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Pourquoi la matière s’organise spontanément et de manière stable ? - Matière et Révolution
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Pourquoi la matière s’organise spontanément et de manière stable ?

dimanche 6 septembre 2015, par Robert Paris

Pourquoi la matière s’organise spontanément (émergence de structure) et de manière stable ?

Rien de plus étonnant en Physique que de constater que la matière a spontanément tendance à se former au sein du vide, à faire naître un ordre de cette agitation quantique du vide, à faire évoluer ces structures vers des édifices plus complexes, de niveau hiérarchique d’organisation de plus en plus élevé, et cela sans aucune intervention extérieure. Ne nous a-t-on pas dit en effet, dans la loi de la thermodynamique, que la matière avait tendance à aller vers le plus désordonné, vers le moins agité, vers l’équilibre, vers l’immobilité, vers la mort, vers les niveaux qualitativement inférieurs d’énergie ? A ce titre, il aurait été logique de s’attendre que la matière aille des macromolécules du vivant vers les molécules les plus simples, des noyaux lourds des atomes vers les noyaux légers et de la matière durable vers la matière éphémère, c’est-à-dire de la matière vers le vide quantique et non l’inverse…

Cependant, il convient de rappeler que la loi de la Thermodynamique citée ici n’est pas mise en défaut : l’univers se refroidit ainsi sans cesse…

Mais l’univers est mu par des lois qui ne sont pas à sens unique, qui ont leur inverse qui est tout aussi vraie, qui sont contradictoires dialectiquement et la tendance à aller vers des énergies de niveau inférieur n’y fait pas exception. Cette tendance globale n’empêche pas, et permet même, que dans des zones données la tendance inverse se réalise aux dépens de la tendance générale.

Ces points, ces zones où l’ordre l’emporte sur le désordre, seront par exemple les étoiles et galaxies où la tendance générale à l’expansion est contrebalancée par une tendance locale à la concentration, où la tendance générale au refroidissement est contrebalancée par une tendance au réchauffement causée par le lancement d’explosions thermonucléaires et de réchauffements radioactifs considérables dans le cœur des étoiles.

Ces points seront aussi les particules, les noyaux, les atomes, les molécules dans lesquelles la tendance générale à l’agitation et à l’apparition et à la disparition de quantités considérables d’énergie sera combattue et donnera naissance à des édifices durables, fondés sur la conservation de l’énergie. Ces points seront entourés par une agitation accrue nommée « nuage de polarisation » dans laquelle des particules de matière et de lumière apparaissent et disparaissent sans cesse, formant une contradiction dialectique avec la particule ou le groupe de particules, contradiction appelée « dualité » de la matière.

Au lieu d’aller de l’ordre vers le désordre comme on aurait pu s’y attendre, l’univers matériel est bien plus contradictoire. Il conserve toujours le total de l’ordre et du désordre, de la matière et de l’énergie.

On aurait dû s’attendre à un monde débutant par le plus organisé, par les macromolécules de la vie, puis la vie disparaissant ainsi que les molécules les plus grosses, les noyaux d’atomes les plus gros, pour finir par voir s’éteindre les étoiles et se disperser les galaxies. Le sens de la flèche du temps est étonnant : il fait l’inverse !

Ce n’est étonnant que si on oublie que l’univers n’est pas seulement matériel mais aussi celui du vide quantique. Aucun objet matériel ne peut s’abstraire de ce vide qui contient toutes les sortes de particules en situation éphémère.

Aucune sorte de matière n’existe sans son vide quantique spécifique autour. Plus la matière est ordonnée, plus le vide quantique qui l’entoure est agité. Le total conserve un niveau global d’agitation qui est celui de l’ensemble du vide loin des masses matérielles. La loi d’entropie totale (qui dit qu’elle ne peut qu’augmenter dans un système isolé) n’est pas violée même si la matière, considérée isolément, est néguentropique, c’est-à-dire a une tendance à s’auto-organiser. Car les particules ne sont pas isolées du vide quantique et en reçoivent sans cesse de l’énergie.

