible que de trouver une certaine probabilité qu’une particule dans un certain état passe dans un autre état. Cette probabilité calculable montre qu’il y a bien une loi, mais l’impossibilité de prédire exactement la suite de l’évolution montre que la structure est fondée sur une agitation. On connaît ce type de situation probabiliste avec les lois d’un gaz de molécules car les lois y sont fondées sur une agitation moléculaire appelé le mouvement brownien. Entre les divers états de la particule, il n’y a aucune étape intermédiaire entre ces états discrets, c’est-à-dire discontinus, de la particule. Là où on imaginait la stabilité des particules, on trouve un ordre global dynamique qui fait sans cesse sauter la condition interne d’un état à un autre. Tous les états possibles sont d’avance définis mais l’état à venir n’est pas prédictible exactement. Ce mécanisme se vérifie pour toutes les particules ou les combinaisons de particules. Toutes ont plusieurs états possibles et sautent d’un état à un autre et toutes ont un avenir en partie imprédictible. Même inerte, la matière est sujette à une agitation interne permanente. Or ces états de la particule ne sont pas seulement discrets mais connectés avec le milieu. Ainsi, l’électron met en commun des états d’énergie avec des particules qui lui sont corrélées. Il est également en relation permanente avec le milieu (vide).

Les particules comme les atomes, les molécules ou les espèces vivantes sont les restes et les témoignages des révolutions de l’histoire de l’univers. Ils ont été produits par des révolutions et, de plus, ils sont amenés à les reproduire dans leur fonctionnement. En effet, la matière n’a pas été crée une fois [22] pour toutes au sein du vide. Elle l’est sans cesse. Il aurait pu y avoir un monde matériel issu de transformation brutale mais donnant naissance à un univers assez figé. Ce n’est pas le cas. Il ne s’agit pas d’objets fixes ni produits une fois pour toutes puis conservés à l’identique. Ces structures n’existent que parce que la dynamique les détruit et les reproduit en permanence. Cette dynamique est fondée sur l’interaction avec le milieu et par les autres structures. Aucune particule n’existe indépendamment du milieu, du vide et des autres particules. La physique quantique a buté pendant de longues années sur toutes les tentatives de considérer les particules comme des objets indépendants du vide (considéré comme l’absence d’énergie, de matière et de rayonnement) et séparables les uns des autres. Les nouvelles notions de la physique quantique (corrélation, intrication, décohérence [23]) sont au contraire fondées sur la reconnaissance qu’il n’existe aucune « chose » dans la matière mais seulement des processus dynamiques de structuration et déstructuration du vide qui sont interactifs. C’est la source de tous les phénomènes d’emmêlement des particules qui ont tant choqué les physiciens quantiques. Le vide est le milieu commun des particules qui interagissent et les particules en relation via les photons lumineux ne peuvent plus du coup être considérées comme indépendantes.

Les mécanismes matériels ressemblent bien plus qu’on ne le croyait aux processus qui régissent les transformations des sociétés humaines. Comme eux ils sont fondés sur des transformations qui concernent les lois de grands groupes en non le contenu élémentaire [24] de chacun d’entre eux. Aucune des lois quantiques ne peut être interprétée en termes de « comment la particule sait » qu’elle doit faire ceci où cela. Comment le photon sait qu’il va être réfléchi ou réfracté en passant dans un milieu nouveau (par exemple de l’air dans l’eau ou en traversant un morceau de verre) ? Comment la molécule individuelle sait qu’elle doit fonctionner comme dans un gaz, comme dans un liquide ou comme dans un solide ? Comment la goutte d’eau individuelle du nuage sait-elle si elle doit monter ou descendre pour que le nuage se maintienne globalement ? Ce n’est pas une question individuelle. Ce n’est pas le contenu chimique de l’individu qui change d’un état à l’autre, c’est un changement structurel d’ensemble. C’est une structure globale des interactions qui détermine l’état de la matière et non sa composition. De même ce n’est pas la composition de l’étoile qui fait qu’elle subit des réactions thermonucléaires contrairement à la planète mais un seuil de taille.

