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Leçon de physique n°6 du Pr Cannenpasse-Riffard

Le vide quantique :
où l’on apprend que le vide est plein !

La nature a tellement horreur du vide que les physiciens ont démontré qu’il n’existait pas ! Le vide est en réalité un réservoir d’énergie potentielle. Des expériences ont prouvé qu’il est possible de faire naître des électrons du néant. C’est ainsi que l’univers est né d’un océan infini d’énergie - qui a l’apparence du néant…

La nature, on le sait, est en grande partie constituée d’espace vide puisque la masse des atomes est pratiquement concentrée dans de minuscules noyaux.

L’espace vide n’est pas identifiable au néant : en réalité, il est plein ! C’est un immense réservoir à particules. Cet état d’énergie minimum du vide est conçu comme un océan de particules virtuelles qui interagissent entre elles et confèrent au « vide » une certaine énergie potentielle.

« Aucune affirmation, écrit à ce sujet le physicien J. A. Wheeler, ne semble plus capitale que celle-ci : le vide n’est pas vide. Le « vide » est le siège de manifestations physiques des plus violentes. »

Le « vide » est l’état latent de la réalité, la matière ordinaire constituée de particules élémentaires en est l’état manifesté. En somme, la matière n’est rien d’autre qu’une manifestation du « vide ».

Le rayonnement du point zéro

En physique classique, on pensait qu’il était toujours possible d’obtenir, dans une enceinte refroidie au zéro absolu (-273,15°C) un vide absolu, c’est-à-dire un espace débarrassé de toute matière, atome ou molécule et de tout rayonnement électromagnétique d’origine thermique.

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Vide classique et vide quantique
Les molécules sont extraites au moyen d’une pompe à vide. Le rayonnement thermique est éliminé au moyen d’une réfrigération. Il subsiste un rayonnement dit "de point zéro".

Les physiciens ont compris qu’on ne pouvait jamais obtenir un vide dit « classique » et que même à la température absolument nulle, toute région de l’espace contient un rayonnement électromagnétique irréductible d’origine non thermique appelé « rayonnement du point zéro ».

Le « vide quantique » était considéré comme une abstraction purement théorique jusqu’à ce que des chercheurs mettent en évidence, de façon expérimentale, la réalité physique des « fluctuations du point zéro », qui produisent des effets observables.

Hendrik Casimir a par exemple démontré qu’un champ électrique intense appliqué entre deux plaques conductrices séparées et parallèles, placées dans le « vide », lui impose des fluctuations qui feront naître des électrons du néant.

La formation de l’univers : l’instant primordial

Le Big Bang est le scénario qu’ont imaginé et admis la quasi totalité des physiciens parce qu’il s’accommode le mieux avec l’ensemble des observations astronomiques et astrophysiques. Cette théorie propose, grâce à l’apport des idées issues de la relativité et de la physique quantique, à l’union de l’infiniment grand et de l’infiniment petit, des réponses cohérentes aux questions les plus fondamentales comme la genèse de l’univers et l’origine de la matière.

Pour la physique moderne, l’univers serait né de l’existence extrêmement brève d’une densité très élevée du vide quantique.

Grâce à la simulation et à l’extrapolation des calculs théoriques, les physiciens ont pu remonter jusqu’à 10-43 seconde après l’explosion originelle.

10-43 seconde : ce nombre incroyablement petit est le temps de Planck. Il constitue le « mur » infranchissable au-delà duquel des notions aussi familières que le temps, l’espace, l’énergie, la température, la pression perdent toute espèce de sens.

Une réalité étrange se cache derrière ce mur, la réalité mystérieuse du vide quantique, théâtre d’un incessant ballet de particules dans un océan d’énergie illimité. Dès l’origine, ce bouillonnement d’énergie créatrice est là, présent dans le néant, immense, sans limite, sans commencement ni fin.

« Tout ce que nous connaissons aujourd’hui, écrit le physicien John Wheeler, trouve son origine dans un océan infini d’énergie qui a l’apparence du néant. » Le vide, l’état latent de la matière est donc à l’origine de tout ce qui existe, galaxies, étoiles, vous et moi. La croyance en la naissance ex nihilo du monde, comme l’enseigne encore la religion, semble trouver, ici, un appui dans la cosmologie.

Extraits de Physique de la matière par le Pr Cannenpasse-Riffard, éditions Marco Pietteur

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