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Le vide, … pas si vide - Matière et Révolution
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Le vide, … pas si vide

jeudi 17 avril 2014, par Robert Paris

Si on essayait de se donner une image du vide... ce serait déjà un univers agité où tout apparaît et disparaît... Oui, tout... Plutôt toutes les sortes de particules et d’antiparticules... Et tout cela se passe dans des temps tellement courts que nous ne percevons rien, d’autant que les énergies gagnées sont compensées par les énergies perdues... A notre échelle, c’est comme rien mais déjà, à l’échelle des particules, ce n’est pas rien puisque le vide les agite, les fait aussi apparaître et disparaître...

Einstein, après avoir démoli la notion d’éther dans la relativité restreinte, reconnaît l’existence physique du vide dans la relativité généralisée dans son étude : « L’éther et la théorie de la relativité » :

« Pour nous résumer, nous dirons donc que l’espace est, selon la théorie de la relativité générale, doté de qualités physiques et qu’en ce sens il existe un éther. D’après la théorie de la relativité générale, un espace sans éther est impensable, car dans un tel espace non seulement la lumière ne pourrait se propager, mais aussi les règles et les horloges ne pourraient pas exister et il n’y aurait donc pas de distances spatio-temporelles au sens de la physique. Mais il ne faut pas s’imaginer cet éther comme doté de la propriété qui caractérise les milieux pondérables : être constitué de parties que l’on peut suivre au cours du temps ; on ne doit pas lui appliquer le concept de mouvement. »

Victor Weisskopf dans « La révolution des quanta » :

« En 1927, Dirac, en cherchant l’équation qui serait capable de rendre compte du comportement de l’électron et satisferait tout à la fois à la théorie quantique et à la théorie de la relativité einsteinienne, (…) s’aperçut qu’il y avait une autre solution (que l’électron) de charge positive. (…) Chaque fois qu’on construit une théorie quantique relativiste pour décrire une particule, la théorie fait apparaître la nécessité de postuler une « antiparticule » symétrique, de charge opposée. Ces antiparticules forment ce qu’on appelle l’antimatière, dénuée de tout le mystère dont on entoure parfois son nom : ce n’est en fait rien qu’une autre forme de la matière, composée d’antiparticules ayant des charges opposées à celles des particules ordinaires. (…) Dirac, tirant les conclusions de la découverte du positron (antiparticule de l’électron), put proposer une description toute nouvelle du vide. Jusqu’alors, on s’était représenté le vide comme réellement vide, on aurait extrait toute forme de matière et de rayonnement, ne contenait strictement rien, et, en particulier, aucune énergie. C’est à Dirac que l’on doit d’avoir, en deux étapes, repeuplé le vide et fait en sorte que le vide ne soit plus vide. »

Werner Heisenberg dans « La partie et le tout, Le monde de la physique atomique » :

« Un quantum de lumière qui passe à côté d’un noyau atomique peut se transformer en une paire de particules : un électron et positron. Est-ce que cela signifie, en fait, que le quantum de lumière se compose d’un électron et d’un positron ? (…) On peut dire, peut-être, que le quantum de lumière se compose « virtuellement » d’un électron et d’un positron. Le mot « virtuellement » indique qu’il s’agit là d’une possibilité. (…) Le quantum de lumière se compose aussi virtuellement de quatre particules (deux électrons et deux positrons) et ainsi de suite. (… ) On pourrait dire, dans ce cas, que chaque particule élémentaire se compose virtuellement d’un nombre quelconque d’autres particules élémentaires. Car, si l’on envisage des collisions extrêmement énergétiques, un nombre arbitraire de particules (en fait autant de particules et d’antiparticules) pourra être créé dans ces collisions. (…) Peut-être existe-t-il encore de très nombreuses particules élémentaires que nous ne connaissons pas encore parce que leur durée de vie est trop courte. (…) On peut alors faire comme si la particule élémentaire se composait d’un grand nombre d’autres particules élémentaires, éventuellement diverses. (…) La particule élémentaire n’est en fait plus élémentaire ; elle constitue, au moins virtuellement, une structure très compliquée. (…) Etant donné que la durée de vie de ces nouvelles structures paraît plus brève que celle de toutes les particules élémentaires connues jusque-là, il peut exister encore de nombreuses autres particules de cette sorte, particules qui ont échappé jusque-là à l’observation grâce à une durée de vie encore plus courte que celle du méson pi. »

Maurice Jacob dans « Au cœur de la matière » :