Les processus d’auto-organisation de la matière, par construction de structures successives, passant des particules aux noyaux et aux atomes, des atomes aux molécules, des molécules aux étoiles, des étoiles aux galaxies ou des macromolécules à la vie, des êtres unicellulaires aux êtres pluricellulaires, sont tous spontanés, n’ont aucun besoin d’une quelconque intervention extérieure. Ce sont des processus inhérents aux propriétés intrinsèques de la matière, de même que la matière est une apparition spontanée au sein du vide quantique, une propriété intrinsèque du vide, de la matière et de la lumière éphémères et dits virtuels. Le passage du virtuel au réel, de l’énergie à la matière, des structures de base aux structures plus complexes, tout se processus peut à juste titre être appelé évolution de la matière au même titre qu’il y a une évolution du vivant, une transformation des espèces. Et, dans tous ces cas, on assiste à des passages du chaos déterministe à l’ordre, de l’agitation à la structure.

Loin d’aller vers le plus agité, vers le moins structuré, vers le plus simple, vers les atomes les plus légers ou les moins complexes, des macromolécules vers les petites molécules ni des molécules vers les atomes, la matière a toute une histoire qui marche en sens inverse, c’est-à-dire vers la diminution du désordre, vers la structuration, vers la néguentropie (inverse de l’entropie). Elle puise de la néguentropie dans l’espace vide en lui rendant de l’entropie. Si l’entropie totale augmente, il n’en va pas de même de la matière réelle qui a une capacité d’organisation, néguentropique donc comme l’est aussi la vie.

L’exemple des noyaux atomiques qui ont tendance à devenir plus lourds au fur et à mesure de l’évolution de l’étoile, c’est-à-dire des fusions radioactives spontanées, donnant depuis l’atome le plus simple, l’hydrogène, tous les atomes les plus complexes et lourds depuis l’hélium, certains noyaux lourds n’étant pas très stables ou pas stables du tout, mais certains atomes lourds étant si stables, comme le fer ou le carbone, qu’ils n’ont aucune tendance naturelle à revenir à l’hélium ou à l’hydrogène qui leur a donné naissance.

Comme on l’a dit, le plus grand désordre est celui du vide quantique et pourtant c’est lui qui donne naissance au plus grand ordre. Non seulement ce désordre concerne les structures matérielles ou lumineuses, celles-ci étant éphémères (et dites virtuelles contrairement aux structures stables dites réelles). Non seulement ce désordre concerne l’énergie qui peut apparaître et disparaître dans des périodes de temps extrêmement courtes. Mais ce désordre concerne aussi le temps qui est si désordonné qu’il n’y a pas de flèche du temps et que l’antimatière (matière allant vers le passé) est aussi nombreuse que la matière et que la conservation de l’énergie n’est plus respectée sur des temps courts.

Le vide est donc le milieu agité dans lequel apparaissent et disparaissent sans cesse, dans un grand désordre, particules et antiparticules qui forment matière et lumière éphémères. C’est paradoxalement à partir de ce monde au temps agité, à l’énergie qui saute sans cesse, que l’on a construit un monde subissant la flèche du temps (incapable de remonter le temps), structuré, respectant la conservation de l’énergie.

Mais il serait erroné de voir cela comme une opposition diamétrale, pas plus qu’il ne faut opposer diamétralement les deux images « onde » et « corpuscule » de la matière comme de la lumière.

En effet, dans la particule « réelle » (de matière ou de lumière) comme dans les structures plus complexes formées de plusieurs particules, il ne faut pas croire qu’il s’agisse seulement d’un processus de structuration sans déstructuration. Non, la déstructuration se produit, dans des temps très courts, et la structuration se reforme sur des bases identiques aux précédentes, les constantes retrouvant exactement leur valeur précédente.

Quand on dit que la particule réelle de matière ou de lumière n’est pas éphémère comme celle du vide quantique, cela n’est pas tout à fait exact. Si elle n’est pas éphémère, c’est parce que la propriété de réalité (en l’occurrence la masse portée par le boson de Higgs) saute d’une particule virtuelle à une autre, la rendant réelle avant de lui faire perdre cette propriété et de la porter ailleurs.

