le vide quantique

[Romz]

salut, est-ce que quelqu'un pourrais tenter de m'expliquer ce qu'est le vide quantique (enfin si il y a une explication...) car j'ai cru lire qu'avant le big bang (enfin si il y a un avant), il était question de vide quantique. merci d'avance.

[bb98]

Bonjour

Il s'agit de l'ensemble des phenomenes décrits pas la mécanique quantique

et intéressant le vide

Il convient de connaitre -un peu- le formalise de la MQ et quelques formules

Les principes sont accessibles en math sup

[quetzalcoatl]

Sans vouloir paraître vraiment comprendre de quoi il s'agît (puisque n'ayant pas fait MATH SUP), j'ai lu y'a pas longtemps, que le vide, selon la théorie quantique, n'est absolument pas vide.

Il serait plein d'énergie et de particules virtuelles qui disparaissent avant même de s'être matérialisées.

On parle , je crois de fluctuations du vide quantique...

Tout cela serait sans doute admissible si l'énergie calculée contenu dans un mètre cube de vide, en vertue de l'équation E=mc2, associant énergie et matière, conduisait ce mètre cube de vide à peser plus que l'ensemble des galaxies visibles dans le ciel...

Il y aurait semble t-il un léger problème quelque part...

Et tant qu'Akira ou Arthur ne se seront pas sérieusement penché sur la question, la physique actuelle demeurera muette sur cette enigme.

[bb98]

quelques articles de Wikipedia donnent les premières pistes :

"vide quantique"

"fluctuations quantiques du vide"

 

Attention, souvent, sur Wikipedia, ces « définitions » qui renvoient à d’autres définitions et l’auteur fait semblant de croire que tout lecteur a nécessairement flirté avec l’agreg de physique. Sur Wikipédia, la plupart des articles de mathématiques ou de physique forment ainsi une ronde de définitions qui se mordent la queue… cela ne satisfait guère l'exigence pédagogique. mais, en étant prudent, on peut glaner quelques pistes

[quetzalcoatl]

quelques articles de Wikipedia donnent les premières pistes :

"vide quantique"

"fluctuations quantiques du vide"

 

Attention,... on peut glaner quelques pistes

 

C'est très aimable.

Mais puiqu'on est là pour parler de ces sujets, voyons si quelqu'un a en dire quelque chose, ici, entre nous.

[ArthurDent]

Quetzy, c' est un job pour ChiCyg ça, grand vulgarisateur des phénomènes complexes devant l' Eternel.

 

Sinon, pour faire simple, et en attendant la prose limpide de notre maître en vulgarisation : Le vide quantique, c'est un peu comme un banquier :

Il "prête" de l' énergie à l' observateur pour qu'il puisse se payer une paire de particules (une particule et son anti-particule), pour un temps très court, à condition qu' elles lui rendent (sans intérêts toutefois, comme quoi la finance c' est plus compliqué que la physique quantique).

Plus on veut une grosse paire (de particules !) , plus il faut rembourser vite, c' est la loi ...

 

Vu que ces particules (virtuelles) disparaissent et donc ne sont pas observables, le lecteur naif peut se demander pourquoi on en aurait quelque chose à cirer ? Et bien le plus drôle, c' est qu'il leur arrive d' interagir avec une autre particule (réelle celle là), et donc de modifier le résultat des expériences de physiques, d' une petite valeur.

 

Le paradoxe que tu évoques est fallacieux : En théorie quantique, ce qui compte c' est la différence d' énergie, pas la valeur absolue , donc un cube de vide "pèse" un cube de vide, ni plus ni moins.

 

Voilà. Si on veut rentrer dans les détails, ça se complique assez vite (et là, avoir fait Math Sup peut aider).

[quetzalcoatl]

Bonjour,

 

D'accord Arthur!

Cela fait longtemps que vous m'avez bien fait comprendre que pour le fond de certaines questions, l'outil mathématique est incontournable.

Bien entendu, Chico serait le bienvenu pour nous expliquer avec des mots...

Mais je sens comme un manque d'enthousiasme latent et général à discutailler du vide.

Pour ne pas parler dans le vide...?

Je vais donc suivre le conseil de BB et me tourner vers Wiki, en attendant...

[Invité akira]

J'ai pas fait de mecanique quantique des champs avancee donc je suis pas tres sur de ce que je dit. Lorsque tu quantifie un champs en mecaQ tu te retrouve avec des etats fondamentaux (etat de plus basse energie) non nuls. Le probleme est que sans renormalisation (une entourloupe un peu scabreuse) l'energie totale de ces etats fondamentaux est infinie. On arrive avec la renormalisation a la rendre finie mais elle reste tres grande.