« Le vide est animé par la création continuelle et la disparition rapide de paires électron-positron. Ce sont des paires virtuelles mais cela va compliquer notre processus d’absorption qui ne demande qu’un temps très bref durant lequel ces paires virtuelles ont bien le temps de se manifester. L’électron, de charge négative, va ainsi attirer les positrons de ces paires virtuelles en repoussant leurs électrons. « Approchant » de l’électron, le photon va ainsi le « 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. C’est une version quantique de l’effet d’écran. (…) Revenons à notre électron absorbant un photon tout en s’entourant d’un nuage virtuel contenant plus de positrons que d’électrons. Si le transfert augmente, le photon peut « voir » avec plus détail. Il « attrapera » l’électron avec une partie plus faible de ce nuage positif qui l’entoure. Le photon aura l’impression que la charge de l’électron augmente avec le transfert qu’il apporte. (…) L’effet principal peut être conçu comme la transformation de photon en une paire électron-positron, qu’il réabsorbe avant l’interaction. (…) La diversité sort de la structure du vide. (…) Le vide du modèle standard a une structure. Il se comporte d’une façon analogue à un corps supraconducteur. (…) Si le temps d’observation est de dix puissance moins 21 secondes (…) des paires électron-positron peuvent spontanément apparaître. Si le temps d’observation tombe à dix puissance moins 24 secondes, (…) le vide peut bouillonner de pions. Sur un temps de dix puissance moins 26 secondes, une particule Z peut se manifester. (…) Quand on atteint un temps de dix puissance moins 44 secondes, la gravitation devient quantique. »

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« Aujourd’hui le vide n’est pas le rien. Il serait même l’acteur central de l’histoire de la matière et de l’Univers, le partenaire privilégié de la physique. Vide et matière ne sont plus deux manifestations séparées de la nature mais deux aspects d’une même réalité. »
Edgard Gunzig et Isabelle Stengers
Dans « Le vide »

« Comment pouvons-nous imaginer le début de l’univers ? Un aspect essentiel est le passage de particules virtuelles à des particules réelles. Les particules virtuelles sont des particules qui se créent par paires, qui vivent un certain temps et puis se recombinent par suite du principe d’incertitude de Heisenberg. Les particules réelles, au contraire, ne doivent plus se recombiner ; elles ne sont plus tenues par un fil l’une à l’autre. Donc la création de l’univers, la création de la matière telle que nous la connaissons, correspond avant tout à une création de possibilités, créant à la fois des phénomènes désordonnés et des phénomènes hautement organisés. »
Le physicien-chimiste Ilya Prigogine
dans « Temps à devenir »

« Le vide qui émerge est riche : tour à tour un aimant, un diélectrique, un supraconducteur et une phase thermodynamique. »
S. Saunders dans « La philosophie du vide »

« Ce vide bouillonne d’activité. Il peut même exister sous plusieurs formes et manifester une structure. (...) Le vide bouillonne de particules à très faible échelle de temps. (...) Si le temps d’observation est de 10-21 s, (…) des paires électron-positon peuvent spontanément apparaître. Si le temps d’observation tombe à 10-24 s, (...) le vide peut bouillonner de pions. Sur un temps de 10-26 s, une particule Z (...) peut se manifester. Quand on atteint (...) 10-44 secondes (...) le tissu même de l’espace-temps se trouve soumis à ces fluctuations quantiques. »
Maurice Jacob
dans « Au cœur de la matière »