La propriété de matière réelle est globalement conservée mais c’est au sein de tout un processus singulièrement agité et qui fonctionne sur la base des matériaux du vide et pas en opposition à ceux-ci.

L’électron, le proton, le neutron, le photon ou le neutrino ne disparaissent pas mais, s’ils persistent à exister avec leurs propriétés, c’est au travers de particules virtuelles toujours différentes. Ce ne sont pas des objets fixes que l’on peut suivre comme on peut examiner le parcours d’un objet macroscopique.

La matière « réelle » et stable ne peut pas exister sans son cortège de particules éphémères et instables.

La particule réelle est un composé contradictoire de structure et de déstructuration, d’ordre et de désordre, de corpuscule et d’onde car elle n’est pas seulement réduite au corpuscule possédant la propriété de masse et a absolument besoin de son nuage de polarisation constitué de particules et d’antiparticules virtuelles qui gravitent dans la proximité du corpuscule et échangent sans cesse avec lui des photons virtuels.

Il faut bien prendre conscience du fait que la stabilité de la matière dite réelle (par opposition à la matière éphémère du vide quantique) n’a plus du tout à voir avec les anciennes visions que l’on avait de la matière comme un jeu de construction dont les pièces seraient plus ou moins attachées les unes aux autres. On parlait autrefois d’ « atomes crochus » et certains ont vu ensuite l’atome comme un système solaire, c’est-à-dire attaché par une sorte de gravitation. On a vite compris qu’un tel système ne serait pas stable, les particules chargées et accélérées devant très rapidement chuter sur le centre en émettant de l’énergie. Les forces d’attraction ne peuvent donc suffire à comprendre la stabilité des édifices construits spontanément par la matière et encore moins comprendre pourquoi elle les construit.

Non seulement ce n’est pas la gravitation qui suffit à expliquer que la matière forme des structures stables pas plus que ce n’est la force électromagnétique qui l’explique. Car ces forces pourraient sembler devoir agglutiner les particules, l’électron, d’électricité négative, tombant très rapidement sur les protons du noyau, d’électricité positive. Or la matière ne s’agglutine pas, contrairement aux photons et c’est cela qu’il convient d’interpréter.

On dit souvent que c’est le « principe de Pauli » qui interdit aux électrons (ou plus généralement aux fermions) de s’agglomérer et autorise, du coup, la stabilité de l’atome, mais on ne développe pas souvent en quoi ce principe lui-même découle des lois quantiques et son interprétation reste ambigüe parce qu’on en reste à la matière et à la lumière sans se rappeler que ces deux phénomènes sont issus des lois du vide quantique.

On ne peut pas dire simplement : « la stabilité s’explique par le principe d’exclusion de Pauli, qui, lui ne s’explique par rien de spécial au sein de la théorie » et affirmer ensuite que la théorie a expliqué la stabilité.

Le principe de Pauli est lié aux propriétés du vide quantique. La preuve ? Ce principe d’exclusion est lié au spin du fermion, propriété qui est dans le nuage qui entoure la particule de Fermi, nuage constitué de particules et d’antiparticules virtuelles du vide quantique.

La notion de spin a été introduite par Pauli en décembre 1924 pour l’électron afin d’expliquer un résultat expérimental qui restait incompréhensible dans le cadre naissant de la mécanique quantique non relativiste : l’effet Zeeman anormal. L’approche développée par Pauli consistait à introduire de façon ad-hoc le spin en ajoutant un postulat supplémentaire aux autres postulats de la mécanique quantique non relativiste (équation de Schrödinger, etc.). L’existence du spin fut également suggérée en 1925 par les physiciens américains d’origine néerlandaise Samuel Abraham Goudsmit et George Eugene Uhlenbeck. Les deux physiciens remarquèrent que certaines particularités des spectres atomiques ne pouvaient être expliquées au moyen de la théorie quantique de l’époque. En considérant un nombre quantique supplémentaire — le spin de l’électron — Goudsmit et Uhlenbeck pouvaient fournir une explication plus complète des spectres atomiques. Bientôt, la notion de spin s’étendit à tous les quantons, en particulier aux électrons, aux protons, aux neutrons et aux antiparticules.