La nature a longtemps été prise pour un ensemble d’objets fixes pouvant être mis en mouvement, modifiés ou cassés par une force externe. Cette image statique, stable, sans dynamique interne, est morte. Dans tous les domaines, elle fait place à une image dynamique. Au lieu de "choses" fixes, on fait appel à des structures issues de l’agitation sous-jacente. La structure n’est qu’un mode selon lequel l’ensemble est globalement stable bien qu’en continuel changement. Les molécules du nuage changent, bougent, échangent de l’énergie, et cela même quand l’apparence extérieure du nuage reste inchangée. La stabilité de température n’est pas fondée sur l’absence d’agitation mais sur une agitation moyenne. Les éléments composants changent eux-même sans cesse, comme c’est le cas des cellules d’un être vivants, ou encore de ses molécules formant ses composants biochimiques. Il n’y a pas si longtemps, on voyait encore la matière comme une construction basée sur des objets fixes. Avec des atomes, on fabriquait des molécules. Avec des électrons et des noyaux, on fabriquait des atomes. Avec des neutrons et des protons, on fabriquait des noyaux atomiques. Les particules élémentaires semblaient des objets fixes, capables seulement de se déplacer, de s’attirer, de se repousser, de se rapprocher ou de se choquer. L’électron était un individu auquel arrivait des rencontres comme à n’importe quel individu, rencontres au travers desquelles il restait lui-même. On se demandait seulement si l’électron était élémentaire ou composite. Les caractéristiques de l’électron (masse, charge, vitesse, énergie, etc... ) semblaient être la preuve de la conservation d’un même objet au cours du temps.

Aujourd’hui, il en va tout autrement. L’électron n’est plus du tout vu comme un objet individuel, existant de manière stable à une seule échelle, mais comme un phénomène, une propriété qui se déplace, qui saut d’une particule à une autre au sein d’un nuage de points. C’est l’agitation du vide qui permet l’existence de l’électron comme des autres particules, agitation qui se manifeste par des apparitions et des disparitions de couples particule/antiparticule. Le noyau de l’atome lui-même n’existe que du fait d’une incroyable agitation formée non seulement par le vide mais par des myriades de particules éphémères et par des multiples échanges entre protons et neutrons et non par une fixité des neutrons et des protons.

Il apparaît donc aujourd’hui que la nature, à toutes les échelles, est formée de structures et non d’objets, des structures dissipatives donc fondées sur une agitation et tirant leur énergie du désordre sous-jacent, ces structures, espèces de membranes entourant des domaines, étant les seuils entre des désordres à plusieurs niveaux. Les désordres sont eux-mêmes le produit du combat permanent des forces contradictoires, des tendances opposées qui l’emportent ou s’inhibent mutuellement alternativement. Les constantes ne sont rien d’autre que les seuils entre deux désordres.

Le nuage, la ville, l’homme, le noyau atomique, l’électron, la plante, la bactérie sont de telles structures dissipatives qui ne peuvent nullement être décrits comme des objets indépendants, individuels et fixes mais, au contraire, comme des produits d’une agitation extérieure permanente. Sans l’agitation du vide, pas de matière. Sans agitation des molécules, pas de structures des cristaux. Sans agitation des échanges commerciaux et de la production, pas de villes.

Voici se qu’écrit James Trefil de l’Université George Mason de Virginie : "Bien qu’on se représente habituellement le noyau comme un ensemble statique de protons et de neutrons, il est en réalité un lieu essentiellement dynamique. Des particules de toutes sortes s’y déplacent en tous sens et à toute allure, se percutant les une les autres, subissant créations et destructions selon que leur énergies sont converties en masse ou leurs masses en énergie. (...) Depuis les années cinquante, plus de deux cents de ces particules ont été découvertes à l’intérieur du noyau."

Dans cette dynamique, la notion d’individu isolé ou d’équilibre statique n’a pas de sens. Il n’y a pas plus de noyau fixe ou de proton fixe que d’électron fixe, envisageable en tant qu’individu égal à lui-même. L’individu particule n’existe pas plus que l’étoile isolée, sans galaxie et amas de galaxie. Pas plus que l’homme isolé de son univers humain, social, culturel et matériel.