« La lumière est émise par des gaz atomiques dilués, avec des longueurs d’onde spéciales si insensibles aux influences extérieures qu’on peut s’en servir pour fabriquer des horloges précises au cent millième de milliardième. Mais ces longueurs d’onde ont un décalage détectable au dix millionième qui n’aurait pas dû exister dans un monde idéal ne contenant rien d’autre que l’atome. Des calculs difficiles mais bien contrôlés ont alors révélé que ce décalage était un effet électrique du vide de l’espace, pas très différent de celui que rencontre un électron lorsqu’il passe à l’intérieur d’un câble métallique ou d’une puce d’ordinateur. Autrement dit, l’espace apparemment vide ne l’est pas du tout, il est plein de « quelque chose ». Le mouvement sympathique de ce « quelque chose » quand la matière passe change légèrement les propriétés de celle-ci, exactement de la mêle façon que le mouvement sympathique des électrons et des atomes dans une vitre de fenêtre modifie les propriétés de la lumière qui la traverse, et provoque sa réfraction. (…) C’est en général avec la force nucléaire qu’un étudiant rencontre pour la première fois cette idée : le vide de l’espace n’est pas réellement vide. Etre confronté à ce fait – un rite de passage de la physique – est à la fois exaltant et perturbant. (…) A l’intérieur d’un noyau, il y a fondamentalement les protons et les neutrons, mais leur comportement a été modifié par le milieu où ils se meuvent, le vide apparemment vide de l’espace. Le milieu n’est passif que lorsque l’expérience est faite délicatement (…) Mais si l’expérience est violente, la nature dynamique du milieu apparaît et toutes les théories s’écroulent. La violence est courante en physique nucléaire : les forces à l’œuvre entre protons et neutrons sont si énormes ! (…) Paradoxalement, l’un des rares effets délicats en physique nucléaire est la fission thermique de l’uranium. Un stupéfiant accident de la nature permet à un neutron qui ne va pas plus vite qu’une molécule d’air de déclencher la réaction, ce qui multiplie l’énergie du neutron par cent millions. C’est cette propriété particulière de l’uranium qui rend possibles les réacteurs nucléaires à eau. (…) Les propriétés de l’espace vide qui sont pertinentes pour notre vie ont tous les signes distinctifs des phénomènes émergents, caractéristiques d’un état de la matière. (…) Les similitudes entre le vide de l’espace et les états à basse température sont légendaires en physique. (…) D’ailleurs, plus on étudie les descriptions mathématiques des états froids, plus on s’habitue à utiliser les terminologies parallèles de la matière et de l’espace de manière interchangeable. Au lieu d’un état de la matière, nous parlons d’un vide. Au lieu de particules, nous parlons d’excitations. Au lieu de mouvements collectifs, nous parlons de « quasi-particules ». (…) On estime que le vide, quand on le refroidit à partir de très hautes températures, passe par des « marches » successives qu’on appelle des transitions d’unification, où les forces connues de la nature se séparent séquentiellement des forces fondamentales qui les engendrent. (…) Grâce aux études menées avec les grands accélérateurs de particules, nous avons compris aujourd’hui que l’espace ressemble d’avantage à une vitre de fenêtre qu’au vide newtonien idéal. Il est rempli d’un « matériau » qui est normalement transparent mais que l’on peut rendre visible en le frappant assez fort pour en détacher un morceau. Le concept moderne du vide de l’espace, confirmé quotidiennement par l’expérience, est un éther relativiste. » Le physicien Robert B. Laughlin dans « Un univers différent »

Pour fonder sa théorie de la relativité, Einstein a proposé de se promener (seulement par la pensée, bien entendu) en accompagnant un photon lumineux. En effet, nous avons besoin pour voir l’univers de changer de poste d’observation. D’ordinaire, nous nous positionnons toujours comme une matière qui reçoit de la lumière et non comme un grain de lumière ! C’est ainsi qu’il a conçu le renversement d’image de l’espace-temps qui résulte de la constance de la vitesse de la lumière dans le vide. Il faut maintenant réaliser un nouveau renversement de vision consistant à cesser de regarder le vide depuis la matière pour examiner la matière depuis le … vide ! C’est la matière à petite échelle qui nous a permis de découvrir les propriétés du vide mais il faut maintenant montrer que les propriétés de la matière découlent historiquement de celles du vide, que le fonctionnement de la matière est en interaction permanente avec le vide.

La première idée sur le vide est que, sans énergie et sans mouvement, il ne pouvait qu’être stable et figé. Il s’avère au contraire instable et plein de fluctuations d’énergie et, du coup, possédant des propriétés fondamentales pour la compréhension de la matière et de la lumière.

« Les fluctuations du champ électromagnétique qui subsistent dans le vide ont des effets observables bien connus des physiciens. Un atome isolé dans le vide n’interagit qu’avec les fluctuations du vide et c’est cette interaction qui est responsable des processus d’émission spontanée qui font passer l’atome de ses niveaux d’énergie élevée vers son niveau fondamental. Dans ce niveau, l’atome est encore couplé au vide et ce couplage est accompagné d’effets tels que le déplacement de Lamb des fréquences d’absorption. Quand deux atomes sont couplés aux mêmes fluctuations du vide, l’interaction des atomes avec les fluctuations de champ induit une attraction entre eux, appelée force de Van der Waals. (...) Alors qu’il étudie ce problème, Casimir découvre en 1948 qu’une force s’exerce également entre deux miroirs placés dans le vide. Les fluctuations du vide sont modifiées par la présence de la cavité et leur énergie dépend de la distance entre les deux miroirs. Le vide exerce donc une force qui attire les deux miroirs l’un vers l’autre. Cette force de Casimir ne dépend que de deux constantes fondamentales, la vitesse de la lumière c et la constante de Planck h, de la distance et de facteurs numériques simples. (...) elle ne dépend pas en particulier de la charge de l’électron. » « L’existence des fluctuations quantiques joue un rôle central dans la description moderne de la structure de la matière. » « Fulling et Davies ont montré en 1976 qu’un miroir parfait en mouvement dans le vide émettait du rayonnement dès que ce mouvement correspondait à une accélération non uniforme. « écrivent Marc-Thierry Jaeckel, Astrid Lambrecht et Serge Reynaud dans « relativité du mouvement dans le vide », texte tiré de l’ouvrage collectif « Le vide ».

