Vide quantique

Pour le physicien le vide a toujours été une notion extrêmement complexe à définir. La physique quantique, surtout, vient compliquer la définition du vide.



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Physique quantique

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Définitions :

  • Espace rempli de particules et d'antiparticules virtuelles apparaissant et disparaissant dans des cycles de vie et de mort de particulièrement courte... (source : pagesperso-orange)

Pour le physicien le vide a toujours été une notion extrêmement complexe à définir. La physique quantique, surtout, vient compliquer la définition du vide. Il est envisageable de considérer qu'un dispositif dans le vide est isolé, c'est-à-dire non perturbé par une force extérieure. Néanmoins la mécanique quantique prévoit de nombreux effets apparaissant dans le vide, on parle alors de vide quantique.

Inégalité d'Heisenberg

Les inégalités d'Heisenberg (plus connues sous le nom de principe d'incertitude) sont une conséquence directe de la dualité onde-corpuscule. L'une d'elle permet d'écrire :  \Delta E \Delta t \geq \hbar \hbar est la Constante de Planck normalisée. Cette équation veut dire que le produit de l'incertitude sur l'énergie par l'incertitude sur le temps est obligatoirement supérieur à une valeur non nulle. Ce qui veut dire qu'il est envisageable d'emprunter de l'énergie au vide pendant un temps particulièrement court. C'est ce mécanisme qui est à l'origine des fluctuations du vide.

Fluctuation du vide et création de paires de particules

L'équation la plus célèbre de la physique E = mc2 traduit l'équivalence entre masse et énergie. Par conséquent en empruntant de l'énergie au vide il est envisageable de créer des particules massives. Ce mécanisme est à l'origine de la naissance de paires de particules virtuelles. Ainsi en mécanique quantique le vide est rempli de particules virtuelles apparaissant pendant un temps particulièrement bref avant de disparaître. Ces particules virtuelles apparaissent en théorie quantique des champs : leurs effets impliquent des corrections sur les calculs, dans les théories dites renormalisables. Ces calculs assez compliqués sont bâtis sur des règles : les règles des diagrammes de Feynman. Celles-ci viennent d'être comprises par des travaux de Pierre Cartier et Alain Connes.

Fluctuation du vide et force de Casimir

Icône de détail Article détaillé : force de Casimir.

La manifestation expérimentale la plus flagrante des fluctuations du vide est la force de Casimir. Entre deux miroirs plans parfaits s'exerce une force attractive qui a comme origine les fluctuations du vide. C'est actuellement un fait expérimental idéalement vérifié.

Fluctuation du vide et décalage de Lamb

Icône de détail Article détaillé : décalage de Lamb.

Le premier effet observé des fluctuations du vide est le dédoublement des raies d'émissions dans les spectres atomiques.

Fluctuation du vide et rayonnement

Stephen Hawking explique aussi l'évaporation des trous noirs avec fluctuations du vide. Sous l'effet de l'intense champ gravitationnel de ces astres, le vide quantique se trouve affecté, ce qui entraine la naissance d'un rayonnement de corps noir.

L'effet Unruh repose aussi sur une interprétation des fluctuations du vide. Le décalage vers le rouge des photons virtuels, dû à une accélération uniforme entraine la naissance d'un rayonnement de corps noir.

Bibliographie
  • Timothy Boyer, «le vide classique», dans Pour la science, octobre 1985
  • Serge Reynaud, «la lumière comprimée», dans la Recherche, février 1990

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