Vide et espace. Fluctuation du vide. Comment un photon virtuel devient-il réel?

[invite33b26c8f]

1) Si on considère que l'espace-temps est le champ gravitationnel (LQG), ce champ repose-t-il sur un vide? Peut-on considérer qu'il y a une différence entre le vide et espace-temps?
2) Fluctuation du vide: des paires de de particules/antiparticules apparaissent et disparaissent en permanence dans le vide. J'ai cru comprendre que rien ne provoquait cela, que c'était dans la nature du vide. Ces fluctuations se font-elles vraiment au hasard? A-t-on pu expliquer les raisons de ce comportement du vide? Les virtualités qui la composent possèdent-elles de l'énergie? Si oui, pourquoi ne deviennent-elles pas réelles, et pourquoi dit-on que l'énergie émise par un électron est récupérée par un photon virtuel du vide qui devient un photon réel? Sinon, ont-elles toutes les autres propriétés des particules réelles sauf l'énergie?
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[invite54165721]

pourquoi ne deviennent-elles pas réelles, et pourquoi dit-on que l'énergie émise par un électron est récupérée par un photon virtuel du vide qui devient un photon réel? Sinon, ont-elles toutes les autres propriétés des particules réelles sauf l'énergie?

Bon,jour,

Il y a bien un cas prédit par Hawking ou une particule virtuelle devient réelle. c'est à la limite de l'horizon d'un trou noir. une des deux d'un couple particule antiparticule virtuels est absorbée par le trou noir et l'autre devient réelle participant au rayonnement du trou noir.
Ceci me semble t il reste tout à fait théorique.

Les transitions vide vide apparaissent en théorie des perturbations. J'aimerais savoir si elles existent dans un autre cadre.

[invite1ab59cc3]

Je crois que ce qui diférentie un photon réel d'un photon virtuel, c'est sa durée d'existence.

Prenons l'analogie suivante : L'océan

Il existe des trains de houle perceptibles trés longtemps, il existe même des "Solitons" capables de traverser l'océan tout entier ( trés grande durée relative de vie ).

Il existe également des vagues de trés haute énergie dites "Vagues scélérates " capables de briser n'importe quel navire.

Il existe aussi des vaguelettes, dons l'énergie est proche du niveau le plus bas ( comme le niveau d'énergie du vide ), qui ne cessent d'apparaitre et de disparaitre pendant un temps trés court...

Elle sont à la frontière de l'existence/inexistence.

Cordialement,

Mumyo

[invite54d2d108]

Salut, il y a certaine discipline comme les sciences du cerveau et de la perception qui sont élaborées sur des lois méconnues...

Comment un photon devient réel???????

J'aime beaucoup cette question car elle met en évidence le principe dédification de la réalité...

L'univers est un ensemble de systèmes, ces systèmes sont liés à des normes de convergeance, de saturation... on peut aussi dire que ces systèmes sont l'extention optimale des "structures minimales" - Imaginez des multitudes de spirales dépendantes les unes des autres, les galaxies en sont un parfait exemple...

Revenons au photons, s'il doit devenir réel à un instant t, c'est qu'il est irréel ou virtuel à t-1 ...

J'ai décrit il y a quelques temps sur un exposé, une structure qui serait une des plus simples manières de représenter l'Univers et ses structures...

Est ce que je continue ou je stoppe ? ? ?

Je pose la question car j'ai essuyé des attaques sur mes idées avant même de pouvoir les exposer parce que certains pensent avoir la science infuse...

Si ce sujet vous interresse, faites le moi savoir...

A bientot

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite8ef897e4]

1) Si on considère que l'espace-temps est le champ gravitationnel (LQG), ce champ repose-t-il sur un vide?

Non. C'est comme demander "ou se trouve la metrique ?". Le champ gravitationel en LQG est l'espace-temps, il ne repose sur rien d'exterieur.

Peut-on considérer qu'il y a une différence entre le vide et espace-temps?

Oui. Le vide est l'etat fondamental de tous les champs, y compris le champ gravitationnel.

2) Fluctuation du vide: des paires de de particules/antiparticules apparaissent et disparaissent en permanence dans le vide. J'ai cru comprendre que rien ne provoquait cela, que c'était dans la nature du vide. Ces fluctuations se font-elles vraiment au hasard?