Effet du miroir en mouvement dans le vide, effet Unruh, effet Casimir, effet Ahoronov-Böhm, fentes de Young, nuage de polarisation, etc, l’importance du vide ne peut plus être méconnue : • le vide fluctue en énergie • le vide est un milieu diélectrique qui polarise les particules • le vide est porteur des ondes • le vide permet les transitions de fermions par échanges de photons virtuels • le vide limite les trains d’ondes • le vide matérialise et dématérialise • le vide a une énergie, une température, une pression

Loin d’être marqué par une immobilité parfaite comme on le pensait, le vide est le siège de l‘agitation bien plus instable que la matière. Le contenu du vide est très réel : des fluctuations d’énergie désordonnées en tous sens, désordonnées dans l’espace comme dans le temps. Nous trouvons dans le vide quelque chose qui ressemble à une particule matérielle ou à un photon (rayonnement), elle s’évanouit très rapidement. C’est si rapide que ce n’est pas perceptible à notre échelle. Nous disons qu’il s’agit d’objets « virtuels » qu’il conviendrait plutôt d’appeler éphémères relativement à la matière et hors du temps relativement au vide lui-même.

« Au commencement était l’action. » d’après « Faust » de Goethe. Avec Planck, la physique a donné raison à Goethe en donnant comme base du réel le quantum d’action. Mais la question est : où sont les quanta réels qui interviennent en physique. Est-ce les particules matérielles ? Est-ce les photons du rayonnement ? Non. Ces « objets » sont d’énergie constante (c’est-à-dire une énergie divisée par un temps) donc ne sont pas une certaine quantité d’action. C’est le vide qui fournit des « objets » (particules et photons dits virtuels car éphémères) qui sont un quantum, deux, trois, ... quanta. Et au « commencement » était ... le vide. Attention, comme on l’a déjà dit, le vide de la physique n’est pas un lieu sans agitation et sans rien. La meilleure preuve de cette agitation (du type agitation thermodynamique des molécules) c’est la pression qu’elle exerce sur la matière. Ainsi, en rapprochant deux grandes plaques métalliques, on remarque que celles-ci sont collées par une pression extérieure … du vide. C’est l’effet Casimir ou la pression du vide .

Quelles sont les propriétés de ce vide quantique ? Tout d’abord nous remarquons qu’il s’agit d’un autre monde que celui des particules de la même manière que nous avions remarqué que le monde des particules était très différent du monde à notre échelle (macroscopique) que nous voyons et où nous raisonnons. Que se passe-t-il de si étonnant dans ce monde du vide ? Tout d’abord nos notions de temps et de distance sont bouleversées car le temps peut être parcouru dans les deux sens, vers le passé comme vers le futur ! Ensuite les durées de vie sont bien plus courtes et les énergies bien plus grandes. Les constantes ne sont pas respectées : on peut se déplacer plus vite que la vitesse de la lumière et on peut trouver des quantités inférieures à la constante de Planck. Cela provient du fait que ce monde infra-vitesse de la lumière et infra-Planck est plus vieux que ces deux transformations : libération de la lumière et création de particules durables déterminées par la relation durée de vie multipliée par bande d’énergie égale constante de Planck ou de multiples de celle-ci.

Quelles sont les preuves que ce vide que l’on ne peut pas mesurer à l’aide de procédés matériels, puisqu’il est d’un niveau inférieur, existe bien, soit un vide physique. On a vu qu’il était nécessaire de considérer un vide possédant des propriétés mais cela pourrait très bien être un artefact mathématique comme un grand nombre de physiciens continuent de le considérer. Une première remarque consiste à constater que les constantes universelles fondamentales sont toutes liées aux propriétés du vide, en l’absence de matière. Par exemple, les constantes c et h apparaissent dans la pression du vide appelée l’effet Casimir. Un autre argument est l’existence de fluctuations en l’absence de matière. Il s’agit donc d’un bruit du vide, produit spontanément, sans action d’aucun milieu matériel. D’autre part, Claude Fabre a démontré (dans l’ouvrage collectif « Le vide ») que l’on peut agir par des méthodes optiques sur ce milieu vide pour comprimer les fluctuations du vide qui ont donc une réalité physique puisqu’elles sont transformables par une action physique.