Que se passe-t-il quand une particule de matière s’approche à une vitesse suffisante d’une autre et qu’elles échangent un photon ? Les deux nuages de polarisation sont contraints de se mêler. Les couches de même signe se rapprochent avec suffisamment d’énergie pour contraindre un dipôle à se rapprocher. Le principe d’exclusion de Pauli provient d’une relation entre la particule et le vide autour. C’est le nuage de polarisation. Deux particules ne peuvent occuper la même position parce que, même si elles ont des charges électriques qui s’attirent, elles ont aussi des nuages polarisation d’électricité qui la repoussent dès que l’on s’approche de trop près. Cela signifie que le champ électromagnétique s’inverse à proximité. Cependant, si deux particules ont des spins opposés, la rotation du nuage de polarisation se fait en sens inverse et les deux particules peuvent s’approcher un peu plus.

L’image de la matière qui résulte de ces études est ainsi résumée par l’astrophysicien Cassé 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 ». (…) Aucune particule, même « au repos », ne jouit de la pleine tranquillité. (…) ce que nous appelons communément « force » est, selon la pensée quantique, un phénomène collectif causé par l’échange d’innombrables particules virtuelles. (…) Concrètement, la création simultanée d’un électron et d’un positon peut être réalisée au moyen de rayons gamma d’énergie supérieure à 1,022 MeV (deux masses d’un l’électron). (…) Le « réel » est produit à proximité de « réel », à partir du virtuel. Le vide est donc l’état « zéro particule réelle ».

Le principe d’exclusion de Pauli joue un rôle essentiel dans un grand nombre de phénomènes physiques. L’un des plus importants, et celui pour lequel il a été initialement formulée, concerne la structure du nuage d’électrons d’atomes. Un atome électriquement neutre contient un nombre d’électrons égal à celui des protons du noyau. Comme les électrons sont des fermions, le principe d’exclusion leur interdit d’occuper le même état quantique.

Par exemple, considérons un atome d’hélium neutre, ce qui a deux électrons associés. Les deux électrons peuvent occuper plus le niveau d’énergie orbitale acquisition spins opposés. Cela ne viole pas le principe de l’exclusion, depuis le spin est une partie de l’état quantique de l’électron, de sorte que les deux électrons occupent différents états quantiques. Toutefois, le spin peut prendre que deux valeurs différentes. Dans un atome de lithium, qui contient trois électrons, le troisième électrons ne peut pas rester dans les orbitale 1s, et est forcé d’occuper une partie de l’énergie plus élevés orbitale. De même, les éléments suivants occupent plus de sous-niveaux avec des niveaux croissants de l’énergie. Les propriétés chimiques d’un élément dépendent en grande partie sur le nombre d’électrons présents dans le niveau électronique la plus externe.

Le principe de Pauli explique la stabilité de la matière sur une grande échelle. Les molécules ne peuvent pas être arbitrairement poussés l’un contre l’autre, puisque les électrons de chaque molécule ne peuvent pas entrer dans le même état des électrons d’une autre molécule - ce est la raison pour la durée de répulsion présent dans le potentiel de Lennard-Jones.

Astrophysique fournit la démonstration la plus spectaculaire de cet effet, sous la forme de naines blanches et des étoiles à neutrons. Dans ces deux types d’objets astronomiques, les structures atomiques habituels sont perturbés par une énorme force de gravitation, ce qui laisse les constituants de la matière pris en charge uniquement par « pression de dégénérescence" produit par le principe d’exclusion. Cette forme exotique de la matière est connue comme matière dégénérée. Dans les naines blanches, les atomes sont séparés de la pression de dégénérescence des électrons. Dans les étoiles à neutrons, qui montrent forces gravitationnelles encore plus intense, les électrons sont fusionnés avec les protons pour former des neutrons, qui produisent une pression de dégénérescence encore plus grande.