Le hasard le plus chaotique, oui.

A-t-on pu expliquer les raisons de ce comportement du vide?

Oui, c'est la theorie quantique des champs, qui decrit la nature ephemere de la vie (relativistiquement)

Les virtualités qui la composent possèdent-elles de l'énergie?

Oui et non, la question merite une plus longue discussion. Mis a part l'evaporation des trous noirs prevue par Hawking mentionne par alovesupreme, il y a aussi l'effet Casimir, qui a ete mesure depuis longtemps.

Si oui, pourquoi ne deviennent-elles pas réelles, et pourquoi dit-on que l'énergie émise par un électron est récupérée par un photon virtuel du vide qui devient un photon réel?

Les particules virtuelles composant les fluctuations du vide sont une facon de se representer un processus quantique, il faut y prendre garde car on raconte facilement des betises en faisant ce genre de choses. A la fin, les calculs d'observables sont seuls juges. Il se trouve que les particules virtuelles deviennent reelles pour un observateur en acceleration, c'est l'effet Unruh tout a fait analogue a la temperature d'Hawking.

Sinon, ont-elles toutes les autres propriétés des particules réelles sauf l'énergie?

Les particules virtuelles ont toutes les proprietes des particules reelles avec en plus la possibilite de prendre une masse arbitraire mais avec en moins la possibilite de se propager a l'infini.

[Weensie]

Bonsoir ,
Il faut veiller à employer une sémantique plus appropriée au sujet .
L'espace temps n'est pas assimilé au champ gravitationnel en aucun cas .
Que signifie l'espace temps repose sur un vide ?
La question : "peut on considérer un différence entre le vide et l'espace temps ?"
N'a pas de sens en soi puisque l'on parle de deux hoses qui n'ont pas la même nature . L'espace-temps , comme j'ai tenté de l'expliquer dans d'autres discussions , est une propriété métrique , tandis que le vide est l'absence de matière , grossièrement ( ce qui n'emêche pas des fluctuations énergétiques en son sein) . je crois qu'il ne faut pas faire l'erreur de penser qu'il y a un "éther" qui serait notre espace temps.

Deuxiemement , l'annihilation matiere/antimatiere a pour conséquence de former de l'énergie . Mais n'a pas à mon sens un lien direct avec les fluctuations du vide et la création des particules virtuelles .

en ce qui concerne les fluctuations du vide , il ne faut pas croire que le vide se met à danser et puis fait apparaitre une jolie particule pendant un instant .
La réalité réside dans leprincipe d'incertitude mêlé à la relativité : je te conseille d'ailleurs de lire l'excellent article introductif sur wikipedia :http://fr.wikipedia.org/wiki/Particule_virtuelle .
Tu verras donc que ce qui différencie cette particule "virtuelle" de la particule réelle est sa durée de vie et puis le fait que son existence soit une conséquence du principe d'incertitude .
Voila ,
a bientôt!

[Weensie]

. . . . . .

[Deedee81]

Salut,

L'espace temps n'est pas assimilé au champ gravitationnel en aucun cas .

En effet et la différence est malheureusement difficile à demêler.

Saperlotte de saperlotte, j'aurais bien voulu discuter sur ce sujet. Mais je dois partir

Bon, on verra lundi ou peut-être dimanche

Bon week end à tous.

[invite8ef897e4]

L'espace temps n'est pas assimilé au champ gravitationnel en aucun cas .

Je n'ai personellement pas commente la-dessus, qui est en contradiction directe avec

Le champ gravitationnel [...] est l'espace-temps

Peut-etre quelqu'un d'autre pourrait donner son avis ? Rincevent ?

[bigarreau]

Non. Les particules virtuelles ont toutes les proprietes des particules reelles avec en plus la possibilite de prendre une masse arbitraire mais avec en moins la possibilite de se propager a l'infini.

bonjour,

peux tu en dire plus là dessus? ça signifie qu'on peut avoir un elctron virtuel qui n'a pas la masse de l'electron réel? si la durée de vie depend de la masse de la particule (il me semble?), la durée de vie est elle aussi arbitraire?
merci

[Deedee81]

Bonjour,

Après avoir regardé les réponses, en définitive y a plus grand chose à dire

Juste sur les questions à la fin.