 

Tres grande par rapport a quoi ? A l energie noire cosmologique. Il se trouve que l'energie du vide a des proprietes (equation d etat, etc ...) qui en font une tres bonne candidate pour l energie noire dont les cosmologistes ont besoin pour que le modele lambda-CDM fonctionne. Donc on peu calculer la densite d energie noire par la cosmo et la densite d energie du vide par le theorie quantique des champs. Et quand on compare .... gros soucis. Ca differe d un facteur 10**120 (1 avec 120 zeros derriere). Il y a trop d energie du vide. Alors on renormalise, on trouve des symetries, etc ... Mais on est encore tres loin du compte..

[Jeff Hawke]

Le probleme est que sans renormalisation (une entourloupe un peu scabreuse) l'energie totale de ces etats fondamentaux est infinie. On arrive avec la renormalisation a la rendre finie mais elle reste tres grande.

 

Cette appréciation d'entourloupe est diversement partagée. Alain Connes par exemple en dit quelque chose comme que c'est un magnifique exemple de rigueur théorique (je ne me souviens pas des termes exacts, c'était dans "Triangle de pensées", retourné depuis sur les étagères de la bibliothèque municipale). Il a relié ça à la théorie des groupes de Galois.

 

Encore un point où l'investigation de la réalité physique se heurte à la réalité mathématique, un heurt fertile.

 

http://smf.emath.fr/Publications/Asterisque/2004/296/html/smf_ast_296_113-143.html

[ChiCyg]

Sympa, ArthurDent , tel le corbeau sur son arbre, je vais lâcher mon fromage mais tant pis pour vous s'il est trop fait :) .

 

Sans vouloir l'offenser , il me semble que j'ai un point commun avec quetzalcoatl, je n'ai pas un goût immodéré pour la spéculation hyperthéorique. Je pense que l'astronomie a déjà suffisamment de pain sur la planche à essayer de comprendre ce qui est observé pour ne pas perdre son âme à courir après des hypothèses assez fumeuses. Qu'elle laisse cela aux physiciens que la chose passionne.

 

Chercher à savoir ce qui se serait passé avant le big bang alors qu'on ne sait toujours pas comment tourne le soleil ou comment il fabrique son champ magnétique m'a toujours paru un peu vain. Enfin, c'est mon point de vue que je vais m'empresser de contredire en essayant de répondre à la question .

 

Tout le problème part d'une constatation troublante la lumière peut être interprétée comme une onde ou comme une particule (le photon). C'est terrible (pour un physicien ) parce que les deux explications sont contradictoires (une onde se propage partout alors qu'une particule est à un endroit donné à un moment donné) alors qu'elles marchent très bien dans des cas précis :

. si on construit un télescope, on interprète la lumière comme une onde qui fait des interférences et on peut calculer la tâche d'Airy, les aberrations, etc .. tout va très bien. Si on pensait la lumière comme faite de photons, on serait incapable de construire un télescope performant,

. si on construit la CCD qui va sur le télescope, il est indispensable d'interpréter la lumière comme faite de photons qui vont bousculer les électrons du silicium et les faire sauter à un niveau d'énergie supérieur ce qui va créer une différence de potentiel qu'on pourra amplifier et dont la mesure permet de faire une image. Que la lumière soit une onde n'explique pas le fonctionnement d'une CCD.

 

En fait, l'astronome s'en bat les flans, il sait construire un télescope et une CCD, donc il peut observer tranquille l'univers . Mais le physicien, lui, ça le traumatise et il essaie de concilier les deux vues.

 

Un premier pavé dans la mare est le principe d'incertitude d'Heisenberg : d'après ce principe il est impossible de localiser parfaitement dans le temps une particule : on ne sait pas dire "la particule machin était pile à cet endroit à ce moment là". Si coince la particule dans un coin , on n'arrive pas à déterminer le moment précis où elle passe, et si on cerne l'instant de passage, on devient imprécis sur sa localisation. On voit qu'avec Heisenberg la particule perd un peu de son statut de particule : elle n'est pas localisée à un point précis qui se déplace dans le temps, elle n'est pas non plus une onde qui se propage partout, elle est dans un état intermédiaire, elle est un peu floue.

 

Les physiciens essaient de trouver une solution en considérant que tout peut se résumer à des champs. Par exemple le champ gravitationnel permet de se passer d'une action à distance : le satellite "voit" le champ gravitationnel à l'endroit où il passe et son mouvement est modifié par ce champ, si j'ose dire, il n'a plus besoin de savoir qui a produit ce champ.

 

Dans cette vue, en chaque point de l'espace, il n'y a que des champs (à perte de vue ) et les particules sont en fait des excitations de ces champs, (ne m'en demandez pas plus, je flotte un peu beaucoup ). Il parait qu'on peut se représenter la chose comme un tas de petites masselottes chacune avec un ressort, partout dans l'espace, dont les vibrations se transmettent l'une à l'autre. Une particule est alors l'excitation d'une partie de ce champ. Autrement dit, il n'y a plus de particule, il n'y a que de l'excitation de champs.

