Actualites de la Physique (W 29 :Physics world) :l'énergie du "vide" et l'effet CASIMIR ( fin )

Hier, je vous ai promis de  critiquer mon article traduit et surtout d’essayer de mettre de l’ordre dans les « vertus » qu’on s’accorde à  attribuer à cet effet Casimir  en tant que mesure de «  l’énergie du vide » …et j’espère aussi que vous n’avez pas oublié l’aspect contradictoire de cette expression  que mon petit fils a soulevé !( Existe –t-il donc plusieurs sortes de vides en physique  et qu’ est ce qui pourrait donc bien les différencier ?Pour mes vieux « abonnés » , la réponse figure dans plusieurs chapitres de la «  Physique des horizons humains »)

1/ ORIGINE DE L’EXPRESSION/ « ENERGIE DU VIDE »

Si vous voulez vraiment  revenir  à l’origine  , en dehors de l’espace  mathématique de NEWTON    ou peut se propager l’énergie attractive de la gravitation ,même dans un volume « intermédiaire » absolument vide de masses , il faut remonter aux physiciens du 19^ème siècle pour retrouver l’idée que la propagation de la lumière ne peut se faire que dans un vide où subsiste pourtant quelque chose qu’ ils appelleront l’ éther. Jusqu’à ce qu’EINSTEIN décide, pour un temps que ce dernier n’était pas nécessaire !

2/ LE VIDE QUANTIQUE

Une fois sorti de ce questionnement obsédant ,il semble que les physiciens ont retrouvé la notion de vide total , « parfait » dans un espace  dépourvu de toutes masses  et de toutes ondes  , et ceci pendant quelques années  ,… avant de découvrir les «  lois » de la mécanique quantique , puis tous ses développements ultérieurs ET DE COMPLIQUER A NOUVEAU CE CONCEPT !

Aujourd‘hui nous sommes arrivés « ailleurs » ! La théorie quantique des champs impose que tous les champs fondamentaux, tel que le champ électromagnétique  MAIS A L’EXCEPTION DU CHAMP GRAVITATIONNEL, soient quantiques en chaque point de l'espace. Je rappelle pour les non physiciens qu’un champ physique peut être décrit vectoriellement mais aussi  plus simplement vu comme un espace rempli de balles et de ressorts vibrants tous interconnectés par ce champ ; la force du champ se concrétise  par le déplacement d'une balle depuis une position au repos. De même, les vibrations dans ce champ se propagent selon l'équation d'onde   du  champ particulier évoqué.

L'hypothèse de seconde quantification de la théorie quantique des champs requiert que chaque combinaison balle-ressort soit elle aussi quantique, c'est-à-dire, que la force du champ sera quantique en tout point de l’espace. Le champ se décrit alors partout comme un oscillateur harmonique simple et les excitations du champ découlent de la présence des particules élémentaires . Par ailleurs ,la conséquence de cette hypothèse est aussi que  tout point du vide  acquiert implicitement, toutes les propriétés qu'une particule peut avoir : spin, polarisation dans le cas de la lumière, énergie, etc. Bien entendu ,pour notre « vide quantique » toutes ces grandeurs  prennent des valeurs moyennes nulles : à l'exception près MAIS très importante , de l'énergie. En effet  la quantification d'un oscillateur harmonique simple montre que son énergie minimale, encore appelée énergie du point zéro,  n’est pas nulle .

3/LES PROBLEMES DE VALEUR DE L’ENERGIE DU VIDE

Si l’on cherche alors à se fixer une idée de la puissance de ce «  moteur tapi dans l’ombre de ce vide »  on aboutît à des écarts gigantesques  suivant qu’ on puisse  en faire jaillir  très fugacement des particules et antiparticules , jusque-là virtuelles , ou suivant ce qu’ on calcule par exemple à partir d’évaluations cosmologiques expérimentalement visibles ….. 

En effet ,si l’on effectue la sommation de l'énergie de tous les oscillateurs présumés présents dans tout l'espace cosmique cela donne une quantité infinie. Pour s'en débarrasser, les physiciens ont l’habitude  de « renormaliser » : on considère comme seules significatives les différences d'énergie…. Si  ce coup de pied en touche permet de prédire des résultats permettant l’apparition ponctuelle locale de ces particules, il demeure fondamentalement   une énigme non résolue ….. , tout comme l’espace  courbe de la relativité générale n’est pas l’espace plat de la mécanique quantique ….

La quantité d'énergie du vide, à l'échelle de l'univers, serait modélisée par   la valeur du paramètre ᴧ décrit comme la «  constante cosmologique » dans l'équation d'Einstein.

4 : ET L’EFFET CASIMIR DANS TOUT LE CONTEXTE EXPERIMENTAL DE STEVE LAMOREAUX ???????

L'effet Casimir est dû aux fluctuations du champ électromagnétique, décrit dans le cadre de la théorie de l'électrodynamique quantique. Un adage bien connu dit que «  la plus belle femme du monde ne peut offrir que ce qu’ elle est ! » . Il en est de même pour l’effet Casimir ! Inutile de chercher à en tirer la valeur  de l’énergie du vide ou à fortiori de ᴧ !En effet l’énergie de ce « vide » entre deux plaques se calcule en tenant compte uniquement des photons électromagnétiques (y compris des photons virtuels) dont les longueurs d’onde divisent exactement la distance L entre les deux plaques . Ceci implique que la densité d’énergie du vide est fonction du nombre de photons qui  pourraient exister entre ces deux plaques , c’est-à-dire pourraient y étaler correctement leur longueur d’onde ! Or plus les plaques sont proches, moins il y a de photons obéissant à la règle , car sont exclus les photons dont la longueur d’onde est supérieure à L. Il y a donc moins d’énergie dans ce cas .Si l’on se définit une surface de test pseudo sphérique   ( l’écart variera entre L  et ΔL), c’est bien entendu , pour faire coexister une gamme de plusieurs longueurs d’onde  possibles de photons et pour que chacun puisse « y trouver sa place »…….Toutefois plusieurs critiques peuvent être portées . L’ or , comme tout métal n’est pas un système cristallographiquement parfait ( et c’est souvent une «  solution solide » de ses impuretés !) ,donc il ne faut pas espérer un «  nuage photonique virtuel » homogène….De plus les forces d’adsorption à la surface de l’or sont attractives ( potentiel  LENNARD- JONES  en 1/ r^6) et vont fausser par un effet d’écran  le flux quantique électromagnétique espéré….de sorte que , dans ce « vide » tous les autres bosons de toutes espèces et dont les rayons d’action ( et les longueurs d’onde ) sont de portée plus courte seront «  minorés »  voire «gommés » …..Bref je ne donnerai pas cher de cette valeur d’énergie «  partielle » du vide   fournie par ces dispositifs ……