Je n'ai personellement pas commente la-dessus, qui est en contradiction directe avec
Peut-etre quelqu'un d'autre pourrait donner son avis ? Rincevent ?

Je n'ai pas le niveau de Rincevent, mais je me jette.

Oui, Weensie a raison.... et toi aussi. Les deux sont très emmelés.

Rigoureusement, le champ gravitationnel n'est pas l'espace-temps. En effet, dans un espace-temps plat, le champ gravitationnel n'existe pas.

En RG il est plus logique (je pense) d'identifier le champ gravitationnel à la courbure de Riemann, celle-ci traduisant les effets de marrées et l'équation de déviation géodésique. Tu peux aussi voir le champ gravitationnel comme la connexion (équation des géodésiques). Ou comme le tenseur de Weyl (tenseur de Riemann sans trace).

Voir par exemple :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Tenseur_de_Weyl

sa structure donne la totalité de la structure du champ gravitationnel dans les régions vides de matière

En tous les cas, il est difficile de démêler les deux puisque le champ gravitationnel est une déformation de l'espace-temps lui-même.... alors que, invariance par difféomorphisme oblige, il n'y a pas "d'arrière-plan" en RG, pas de scène de théâtre fixe et absolue sur laquelle se déroulent les événements".

Bref, c'est bien difficile de faire la part des choses et de l'exprimer dans un langage vulgarisé.

Toutefois, une vision arrière-plan peut aider. Tu peux considérer (par exemple) une métrique de Minkowski d'arrière-plan (ou une autre, disons Schwartzchild) et considérer la gravité comme un champ qui s'ajoute au tenseur métrique :

Puis tu linéarises les équations (géodésiques et équations d'Einstein).

Là au moins la séparation est claire.

Tu peux même quantifier ça et les modes de vibrations de l'espace-temps quantifiés sont les gravitons (d'où le fait qu'ils sont de spin 2 : car les ondes gravitationnelles sont d'hélicité 2 et c'est lié au caractère tensoriel de rang 2 de ) ou utiliser Schwartzchild et retrouver les résultats de Hawking (en fait là on ne considère que les champs de matière, pas les gravitons, de toute façon la théorie de RG quantique même linéarisée est non renormalisable, hélas).

Il faut bien avouer qu'on a beaucoup de mal à visualiser le cas complet (non linéarisé, sans arrière-plan) et à le quantifier (LQG).

peux tu en dire plus là dessus? ça signifie qu'on peut avoir un elctron virtuel qui n'a pas la masse de l'electron réel? si la durée de vie depend de la masse de la particule (il me semble?), la durée de vie est elle aussi arbitraire?

Plutôt que de parler de masse arbitraire, je parlerais plutôt d'énergie arbitraire (y compris négative). La distinction entre particule virtuelle/réelle est totalement conventionnelle et vient de la manière de les traiter en théorie quantique des champs :

- une particule virtuelle est créée puis détruite (par interaction avec d'autres particules), non observée (mesurée) directement et de durée de vie limitée
- une particule réelle est créée mais pas détruite, observée (éventuellement, mesurée à la fin) et de durée de vie infinie.

Dans un diagramme de Feynman, que l'on parle de transition vide-vide ou pas, les particules virtuelles sont les lignes internes et les réelles les lignes externes.

En réalité, tout particule a une durée de vie limitée. Une particule que tu mesures est bien en interaction et détruite (ou diffusée). Par exemple, un photon absorbé par une molécule de nitrate d'argent sur une plaque photographique.

Mais, en pratique, la durée de vie est tout de même très différente.

Pour une durée de vie infinie, l'énergie peut être (et est) fixée avec une grande précision. Pour une durée de vie finie, l'énergie n'est pas fixée (indétermination oblige) : il faut intégrer (dans un diagramme de Feynman, on intègre sur toutes les énergies/impulsions internes en respectant certaines règles dont les lois de conservation).

Quand on voit ça, on comprend qu'une particule virtuelle n'est pas vraiment différente d'une particule réelle. Tu peux prendre un diagramme de Feynman, le couper en deux, et ce qui était une particule virtuelle devient réelle. Or cette coupure est conventionnelle : tu ne fais qu'isoler la partie de l'intreraction que tu veux étudier (par exemple la partie gauche que tu conserves est ton expérience et celle de droite que tu ignores l'interaction d'un photon "interne" avec la molécule de nitrate d'argent).