Jean-Marc Lévy-Leblond résume ainsi les changements considérables de la nouvelle physique dans « La quantique à grande échelle », article de l’ouvrage collectif « Le monde quantique » :

« Stabilité de la matière - « La théorie quantique eut parmi ses premiers objectifs de comprendre la stabilité des édifices atomiques. En effet, un « électron classique » (non-quantique) pourrait orbiter à une distance arbitraire d’un « noyau classique ». Rayonnant de l’énergie électromagnétique, il pourrait se rapprocher indéfiniment du noyau, perdant dans cette chute une quantité d’énergie … infinie ! La théorie quantique, en corrélant l’extension spatiale d’un électron à son énergie cinétique (inégalités d’Heisenberg), interdit une telle catastrophe et assure l’existence d’atomes stables, dont l’énergie ne peut descendre en dessous d’un certain plancher absolu (niveau fondamental). Mais Pauli fit remarquer, dès les années 1925, que cette stabilité individuelle des atomes, si elle est nécessaire, ne suffit en rien à assurer la stabilité de la matière. (…) Si le principe de Pauli n’intervenait pas pour tenir les électrons à distance mutuelle, la matière serait incomparablement plus concentrée, d’autant plus que la quantité en serait plus grande. (…) Ajoutons enfin que le rôle du principe de Pauli ne se borne pas à assurer l’existence de la matière, mais conditionne toutes ses propriétés électroniques détaillées, en particulier la conductivité ou la semi-conductivité des matériaux qu’utilise la technologie électronique. »

La matière n’a pas de relation directe avec une autre matière sans passer par des particules dites d’interactions. Elle les absorbe et les émet. Et elle le fait parce, potentiellement, elles font partie de son environnement appelé nuage. Le proton, le neutron ou les quarks ne sont pas plus des particules individuelles qui existent sans un nuage qui est un cortège de gluons 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. C’est également le fondement d’une nouvelle compréhension de la stabilité de la matière qui n’est pas fondée sur la fixité en tant qu’objets individuels mais sur des phénomènes dynamiques qui permettent la conservation de certaines propriétés grâce à des changements à grande vitesse appelés virtuels du fait que le monde à notre échelle ne les voit pas directement. Ils apparaissent et disparaissent dans un temps plus court que les temps caractéristiques des interactions de la matière et de la lumière.

La particule est "habillée" par son nuage virtuel constitué par la transformation à proximité de la particule du vide quantique qui l’entoure. Cela signifie que toutes les caractéristiques de la particule, comme la masse ou la charge, et toutes les expériences d’interaction de la particule ne peuvent s’interpréter si on considère le corpuscule "nu" sans nuage virtuel autour.

Michel Paty explique ainsi 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. »

Les stabilités ne sont donc que structurelles et fondées sur une agitation sous-jacente. L’ordre n’est qu’un produit émergent du désordre.

La durabilité de la particule matérielle (ou de la structure matérielle comme l’atome) ne réside pas dans son immuabilité physique et la base de la stabilité structurelle ne se fonde pas dans la constance des paramètres. C’est, au contraire, parce qu’elle mute sans cesse (qu’elle n’est jamais le même objet, la propriété de masse sautant d’une particule virtuelle à une autre), que la particule matérielle conserve ses caractéristiques, comme sa masse ou sa charge. Mais ces caractéristiques, si elles indiquent le type d’interaction avec l’environnement, ne disent pas tout sur la particule individuelle.

La structure peut être fondée sur un niveau inférieur d’organisation connaissant une grande agitation. Elle peut posséder une grande stabilité structurelle sans être fondée sur des éléments fixes. Cette remarque signifie que le désordre n’est pas seulement ce qui perturbe, ce qu’il faut écarter dans les mesures, ce qui nous gêne pour trouver les lois de l’univers : c’est ce qui fonde ces lois.

Il est étonnant que des particules chargées positivement et négativement, qui s’attirent, n’aillent pas jusqu’à s’écraser l’une sur l’autre. Il est étonnant que des protons, chargés positivement et donc répulsifs l’un pour l’autre, parviennent à rester dans un espace aussi étroit que le noyau atomique alors qu’elles se repoussent. Il est étonnant que l’électron négatif, qui appartient à un atome, ne chute pas sur le noyau de l’atome (positif) qui l’attire. Etc, etc…. C’est le problème de la stabilité de la matière.

