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 Le vide est-il vraiment vide ?

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Lampson
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MessageSujet: Le vide est-il vraiment vide ?   Mer 26 Aoû - 21:29

Pour le physicien le vide a toujours été une notion extrêmement difficile à définir. La physique quantique, en particulier, vient compliquer la définition du vide. Il est possible de considérer qu'un système 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.


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Sommaire

* 1 Inégalité d'Heisenberg
* 2 Fluctuation du vide et création de paires de particules
* 3 Fluctuation du vide et force de Casimir
* 4 Fluctuation du vide et décalage de Lamb
* 5 Fluctuation du vide et rayonnement


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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 où \hbar est la Constante de Planck normalisée. Cette équation signifie 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 possible d'emprunter de l'énergie au vide pendant un temps très 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. Donc en empruntant de l'énergie au vide il est possible de créer des particules massives. Ce mécanisme est à l'origine de l'apparition de paires de particules virtuelles. Ainsi en mécanique quantique le vide est rempli de particules virtuelles apparaissant pendant un temps très 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 relativement 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

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 pour origine les fluctuations du vide. C'est aujourd'hui un fait expérimental parfaitement vérifié.



Le force de Casimir créer une force attractive ou répulsive entre les deux miroirs grâce aux photons virtuels


***


Fluctuation du vide et 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 également l'évaporation des trous noirs à l'aide des fluctuations du vide. Sous l'effet de l'intense champ gravitationnel de ces astres, le vide quantique se trouve affecté, ce qui entraine l'apparition d'un rayonnement de corps noir.



Au voisinage d’un trou noir, les forces de marée, qui sont de plus en plus fortes avec la diminution de la taille d’un trou noir, sont susceptibles de séparer les paires de particules. Le travail de forces produit par cette séparation fournit précisément l’énergie nécessaire pour créer les particules sans violer la conservation de l’énergie, mais au dépend de la masse du trou noir. Tous calculs faits, une des particules de la paire tombe dans le trou noir et laisse l’autre s’échapper à l’infini, loin de l’horizon.


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

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