Donnons un exemple de l’interprétation de la physique de la matière qui découle de cette vision de la matière-vide :

La matière dite réelle est, rappelons-le, de la matière virtuelle qui a reçu un boson de Higgs, c’est-à-dire une énergie. Le vide est formé de quantons de matière virtuelle. Les particules réelles échangent des photons en séparant les eux pôles du photon : les deux quantons virtuels (électron et positron virtuels).

Le spin d’une particule pourrait être lié au vide quantique de la manière suivante : il représenterait non une rotation de la particule mais une rotation du vide (constitué de particules et d’antiparticules virtuelles) autour de la particule. Ces quantons virtuels repoussés par la particule auraient un tel mouvement de rotation soit dans un sens soit dans l’autre, ce qui donnerait les spins up et down.

Le spin signifie que chaque électron peut être considéré comme un minuscule aimant. Bizarre quand on sait qu’une seule charge électrique ne peut pas être considérée comme un aimant. Mais, en fait, chaque électron de matière est entouré de quanta virtuels, les plus proches étant d’électricité opposée, ont tendance à se coupler avec l’électron de matière, créant ce fameux dipôle qui donne un champ magnétique et donc un spin de rotation. Et, en même temps, le couplage entre l’électron de matière et un positron virtuel produisent un photon qui est émis. En se liant à l’électron de matière, le positron virtuel a relâché un électron virtuel avec lequel il était couplé et qui reçoit l’énergie de l’émission du photon, ce qui lui permet de devenir, lui, l’électron de matière, alors que l’ancien électron de matière est, lui, devenu électron virtuel. Nous avons là une description de la formation des aimants de matière qui froment le spin mais également l’explication des sauts de l’électron. Il ne s’agit pas de sauts en tant que mouvement mais de sauts de la propriété « de matière » d’une particule à une autre.

Atome : rétroaction de la matière/lumière et du vide (de la microphysique à l’astrophysique)

* 01- Les contradictions des quanta

* 02- La matière, émergence de structure au sein du vide

* 03- Matière et lumière dans le vide

* 04- Le vide, … pas si vide

* 05- Le vide destructeur/constructeur de la matière

* 06- La matière/lumière/vide : dialectique du positif et du négatif

* 07- La construction de l’espace-temps par la matière/lumière

* 08- Lumière et matière, des lois issues du vide

* 09- Matière noire, énergie noire : le chaînon manquant ?

* 10- Les bulles de vide et la matière

* 11- Où en est l’unification quantique/relativité

* 12- La symétrie brisée

* 13- Qu’est-ce que la rupture spontanée de symétrie ?

* 14- De l’astrophysique à la microphysique, ou la rétroaction d’échelle

* 15- Qu’est-ce que la gravitation ?

* 16- Big Bang ou pas Big Bang ?

* 17- Qu’est-ce que la relativité d’Einstein ?

* 18- Qu’est-ce que l’atome ?

* 19- Qu’est-ce que l’antimatière ?

* 20- Qu’est-ce que le vide ?

* 21- Qu’est-ce que le spin d’une particule ?

* 22- Qu’est-ce que l’irréversibilité ?

* 23- Qu’est-ce que la dualité onde-corpuscule

* 26- Le quanta ou la mort programmée du continu en physique

* 25- Lumière quantique

* 26- La discontinuité de la lumière

* 27- Qu’est-ce que la vitesse de la lumière c et est-elle indépassable ?

* 28- Les discontinuités révolutionnaires de la matière

* 30- Qu’est-ce qu’un système dynamique ?

* 31- Qu’est-ce qu’une transition de phase ?

* 32- Quelques notions de physique moderne

* 33- Qu’est-ce que le temps ?

* 34- Henri Poincaré et le temps

* 35- La physique de l’état granulaire

* 36- Aujourd’hui, qu’est-ce que la matière ?

* 37- Qu’est-ce que la rupture de symétrie (ou brisure spontanée de symétrie) ?