Particules et photons du vide sont dits « virtuels » parce qu’il sont si éphémères que nos instruments matériels ne sont pas capables de les détecter. Il y a une question de durée de vie des particules éphémères mais le vide, c’est aussi un monde nouveau. « L’analyse mathématique en termes de perturbation peut, comme nous l’ont appris des diagrammes de Feynmann, 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. » écrivent Edgard Gunzig et Isabelle Stengers dans « Le vide », ouvrage collectif de Simon Diner et Edgard Gunzig. On a d’abord pensé qu’il ne s’agissait que de l’ombre des vrais objets, réels eux. Par contre, ils ont des effets bien réels et mesurables en microphysique par exemple sur l’électron ou les quarks du proton. Avec des processus optiques quantique non-linéaire au laser (voir Claude Fabre dans « Le vide » cité précédemment), on a également mis en évidence l’action des « objets » du vide sur le rayonnement. On a d’abord pensé qu’il ne s’agissait que de l’ombre des vrais objets, réels eux.

Quelle est la base réelle de la matière, de la lumière et du vide ? Il s’agit de trouver des caractéristiques fondamentales du réel. Cela suppose des caractéristiques inchangées dans les chocs, dans les compositions/décompositions, dans les créations/annihilations et que l’on retrouve aussi bien dans le vide, dans la matière et dans la lumière, sous toutes leurs formes. Le seul paramètre qui réponde à ces demandes est celui de la charge électrique e : charge positive (par exemple celle de l’électron) ou charge négative (celle du proton). On trouve partout cette charge, y compris dans la particule de masse neutre électriquement comme le neutron. Ce dernier comprend un électron et un proton ainsi qu’une particule neutre. Chaque particule « neutre » peut ainsi être décomposée en un nombre égal de particules d’électricités opposées (un nombre entier de charges e) et en particules neutres. Cela signifie que la charge électrique est inchangée dans les transformations, chocs ou décompositions. Mais cette remarque n’est pas la seule qui nous amène à choisir la charge électrique comme élément de base. La lumière peut également se décomposer en particules de charges opposées, les particules dites virtuelles. Bien des expériences démontrent en effet que le photon, neutre électriquement est sensible au champ magnétique. Cela signifie qu’il se comporte comme un petit aimant, un dipôle électrique : électron et positon virtuels tous les deux. Le vide est également neutre électriquement mais la matière le décompose en dipôles virtuels (électrons/positons). Tout choc suffisamment énergétique en fait autant, produisant des dipôles virtuels.

Les phénomènes les plus étranges de la physique quantique s’interprètent ainsi :
-  le vide est plein de dipôles virtuels de particules positives et négatives
-  les particules virtuelles s’attirent et se repoussent selon leur charge
-  les dipôles virtuels très proches forment un ensemble qui apparaît comme neutres
-  la proximité d’une autre charge peut éloigner à nouveau les pôles
-  les éléments des dipôles proches peuvent se recomposer en échangeant leurs éléments
-  l’énergie du vide est stockée et déstockée au travers du rapprochement et de l’éloignement des dipôles
-  le photon est composé d’un dipôle virtuel
-  toute particule est entourée d’un nuage de polarisation composé de dipôles virtuels
-  la particule matérielle n’est pas un objet permanent car les particules virtuelles du nuage de polarisation les plus proches se recomposent avec la particule. C’est la particule qui faisait partie du dipôle qui devient la nouvelle particule matérielle avec les mêmes caractéristiques. Cela signifie que tout se passe comme si la particule sautait d’un point à un 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

Michel Cassé dans « Dictionnaire de l’ignorance » :