Le passage de la propriété matière de façon agitée entre des particules dont l’existence est elle-même très agitée est la base de l’existence « stable » de la matière. C’est la base de la stabilité de la matière et de ses propriétés classiques comme quantiques. Premièrement, ce qui empêche les particules de tomber les unes sur les autres malgré des « forces » qui les attirent (par exemple, l’électromagnétisme qui attire les particules d’électricités opposées plus et moins), c’est qu’autour de chaque particule réelle existe un nuage de particules virtuelles et que celles-ci, du fait des attractions (deux signes opposés s’attirent) et des répulsions (deux signes identiques se repoussent), ont tendance à constituer des couches autour de la particule de masse, couches successivement positives et négatives (on dit qu’elles « écrantent » la charge électrique). Cela signifie que la charge électrique est partiellement masquée à proximité. Si ce n’était pas le cas, elle aurait une énergie d’interaction infinie avec son environnement. Et, si elle s’approche trop, une particule porteuse d’une charge finit par être repoussée. Du coup, une particule de masse qui s’approche ne peut pas tomber sur une autre particule. Il y a d’autres aspects de cette stabilité. Notamment le fait que la matière ne se touche pas. Deux particules ne peuvent être dans une même position et dans un même état. Elles ne pourraient pas disposer au tour d’elles chacune de son nuage de polarisation, les deux nuages empêchent les deux particules de se trouver dans un même état. Les particules ne vont jamais se toucher ou rebondir les une sur les autres comme des balles de ping-pong, comme on l’imaginait. Pour se déplacer la propriété « matière » va sauter d’une particule virtuelle à une autre. Pour interagir deux matières vont échanger des photons (c’est-à-dire de la lumière ou, plus généralement, on dira que des fermions échangent des bosons). Mais ce n’est pas une transmission au sens classique puisque le photon se décompose et se recompose avec la particule en donnant une nouvelle particule et un nouveau photon. En effet, un photon n’est rien d’autre qu’un dipôle de deux particules virtuelles (une particule et son antiparticule) qui sont si rapprochées que l’on ne les distingue que lors de l’absorption. A proximité de la particule, le photon se polarise en grains positifs et négatifs et l’un d’entre eux s’attache à la particule pour donner un nouveau photon. Dans le vide les pôles opposés du photon, rencontrent rapidement les pôles virtuels du vide, s’éloignent qui se recomposent et ainsi de suite, de façon périodique et définit ainsi un battement. Le photon électromagnétique n’est donc pas un objet mais un processus dynamique fondé sur des contradictions dépassées puis recomposées. Et ce n’est qu’un exemple. Il en va de même des autres « particules d’interaction » comme le gluon. Le photon régit l’interaction des particules comme l’électron, le proton ou l’atome. Le gluon commande les interactions des quarks (chromodynamique quantique).

Une matière qui absorbe un photon se couple avec le pôle d’électricité opposée, pour former un nouveau photon) et relâche l’autre pôle qui devient une particule. Tel est la procédure des émissions/absorptions de photons par la matière. Là encore, le virtuel est le niveau de la dynamique.