* 38- Des structures émergentes au lieu d’objets fixes

* 39- Conclusions provisoires sur la structure de la matière

* 40- L’idée du non-linéaire

*41- Univers fractal

*42- Qu’est-ce qu’un photon ?

*43- Physique quantique et philosophie

Notes

[1] Temps le plus court de la matière/lumière égal à dix fois un milliardième de milliardième de milliardième de milliardième de milliardième de seconde.

[2] Le temps local est agité. C’est le produit de l’agitation fondamentale et permanente du vide pour lequel le temps n’est défini que sur des intervalles plus petits que le temps de Planck et imperceptibles pour la matière et la lumière à échelle microscopique (de Planck) ou macroscopique. Le temps global émerge d’une interaction entre particules via les photons lumineux. Les zones qui n’interagissent pas en permanence n’établissent pas de temps global. Il y a autant de temps que d’interactions. Hubert Reeves expose dans « Patience dans l’azur » : « Il n’y a plus un ‘’temps’’, il y en a un nombre infini, chacun avec son rythme propre. Le rythme du temps est lié à la vitesse de celui qui le mesure. Il est lié aussi à la quantité de matière qui se trouve à proximité de celui qui le mesure. » En fait, le temps n’est valide que par rapport à une interaction donnée et non dans l’absolu. Le temps est, comme la température, une valeur qui s’obtient par régulation d’une agitation thermodynamique. C’est une valeur statistique. Cela explique à la fois la relativité et la physique quantique. L’agitation de l’espace-temps du vide entraîne les inégalités d’Heisenberg. Celle de la matière entraîne la dépendance de l’espace-temps vis-à-vis de la matière et de la vitesse de son mouvement. Cela n’a rien d’étonnant : ce sont deux phénomènes symétriques. L’un est la réaction de la matière devant l’agitation du vide et l’autre la réaction du vide devant l’agitation de la matière. Phénomènes quantiques et gravitationnels sont les deux pôles de la contradiction. Ils s’opposent sans cesse mais sont en permanence inséparables.

[3] Plusieurs phénomènes quantiques le révèlent. Deux particules de même type qui interagissent ne sont plus individuellement distinctes. Aucune expérience ne peut permettre de dire que tel photon est différent de tel autre. Et il en va de même de deux protons ou de deux électrons. Si on cherche à observer l’intérieur de chaque particule, loin de trouver des particularités différentes pour chaque « individu » corpuscule, on trouve tout ! Manfred Mac Gregor écrit ainsi « il y a un monde dans l’électron » dans « L’électron énigmatique »

[4] « Tout système dynamique peut être caractérisé par une énergie cinétique, qui dépend de la seule vitesse des corps qui le composent, et par une énergie potentielle, qui dépend de l’interaction entre ces corps, c’est-à-dire de leurs distances relatives. » Ilya Prigogine dans « La fin des certitudes »

[5] « L’électron nu n’existe pas réellement puisqu’il est toujours impensable sans son champ. » écrivent Banesh Hoffman et Michel Paty, contredisant ainsi l’expression d’ « habillage » de l’électron par son champ encore appelé « nuage de polarisation ». Le nuage de polarisation permet à la particule attractive à distance d’être répulsive à courte distance. Nous verrons que c’est l’une des multiples rétroactions du corpuscule et du vide. On ne peut supprimer la réaction du vide à l’action du corpuscule sans supprimer le corpuscule. De là découlent toutes les particularités quantiques : on ne peut mesurer à la fois le corpuscule et la réaction qu’il produit car il sont en permanence en interaction. La mesure casse l’interaction. Il n’y a pas non plus commutativité des mesures. C’est différent de mesurer d’abord le corpuscule ou la réaction dans le nuage. La réaction du vide est agitée en tous sens. Elle a pour effet que le corpuscule est n’importe où au sein du nuage de polarisation.

[6] C’est ce qui se produit quand on fait passer une particule par une fente étroite. Elle perd son mouvement rectiligne parce que sa position au sein du nuage de polarisation est perdue.