« Le niveau de description ultime susceptible de fonder la singularité du vide est la théorie quantique des champs, qui combine les concepts de la relativité restreinte et ceux de la physique quantique. (…) le vide y est le ciment permanent de l’univers, les particules en jaillissent et y replongent comme des poissons volants, non sans servir de monnaie d’échange entre les particules stables et durables qui donnent sa chair au monde, et qui proviennent d’ailleurs elles-mêmes de la pulvérisation du vide primordial. (…) Les particules virtuelles (du vide quantique) sont si fugitives qu’elles sont comme si elles n’étaient pas. Les particules « réelles » et « virtuelles » sont tout aussi existantes les unes que les autres, mais les dernières disparaissent avant même qu’on puisse les observer. (…) Les termes de « fluctuation du vide » et « particules virtuelles » sont équivalents dans la description, le premier appartenant au langage des champs, le second à celui des particules. (…) Les fluctuations électromagnétiques, et donc les photons virtuels qui en sont la contrepartie dans le langage des particules, furent mises en évidence dès 1940, par la mesure du décalage des raies spectrales de l’hydrogène (Lamb shift) dû à un très léger changement des niveaux d’énergie de l’atome correspondant, et par la découverte d’une minuscule attraction entre deux plaques conductrices (effet Casimir). (…) Le vide se peuple d’une invisible engeance. L’inventaire du moindre centimètre cube d’espace frappe de stupeur : les paires électron-positon (+ et -) côtoient toute une faune de quanta. Les paires électron-positon virtuelles, en dépit de leur faible durée de vie, s’orientent dans le champ électrique des charges électriques présentes et modifient leurs effets. Océan de particules virtuelles, on peut s’étonner de voir encore à travers le vide, tant il est poissonneux En lui s’ébattent tous les photons, bosons intermédiaires et gluons nécessaires à la transmission des forces qui charpentent, coordonnent et organisent le monde. Les particules furtives qui émergent du vide et s’y précipitent aussitôt relient entre elles les particules stables et durables de la matière, dites particules réelles (quarks et leptons). (…) Le vide, à la différence de la matière et du rayonnement, est insensible à la dilatation car sa pression est négative. Ceci provient de la relation : pression = opposé de la densité d’énergie qui lui confère son invariance relativiste. La pression négative engendre une répulsion gravitationnelle. De fait, si la gravitation freine l’expansion de l’univers, l’antigravitation ne peut que l’accélérer.

Le vide est écarteur d’espace et créateur de matière

(…) La création de matière (via la lumière) est le fruit de la transmutation du vide indifférencié en entités physiques distinctes. Il y a là une chaîne physique de la genèse : Vide -> Lumière -> Matière et Antimatière. Le vide est une composante de l’univers, distincte de la matière ordinaire et du rayonnement. Vide, rayonnement et matière diffèrent par leur équation d’état (relation entre densité et pression pour le fluide considéré), laquelle influe sur l’expansion de l’univers et est influencée par elle, par le biais des transitions de phase. (…) Sa rage savonneuse à s’étendre indéfiniment, l’univers la tiendrait du vide. Le vide a enflé sa bulle. (…) Il y a autant de vides que de champs. (…) Chaque restructuration profonde, ou brisure de symétrie, modifie l’état du vide. Inversement, chaque modification de l’état du vide induit une brisure de symétrie. L’évolution de l’univers procède ainsi par brisures de symétrie successives qui se soldent par des transitions de phase, lesquelles bouleversent l’apparence globale du cosmos. »

L’astrophysicien Cassé écrit dans « Du vide et de la création » : « Au centre de la nuée du virtuel est encore un virtuel, d’ordre plus élevé. Et ces électrons et positons doublement virtuels s’entourent eux-mêmes de leur propre nuage de corpuscules virtuels, et cela ad infinitum. (…) L’image quantique qui en résulte est un électron (…) protégé par des rangs successifs de photons virtuels (…) L’électron n’est plus l’être simple qu’il était. (…) Il s’habille de vide fluctuant. De même, chaque proton est dépeint comme un microcosme concentrique où s’étagent les différents niveaux de virtualité. Au centre est la particule réelle, sa garde rapprochée est constituée par des particules et antiparticules les plus massives (énergétiques) et donc les plus éphémères, bosons W et Z, paires proton-antiproton et photons gamma. Le second cercle contient les couples positon-électron et les photons de 1 MeV environ. A la périphérie flottent les photons d’énergie déclinante. Chaque particule virtuelle, comme précédemment, s’entoure de son cosmos virtuel et chacune à son tour fait de même et cela indéfiniment. Le vide est constitué d’un nuage virtuel flottant de manière aléatoire. L’activité frénétique autour du moindre électron, du moindre proton, nous éloigne à jamais de l’image paisible que la plupart des philosophes attribuent au mot « vide ». »

9 Messages de forum

  • Le vide, … pas si vide 29 avril 2015 19:46, par R.P.

    L’effet Casimir ou la force du rien.

