245- phenomenologie de l’effet casimir

 EXTRAITS DE WIKIPEDIA

Les fluctuations quantiques du vide sont présentes dans toute théorie quantique des champs. L'effet Casimir est dû aux fluctuations du champ électromagnétique, décrit par la théorie de l'électrodynamique quantique.

L’énergie du « vide » entre deux plaques se calcule en tenant compte uniquement des photons (y compris des photons virtuels) dont les longueurs d’onde divisent exactement la distance entre les deux plaques (où n est un entier positif, λ la longueur d’onde d’un photon, et L la distance entre les deux plaques). Ceci implique que la densité d’énergie du vide (entre ces deux plaques) est fonction du nombre de photons qui peuvent exister entre ces deux plaques.

Plus les plaques sont proches, moins il y a de photons obéissant à la règle prescrite, car sont exclus les photons dont la longueur d’onde est supérieure à L. Il y a donc moins d’énergie.

La force entre ces deux plaques, à savoir la dérivée de l’énergie par rapport à L, est donc attractive.

Énergie du vide

L'effet Casimir dérive de la théorie quantique des champs, qui impose que tous les champs fondamentaux, comme le champ électromagnétique, soient quantiques en chaque point de l'espace. De manière très simple, un champ physique peut être vu comme un espace rempli de balles et de ressorts vibrants tous interconnectés ; la force du champ se matérialise comme le déplacement d'une balle depuis une position au repos. Les vibrations dans ce champ se propagent selon l'équation d'onde appropriée pour le champ particulier en question.

L'hypothèse de seconde quantification de la théorie quantique des champs requiert que chaque combinaison balle-ressort soit quantique, c'est-à-dire, que la force du champ sera quantique en chaque point de l’espace. Le champ se décrit partout comme un oscillateur harmonique simple. Les excitations du champ correspondent à des particules élémentaires de la physique des particules. Toutefois, le vide a une structure complexe. Tous les calculs de la théorie quantique des champs doivent être rendus relatifs à ce modèle de vide.

Le vide a, implicitement, toutes les propriétés qu'une particule peut avoir : spin, polarisation dans le cas de la lumière, énergie, etc. Toutes ces grandeurs ont des valeurs moyennes nulles : le vide est, après tout, « vide » en ce sens, à l'exception près de l'énergie. La quantification d'un oscillateur harmonique simple montre que son énergie minimale, encore appelée énergie du point zéro, vaut : E = ½ hw

COMMENTAIRES

L’explication de l’effet casimir est rien moins que très problématique. Deux questions sont à soulever : le rôle attractif des photons et le statut plus qu’étrange d’un vide à « structure complexe ».

1) A priori, nous ne voyons pas d’où sont émis ces photons qui possèdent curieusement une pouvoir attractif. La production de photons suppose l’excitation des électrons pour atteindre une orbitale d’énergie supérieure, ce qui suppose un apport d’énergie externe aux deux plaques. Or dans l’effet Casimir, l’énergie est auto-produite par le système, ce qui en fait tout l’intérêt. Cependant, nous savons que tout atome est entouré d’un champ d’ondes EM, mais celui-ci fonctionne en répulsion et interdit tout rapprochement au deçà d’une certaine distance. Dès lors, l’attraction entre plaques ne peut pas être le fait de leur structure et fonctionnement internes. Il faut donc recourir à une force externe, d’où cette énergie du vide.

2) La phénoménologie du vide nous apparaît sidérante. Nous apprenons que ce vide composé d’un rien à : « implicitement, toutes les propriétés qu'une particule peut avoir : spin, polarisation dans le cas de la lumière, énergie », «  il comporte des photons virtuels », « De manière très simple, un champ physique peut être vu comme un espace rempli de balles et de ressorts vibrants tous interconnectés »

Nous ne reviendrons pas sur la critique de ce vide quantique, de cet objet physique inexistant mais dont les multiples manifestations et propriétés nous contraignent à lui donner un statut de « préréalité » car composé d’une substance, la prématière.

3) L’effet Casimir est donc dû essentiellement à cet effet du « vide ». Or, nous venons de le démontrer, les plaques ne s’attirent nullement mais sont propulsées l’une vers l’autre par un effet externe du vide qui fonctionne comme « une force de pression ». Cette force de pression est celle qu’exerce la prématière sur tout corps plongé au sein de l’espace-substance et dont nous avons montré qu’elle fonctionne comme principe d’inertie, interdisant les vitesses infinies.

L’explication de l’effet casimir en devient très simple : à une distance L, parfaitement mesurée, la pression de l’espace-substance devient supérieure à la répulsion du champ EM du système des deux plaques. Cette distance L s’analyse en termes de longueurs d’onde, à ceci près que la longueur d’onde en question est celle du système répulsif des plaques : la pression de la prématière est uniforme et ne s’exprime pas par l’émission de corpuscules photoniques, virtuels ou réels, comme la théorie standard l’imagine.

Action de la pression de la substance de l'espace sur les plaques .( dans le dessin du haut, il s'agirait de photons, dans celui du bas, plus conforme à notre thèse, nous avons une pression de l'espace de prématière)