[7] Feynman les appelle des particules qui remontent le temps car elles ont toutes les caractéristiques de la particule sauf que les charges sont toutes opposées comme si le temps d’écoulait en sens inverse.

[8] Max Planck en donne une claire illustration dans « Initiation à la physique : « Il est également impossible de faire sortir du néant deux substances opposées. » dans « Initiation à la physique ».

[9] « L’analyse mathématique en termes de perturbation peut, comme nous l’ont appris des diagrammes de Feynman, être transcrits sur un mode imagé. C’est alors qu’interviennent les particules virtuelles qui assument la transformation de modes de vibration d’un champ à l’autre Une particule virtuelle a certes les mêmes propriétés (charge électrique, spin, ...) qu’une particule réelle, mais elle n’est pas contrainte par les relations relativistes entre masse, impulsion et énergie qui définissent l’existence physique d’une particule réelle. » (Edgard Gunzig et Isabelle Stengers dans « Le vide »). Le physicien quantique Jean-Marc Lévy-Leblond parle de « dialectique du réel et du fictif » en affirmant dans « Aux contraires » : « Il est convenu dans le jargon professionnel courant d’y parler de quantons « virtuels » opposés, bien entendu, aux quantons réels. Nous allons être conduits à révoquer en doute cette opposition. »

[10] Dans sa théorie de l’électrodynamique quantique qui interprète la loi par une intégrale de l’ensemble des chemins possibles affectés de leur coefficient de probabilité.

[11] Le chercheur en physique Christophe Schiller écrit ainsi dans son article « Le vide diffère-t-il de la matière ? » dans l’ouvrage collectif dirigé par Edgard Gunzig intitulé « Le vide » : « La matière et le vide se mêlent aux dimensions de Planck. (...) ce que l’on appelle matière et vide sont deux aspects différents d’une même ’’soupe’’ de constituants. »

[12] Il existe par exemple une myriade de particules éphémères (durée de vie 10-23 secondes à 10-8 secondes) appelées « résonances » qui se désintègrent en particules stables. Elles peuvent être des étapes de transformation extrêmement rapides dans des interactions entre particules dites stables. Par exemple, lors du choc entre un méson pi et un nucléon, il y a formation d’un état résonant (le N+) qui se transforme à nouveau dans un temps extrêmement court en en pion et nucléon. Ces transformations ultrarapides sont à la base de tous les chocs. Les particules qui en sont issues ne sont plus individuellement les mêmes que les précédentes.

[14] Comme le remarquait Tomasi di Lampeduza dans « Le guépard », pour conserver il faut transformer : « Si nous voulons que tout continue, il faut d’abord que tout change ».

[15] « Un atome dans un état stationnaire dispose en général d’un libre choix parmi les différentes sortes de transitions aux autres états stationnaires. » écrit Niels Bohr dans « Théorie atomique et description de la nature » Richard Feynman expose ainsi dans « Matière et lumière » : « Un électron dispose de quatre états. (...) un électron parti du point A dans l’état deux peut parvenir au point B dans l’état trois. »

[16] On emploiera l’expression de « saut » à chaque fois que l’on assiste à une transformation dont la durée est si courte qu’elle n’est pas sensible au niveau que l’on étudie. Par exemple, une transformation dans un temps inférieur au temps de Planck pour de la matière/lumière est un saut. Bien entendu, les durées sont bien différentes quand il s’agit d’un saut pour une espèce ou pour l’évolution d’une étoile, d’une galaxie ou du cosmos. On compare alors la durée de la transformation à la durée d’existence du système qui est en devenir.

[17] Lorsqu’une particule rencontre un écran, un capteur ou tout objet macroscopique comme une machine, sa dynamique d’objet microscopique est arrêtée. Dans ce cas, il y a rupture du lien dialectique entre les divers éléments de la dynamique. C’est pour cette raison que la mesure d’une quantité perturbe les autres quantités qui lui sont liées dans la dynamique (inégalités de Heisenberg).