Il en résulte que le monde dit « réel » a besoin pour exister réellement du monde dit « virtuel », qu’il est une simple déformation locale du monde virtuel, déformation qui n’est d’ailleurs sensible qu’à une certaine échelle. Dans le monde virtuel, des quanta apparaissent et disparaissent dans un temps donné, parce que le temps lui-même est agité en tous sens. Là encore, on est loin de nos conceptions usuelles. Notre monde, à l’échelle macroscopique, semble se modifier au sein d’un espace-temps qui sert de toile de fond, mais, au niveau quantique – tout particulièrement pour le vide quantique -, on s’aperçoit qu’il n’en est rien. Le virtuel n’a pas d’écoulement régulier du temps et ne connaît pas la flèche du temps (vers l’augmentation de l’entropie). L’écoulement régulier du temps n’existe que dans une zone où il y a de la matière dite réelle et la flèche du temps n’existe que s’il y a une grande quantité de matière. A plus grande échelle encore, l’expansion de l’univers n’existe que dans une zone où il y a une très grande quantité de matière. Nous avons donc des univers emboîtés avec des lois différentes suivant l’échelle que l’on considère. Ce ne sont pas des univers séparés les uns des autres puisqu’ils appartiennent les uns aux autres, se constituent mutuellement et existent à la fois à toutes ces échelles. L’apparition de l’expansion, l’apparition de la matière réelle, l’apparition d’un espace régulier, l’apparition d’un temps régulier sont des phénomènes successifs de seuil entre niveaux de ces mondes hiérarchiques. Ces mondes se produisent mutuellement. L’expansion des grandes bulles de vide de l’espace produit la matière réelle et la lumière réelle, la lumière produit l’espace et la matière produit le temps. Le virtuel de virtuel produit le virtuel ; le virtuel produit le réel ; le réel produit le macroscopique.

« Au centre 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 » explique Cassé dans « Du vide et de la création ».

L’apparence durable de la particule provient des échanges permanents avec les corpuscules virtuels de matière/lumière. En effet, la particule interagissant avec le vide disparaît sans cesse mais elle réapparaît de façon très proche et la nouvelle particule a les mêmes caractéristiques que l’ancienne ce qui donne cette apparente stabilité à la matière/lumière. En fait le photon réel comme la particule réelle ne sont jamais les mêmes. Le mouvement est identique au changement. La particule qui se déplace dans le vide n’est jamais la même particule. La particule ne se contente pas de changer de place. La particule réelle n’est jamais la même. L’effet « réel » est échangé d’une particule virtuelle à une autre. Cet effet « saut » d’une particule virtuelle à une autre. La particule réelle disparaît pour devenir virtuelle et une autre particule virtuelle proche devient réelle. Tel est le processus physique de base décrit par les diagrammes de Feynman.

Il y a une manière simple d’exprimer cette stabilité étonnante de la matière et de ses structures successives par les interactions entre matière et vide, entre particules réelles et particules dites virtuelles.

Tout d’abord, n’oublions pas que les virtuelles sont bien plus réelles puisque les réelles ne sont pas des objets fixes et ne sont que des propriétés qui sautent d’une virtuelle à une autre.

Cherchons par quels processus les électrons (plus généralement les fermions) s’interdisent ce qui est autorisé et imposé aux photons (ou bosons), c’est-à-dire de s’agglomérer, c’est là qu’est la question. On va voir que la réponse n’est pas dans la lumière et la matière réels mais dans les particules virtuelles qui les compose. Ce qui oppose les deux dynamiques opposées, l’une grégaire (celle des photons) et l’autre qui ne l’est pas (celle des fermions), c’est que les fermions sont fondés sur des particules virtuelles alors que les bosons sont fondés sur des couples particule/antiparticule virtuels. C’est toute la différence entre matière et lumière…

Du coup, les photons n’écartent pas leurs voisins alors qu’à proximité l’une de l’autre, les particules se repoussent toujours. En effet, les particules et antiparticules virtuelles qui entourent la particule forment un écran autour d’elle. Leur ballet les amène à se disposer autour de la particule réelle en couches successivement électriquement positives et négatives empêchant toute approche complète entre les deux particules « réelles » de matière.

C’est cela qui amène la matière, attirée par gravitation ou par électromagnétisme entre électron et proton, à rester à distance, rejetant les agglutinations et faisant en sorte de trouver des structures qui minimisent l’énergie d’interaction en mettant en commun des photons qui s’échangent entre les particules.

Lorsque deux particules sont suffisamment proches, les deux nuages virtuels sont le siège d’échanges d’énergie permanents, les particules rendant réels des photons virtuels de leur nuage et ces échanges représentant une mise en commun d’énergies du vide et donc une structure relativement plus favorable qu’un état avec deux particules séparés et indépendantes.

Le désordre du vide qui entoure l’ordre de la matière peut être minimisé par cette mise en commun et la structure devient ainsi stable même si elle est fondée sur ce désordre.