    Cette expérience a montré que le vide, plein d’énergie, était le siège de phénomènes sauvages. « C’est un phénomène extraordinaire, l’un des plus importants découverts au XXe siècle. Et qui aurait bien valu un prix Nobel », estime Simon Diner, directeur de recherche au CNRS, l’un des « initiateurs » du livre sur le vide.

    Casimir lui-même écrit : « C’est la confirmation expérimentale que le vide contient une quantité énorme d’énergie. »

    C’est un « événement considérable que cette maîtrise de la lumière, » insiste Simon Diner, pour qui « autour de l’effet Casimir, dont le dispositif semble hypersimple, se joue une immense réflexion philosophique ». En l’occurrence, il oblige à réfléchir sur la mécanique quantique, qui « ne décrit pas ce que sont les choses mais ce que nous observons ». Le vide, en cette occurrence, « n’étant pas une substance, mais un état ».

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  • Le vide, … pas si vide 1er mai 2015 07:21, par R.P.

    « Dans le monde quantique, le vide est littéralement plein… Plein de vibrations qui sont déterminées par des lois précises, et vérifiées du point de vue expérimental, dans leur précision extrême, comme conséquence de ces lois quantiques. Ce vide vibre de telle manière qu’il y a, par des lois quantiques comme par exemple l’existence de la matière et de l’antimatière, la création et l’annihilation perpétuelle de paires de particules, dites virtuelles -virtuelles dans le sens qu’elles ne sont pas encore tirées de ce vide quantique à la réalité, c’est à dire les "voir" dans les accélérateurs de particules. Évidemment, dans les plus petites régions de l’espace il y a une activité qui dépasse toute imagination possible. Des déplacements, des vitesses, incomparables a celles auxquelles nous sommes habitués dans notre monde " à nous". Une continuelle création et annihilation de la matière et de l’antimatière, une continuelle création de ces particules qui attendent, en quelque sorte, de passer à la réalité. Et comment passer à la réalité, et bien, en fournissant de l’énergie a ce vide quantique ; c’est ce que l’on fait par les accélérateurs de particules. Il y a même plus que cela, dans ces fluctuations aléatoires, ce n’est pas du tout une danse hystérique, c’est tout à fait une danse harmonieuse. Il y a une harmonie, qui là aussi atteint les dimensions poétiques, qui fait que ces fluctuations du vide contiennent potentiellement en elles tout l’univers. »

    Basarab Nicolescu

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  • Le vide, … pas si vide 4 juillet 2015 08:04, par Robert Paris

    Paul Davies écrit dans "Les forces de la nature" :

    "Le lecteur ne doit pas s’imaginer que ce nuage de photons virtuels autour d’un électron n’est qu’un gadget heuristique. Ces photons ont des effets réels, mesurables, bien que faibles en raison de la petitesse du couplage. (...) Toutes les particules quantiques existent sous forme virtuelle, pas seulement les photons. Par exemple, une paire virtuelle électron-positron peut apparaître brièvement, avant de s’annihiler dans les limites permises par les relations d’incertitude. Un photon peut ainsi se convertir soudain en une telle paire au cours de son voyage. Cela implique que deux photons peuvent se diffuser mutuellement via l’interaction de telles paires virtuelles électron-positron, processus impossible en physique classique où les faisceaux lumineux se pénètrent sans se perturber. Le fait que tous les photons, réels aussi bien que virtuels, passent une partie de leur vie sous forme d’une paire électron-positron conduit à un effet intéressant appelé polarisation du vide. Les photons virtuels qui entourent toute particule chargée contiennent des paires virtuelles électron-positron. Si la particule centrale est un électron, par exemple, sa charge électrique aura tendance à attirer les positrons virtuels et à repousser les électrons virtuels. Cette polarisation a un effet d’écran sur la charge centrale, et la charge effectivement perçue au loin est plus faible que la charge réelle de l’électron. (...) Le champ magnétique de l’électron est une autre confirmation importante de l’existence de photons virtuels. Le nuage virtuel modifie légèrement le moment magnétique."

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  • Le vide, … pas si vide 7 octobre 2015 20:22, par Robert Paris

    Un lecteur nous écrit qu’il n’est pas convaincu du tout par l’éther du vide quantique. C’est votre droit mais il ne s’agit pas d’une question de conviction mais de preuves scientifiques. Le vide n’est pas une lubie de quelques savants mais une nécessité liée à des expériences scientifiques. Une expérience comme celle des fentes de Young ne peut pas s’expliquer autrement que par le nuage virtuel entourant chaque particule. Ce nuage n’est pas constesté parmi les scientifiques.