 

Big problem, les petits oscillateurs sont quantifiés, ils ne peuvent prendre que des niveaux d'énergie bien précis et, en particulier, leur état de plus basse énergie n'est pas 0 (c'est ce que prévoit la mécanique quantique) et quand les braves physiciens additionnent la contribution de tous les petits oscillateurs ils arrivent à une énergie ... infinie.

 

Cette théorie a quand même des succès , elle explique, par exemple, l'effet Casimir qui est une force qui apparait entre deux plaques métalliques (très proches l'une de l'autre) dans le vide. Cette force est expliquée par la création de photons issus d'une "fluctuation du vide" : les petits oscillateurs se retrouvent dans une configuration qui crée de temps en temps l'équivalent de photons.

[Snark]

Le probleme est que sans renormalisation (une entourloupe un peu scabreuse) l'energie totale de ces etats fondamentaux est infinie. On arrive avec la renormalisation a la rendre finie mais elle reste tres grande.

 

 

Je craignais être le seul à avoir cette opinion.

[dob250]

Je vous conseil la lecture de l'univers chiffonné de Jean pierre Luminet.

Il explique la relation entre la constante cosmologique et l'énergie du vide. La constante cosmologique introduite par einstein pour satisfaire à son besoin d'un univers statique. Il a ensuite supprimer se terme croyant que c'était l'erreur de sa vie. Reste un problème, la valeur de cette constante soit très faible ou très élevée.

[jr56]

Pour ma part, je n'ai jamais réussi à me faire une opinion sur ces renormalisations: manip géniale théoriquement rigoureuse, ou entourloupe pour retomber sur ses pieds!

 

Pour en revenir aux fluctuations quantiques du vide, l'une des bases de l'explication repose sur les relations d'incertitudes (cf. Heisenberg) entre grandeurs conjuguées en mécanique quantique:

En gros une énergie E peut apparaître du néant si son exitence est inférieure à une durée dt telle que le produit E*dt reste inférieure à une valeur constante (de mémoire: h/2*pi, où h est la constante de Planck, extrêmement faible, puisque sa valeur est de l'ordre de 10 puissance -34). Donc en théorie une énergie (donc une masse) énorme peut apparaître si c'est pendant un temps par contre extrêmement court.

Par exemple pour simplement E =1, il faut déjà que cette énergie n'apparaisse pas plus que qqchose comme 10 puissance -34 seconde!

 

Dans les effets "réels" qui pourraient en résulter, il y a tout simplement l'évaporation des trous noirs (si la théorie de S. Hawking est exacte)!

[Jeff Hawke]

Donc en théorie une énergie (donc une masse) énorme peut apparaître si c'est pendant un temps par contre extrêmement court.

 

Donc notre univers peut être sorti tout entier d'une telle fluctuation. Une masse importante, certes, mais pendant un temps méchamment court, ça se peut.

 

Et puis voilà qu'il y un truc qui merde, le truc ne retourne pas au néant dare dare comme prévu, il y a un trou noir qui bouffe l'autre membre de la paire, je ne sais pas moi,...toujours est-il que la masse reste...et commence à s'expanser...

 

13.4 mds d'année plus tard, on en parle encore... à essayer de comprendre qu'est-ce qui a bien pu foirer dans ce vide quantique tranquille jusque là.

[Snark]

Donc notre univers peut être sorti tout entier d'une telle fluctuation. Une masse importante, certes, mais pendant un temps méchamment court, ça se peut.

 

 

D'où cette hypothèse assez osée sur l'écoulement du temps.

 

http://www.webastro.net/forum/showthread.php?t=36213

[Jeff Hawke]

D'où cette hypothèse assez osée sur l'écoulement du temps.

 

Ah oui, je n'avais pas vu avant de faire ma fine remarque sur la fluctuation...

 

C'est intéressant. Bonne idée de lancer ça. Faut que je réfléchisse...

 

Comme ça, à mon avis, ce qui pêche c'est de raisonner sur un "écoulement" du temps. J'aurais plutôt à raisonner sur une géométrie d'espace-temps, et se faire une idée de ce à quoi elle pourrait ressembler en l'absence de masses (la dimension temps redevient "comme les 3 autres", c'est à dire sans écoulement. La formulation incorrecte étant, "il n'y a pas encore de temps", et par contre, dire que l'écoulement devient infini peut être équivalent à dire que la dimension temps est là, entièrement déployée...)

 

Parce que, sémantiquement, quand on parle du temps on confuse deux choses : La dimension temps, et la façon dont les événements cheminent sur cette dimension (l'écoulement)...

[jr56]

Donc notre univers peut être sorti tout entier d'une telle fluctuation. Une masse importante, certes, mais pendant un temps méchamment court, ça se peut.

 

C'est l'une de mes références préférées: voici pas mal d'années, un écrivain poète dont j'ai oublié le nom avait reçu un prix d'astrophysique pour avoir effectivement imaginé dans un de ses écrits que l'univers entier n'était qu'une fluctutation quantique du vide...