Et, dans ce domaine, il convient de ne pas prendre les électrons comme des individus mais comme un nuage de particules et d’antiparticules virtuelles entourant un corpuscule réel qui passe d’une particule virtuelle à une autre.

En effet, c’est la possibilité ou non de la mise en commun du nuage de polarisation qui permet ou pas aux électrons de se retrouver au même endroit et dans le même état.

Ce n’est en fait possible que pour des électrons de spins opposés, le spin indiquant la manière dont évolue le nuage de polarisation.

La matière réelle est issue d’un processus d’émergence provenant du vide quantique. Tous ceux qui oublient ce fait déterminant ne peuvent que tourner autour de cette propriété étonnante : la matière a spontanément tendance à s’organiser.

Il est un exemple frappant de ce qui vient d’être dit : les particules de matière sont « attachées » entre elles par des échanges de photons.

Ce fait est plutôt renversant : on ne comprend pas, si on imagine les grains photons comme des ballons, comment le fait d’échanger des ballons avec une certaine énergie « attache » les deux particules !

Là encore, pour imager cette situation, il faut revenir aux bases de la lumière (photons) en termes de vide quantique : le photon est un couple de particule et d’antiparticule virtuels du vide.

Dans le vide, ces couples (particule et antiparticule virtuels) s’assemblent et se désassemblent successivement et à grande vitesse. Ils changent souvent de partenaires, d’où les interactions matière/lumière. S’ils reçoivent une énergie au moins égale à la leur propre, ils deviennent réels.

Quand on dit qu’une particule émet ou absorbe un photon, cela signifie une attache rompue et une nouvelle attache formée et cela signifie une propriété de particule réelle passant à une particule virtuelle et la rendant réelle. L’échange ne se faisant pas de manière instantanée, la particule est momentanément fixée dans une zone proche de là où elle était.

L’émission et l’absorption d’un photon réel par la matière réelle a un petit côté miraculeux, tel qu’il est présenté. En fait, il n’y a pas vraiment apparition d’un photon dans la matière ni absorption par la matière. Le photon réel est seulement porteur d’une énergie et, quand il l’a transmise à la particule, il redevient virtuel. Le photon émis est un photon virtuel qui existait déjà à proximité de la matière et qui est rendu réel par la réception d’énergie.

Quand deux particules échangent sans cesse des photons, elles sont relativement fixées par cet échange qui les amène à rester dans la même zone. C’est cela le seul « attachement » entre deux particules car, rappelons-le, les particules de matière ne se touchent jamais et ne s’agglomèrent pas.

L’ordre matériel (avec ses structures successives allant jusqu’au vivant) est donc bien émergent et issu des contradictions dialectiques inhérentes aux propriétés physiques (quantiques) de l’univers.

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1 Message

  • Louis de Broglie dans "la nouvelle physique et les quanta" :

    "Si la théorie électromagnétique sous la forme de Lorentz était réellement applicable aux particules élémentaires d’électricité, elle permettrait de calculer sans aucune ambiguité les rayonnements émis par un atome du modèle planétaire de Rutherford-Bohr. (...) l’atome perdant constamment de l’énergie sous forme de radiation, ses électrons viendraient tous très rapidement tomber sur le noyau et la fréquence des rayonnements émis varierait constamment d’une façon continue. l’atome serait instable et il ne pourrait exister des raies spectrales à fréquences bien définies, conclusions absurdes. Pour éviter cette difficulté essentielle, M. Bohr a admis que l’atome dans ses états stationnaires ne rayonne pas, ce qui revient à nier la possibilité d’appliquer la théorie électromagnétique du rayonnement au mouvement orbital des électrons sur leurs trajectoires stables. (..) Bohr a résolu la question des fréquences des raies spectrales grâce à l’hypothèse que chaque transition entre états quantifiés s’accompagne de l’émission d’un quantum d’énergie radiante. (...) En d’autres termes, d’après la théorie quantique, l’émission des raies spectrales d’un corps simple est discontinue et procède par actes individuels isolés."

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