[18] La dynamique est à la base de la stabilité et elle est fondée sur des sauts. La stabilité de l’atome provient du saut des électrons d’une couche à l’autre par des échanges de photons. La stabilité de l’atome provient du saut des électrons d’une couche à l’autre par des échanges de photons. Le proton, la principale particule de l’atome, de son noyau, est composé de trois quarks. Le mécanisme de stabilité de cette particule provient d’échanges continuels des états de ces trois quarks par échange de particules qui agissent comme liant, les gluons. Chaque quark saute de façon incessante d’un état à un autre mais le proton est globalement inchangé car ses trois quarks sont toujours dans les mêmes trois états. C’est un exemple de stabilité globale et dynamique et toute la matière est bâtie sur cette base : des échanges permanents avec saut d’états permettant une stabilité globale de structure.

[19] Georges Lochak expose ainsi dans « Vers une microphysique de l’irréversible », article de la revue du Palais de la Découverte de mai 1977 : « Ce serait une grave erreur de croire que la propriété que possède un atome de n’apparaître que dans un ensemble discret d’états physiques et de sauter brusquement d’un état à un autre au cours d’une perturbation est l’apanage des systèmes microphysiques et est étrangère à la mécanique habituelle. »

[20] Les lois gravitationnelles, appliquées à plus de trois corps en interaction, ne mènent pas à une seule solution mais à une infinité de solutions comme l’a montré Henri Poincaré dans sa « loi des trois corps ».

[21] Un neutron isolé est instable et se décompose en proton, électron et neutrino. Dans le noyau de l’atome, le neutron est « stable » parce que protons et neutrons échangent sans cesse leurs états.

[22] La période d’inflation cosmique est celle qui a produit la matière durable à partir du vide, c’est-à-dire des particules fugitives, ayant une durée de vie plus courte que le temps de Planck.

[23] La corrélation est la mise en commun durable de leur ensemble structure/milieu par deux particules. L’intrication (mélange d’interaction et d’imbrication) est le phénomène qui se produit lorsque deux particules ont interagi et ont d’autant plus une horloge commune qu’elles ont d’avantage en commun (cas ces photons dits jumeaux parce qu’ils ont été émis en même temps dans deux directions différentes par le même source. Le physicien Erwin Schrödinger parlait d’ « emmêlement » à chaque fois que deux particules mettaient en commun leurs états. La décohérence est un phénomène qui explique que le monde que nous connaissons (macroscopique) ne montre pas des phénomènes quantiques du type dualité onde/corpuscule. On dit qu’il est « classique ». Cela provient du fait que dans la matière, il n’y a ni atome ni particule isolées. Les multiples messages entre atomes proches perturbent en permanence les interactions entre un corpuscule et son milieu. Les « apparitions » et « disparitions » qui semblaient des miracles absurdes de la quantique à tous ceux qui refusent le fonctionnement « par révolutions » de la matière sont fondés sur l’inséparabilité entre corpuscule et agitation autour du corpuscule d’un milieu (vide et autres corpuscules). Ils sont supprimés, laissant place au niveau classique de la matière à grande échelle, si on supprime l’un des deux (corpuscule ou agitation du vide). Si le milieu agité autour du corpuscule est perturbé, on ne voit plus le phénomène quantique d’interaction entre les deux.

[24] L’atome d’hydrogène, constitué d’un proton et d’un électron n’a pas une énergie qui est la somme des énergies des deux particules qui la composent. Il a une énergie plus petite. Sa structure est durable parce qu’elle minimise l’énergie. La société n’est pas non plus la somme des individus qui la composent. L’Etat n’est pas la somme des ses agents. Piètre général qui se contenterait d’additionner des soldats et des gradés pour constituer une armée. Le capitalisme n’est pas la somme des capitalistes individuels ni de leurs intérêts particuliers. Il y a belle lurette que la bourgeoisie a compris que le point essentiel dans toute question sociale ou politique est l’organisation, la structure et les relations ou rapports de forces, ce qui sous-entend des contradictions d’une réalité non-linéaire ! Elle ne peut supprimer la contradiction entre prolétaires et patrons mais elle parvient à la minimiser, à la canaliser, à la dépasser… jusqu’à la fois suivante.

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