    D’ailleurs toutes les question fondamentales ramènent au vide quantique : d’où vient la charge, d’où vient la masse, d’où vient l’énergie, d’où vient la dualité ? A chaque fois, la réponse est : le vide quantique !
    Montrons le simplement.

    Un fil conduit de l’électricité, quoi de plus simple que de chercher d’où vient l’énergie de transport des électrons. En physique, on cherche le vecteur de Poynting. Eh bien, il donne cette réponse : l’énergie vient du vide vers le fil électrique !!!

    Vous vous demandez d’où vient la masse. La réponse de Higgs est : la masse est transportée d’une particule virtuelle du vide à une autre, laquelle devient réelle quand elle a capté ce boson dit de Higgs. La masse est donc un transport d’une propriété du vide. La position de la particule dite réelle est celle de la particule virtuelle qui a reçu ce boson. Qu’est-ce qu’un boson ? C’est un couple particule/antiparticule d’éléments du vide quantique. Et la charge ? C’est celle des particules et antiparticules du vide quantique.

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  • Le vide, … pas si vide 18 mai 2016 07:08, par alain

    Comment peut-on comprendre que les particules fugitives du vide (celles dites virtuelles) apparaissent et disparaissent ?

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  • Le vide, … pas si vide 18 mai 2016 07:09, par Robert Paris

    Cela signifie qu’elles traversent une singularité de l’espace-temps et sautent d’un temps à un autre sans passer par les intermédiaires.

    La discontinuité causale apparente provient d’une discontinuité réelle de l’espace-temps.

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  • Le vide, … pas si vide 16 janvier 2017 18:32

    Diego Lambas, chercheur à l’Université de Cordoba en Argentine et son équipe ont découvert de grands mouvements dans ces bulles de vide en explorant les données du grand relevé astronomique SDSS (Sloan Digital Sky Survey) et en comparant les 245 vides cosmiques identifiés avec des simulations numériques antérieures. Ils trouvent que ces grandes bulles de vides évoluent à des vitesses entre 300 et 400 km/s par rapport à leur vitesse standard d’expansion cosmique, soit plus vite, soit moins vite. Et ce sont les petites bulles qui régressent tandis que les grandes s’étendent.

    Les petites bulles de vide se trouvent être pour la plupart d’entre elles enfermées entre des zones de grande densité de matière, ce qui a pour effet gravitationnel de les faire se rapprocher entre elles et à terme disparaître. Les grandes bulles de vides quant à elles se situent plutôt entre des zones de relativement faible densité, et se retrouvent étirées par la gravité de leur environnement.

    Les très grandes structures de l’Univers ne se construisent pas seulement par la fusion des galaxies et des amas de galaxies, mais aussi par la fusion des bulles de vide. L’étude détaillée de l’évolution de ces vides, par exemple l’étude de leurs vitesses, doit pouvoir donner quantités d’informations très utiles, notamment du fait que par leur quasi absence de matière ordinaire ou noire, ces bulles de vide doivent connaître une physique très simple en étant dominées par l’énergie noire, qui est la cause de l’accélération de l’expansion cosmique et toujours mal comprise aujourd’hui.

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  • Le vide, … pas si vide 6 octobre 2018 08:00, par Will

    Qu’est-ce qui a le plus changé dans la nouvelle conception du vide ?

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  • Le vide, … pas si vide 6 octobre 2018 08:00, par Robert Paris

    Eh bien, c’est l’interaction vide-matière ! Donnons un exemple de ce que l’on en pensait autrefois :

    « L’atome a pour propriété caractéristique de ne pas avoir de propriétés et de ne pas avoir, par conséquent, de relations, en raison de sa propre nécessité naturelle, avec d’autres êtres extérieurs à lui. L’atome n’a pas de besoins, il se suffit à lui-même ; le monde, en dehors de lui, est le « vide absolu », c’est-à-dire qu’il est sans contenu, sans signification, sans langage, justement parce que l’atome possède en lui-même toute plénitude. » (Karl Marx, « La Sainte Famille » - 1844)

    Ce n’est pas Marx qui pensait ainsi mais tous les scientifiques de son temps et il a fallu bien des découvertes quantiques avant que l’importance du vide quantique pour la matière soit reconnue. Il ne l’est même pas encore vraiment dans le grand public ni dans l’opinion publique, y compris celle des scientifiques qui ne sont pas des spécialistes du vide quantique, c’est-à-dire y compris la majorité des physiciens !!!

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