[invite8ef897e4]

Rigoureusement, le champ gravitationnel n'est pas l'espace-temps.

Qu'en est-il en LQG ?

En effet, dans un espace-temps plat, le champ gravitationnel n'existe pas.

C'est une abstraction mathematique ca

Je n'ai jamais aime cette formule. Si tu consideres que le graviton virtuel doit transmettre l'interaction, les fermions ne saurons pas coupler avec un tel graviton :-p

[Karibou Blanc]

C'est une abstraction mathematique ca

Pour ma part je ne sais pas trop, mais ! L'espace-temps peut etre plat (le fond) et la champ gravitationnel peut ne pas etre nul. C'est le cas des ondes gravitationnelles loin des sources. C'est comme en EM, il n'y a pas besoin d'y avoir de charge pour avoir un champ EM non nul car des ondes peuvent se propager.

Je n'ai jamais aime cette formule

Moi non plus en fait il faudrait mieux écrire : où h est maintenant une fluctuation quantique qu'on peut traiter en théorie des perturbations.

Si tu consideres que le graviton virtuel doit transmettre l'interaction, les fermions ne saurons pas coupler avec un tel graviton

euh non il y a la tétrade, le fermion couple bien au champ gravitationnel via le vielbein et également via la mesure généralement covariante .

[Karibou Blanc]

Tu verras donc que ce qui différencie cette particule "virtuelle" de la particule réelle est sa durée de vie et puis le fait que son existence soit une conséquence du principe d'incertitude .

A la fin de la journée, ce qui différencie véritablement une particule virtuelle d'une particule réelle, c'est que la première ne satisfait pas sur sa couche de masse, c'est à dire qu'elle vérifie :. Dis autrement, une particule virtuelle peut aller plus vite que la lumière, ce qui laisse juger de sa virtualité

[Weensie]

Je ne savais pas qu'elle pouvait aller plus vite que la lumiere!

[Rincevent]

Bonjour,

quelques commentaires rapides en passant

Rigoureusement, le champ gravitationnel n'est pas l'espace-temps.

oui mais non. Pour résumer, c'est une discussion qui n'admet pas de réponse unique et ça dépend de la personne, de la théorie dans laquelle celle-ci se place et de la façon dont cette théorie est interprétée. Ce qui rejoint par exemple aussi la question : la RG est-elle une théorie relationnelle ? [car si c'est le cas, la réponse triviale est : l'espace-temps n'existe pas donc la question ne se pose pas ]

D'autre part, on ne peut pas dire qu'il y a sans ambiguïté aucune un objet mathématique qui "est" le champ gravitationnel. Tout dépend des variables retenues pour modéliser la théorie et tout dépend donc aussi de la théorie (sans même aborder les complications supplémentaires sur l'"existence réelle" qu'implique l'invariance de jauge).

Ainsi, si on reste dans le pur cadre de la RG, y'a déjà plusieurs "interprétations" usuelles : la métrique g ou bien les Christoffel (la connexion). Généralement on dit que l'espace-temps de Minkowski a une énergie gravitationnelle nulle (ou "pas de gravitation"), mais bien un champ gravitationnel et l'on considère que le champ g dans son ensemble [je veux dire sans linéarisation aucune] est le champ gravitationnel qui dans ce cas précis ne crée aucune "gravitation".

Pour ce qui est du tenseur de Riemann, c'est effectivement lui qui qualifie l'intensité de la gravitation, mais on ne le considère généralement pas comme "étant" le champ gravitationnel (j'ai bien dit "généralement" car ça se défend aussi même si je pense que la tendance serait de dire que g est le champ gravitationnel et Riemann "la gravitation", au sens l'effet de ce champ). Quant au tenseur de Weyl, il est ce qui reste de Riemann quand on se place dans le vide [car Riemann = Ricci + Weyl avec Ricci = 0 dans le vide], du coup on le qualifie aussi parfois comme ça, mais uniquement dans le vide.

Reste que quand on essaie d'aller un peu plus loin (en tentant de quantifier ou en donnant d'autres degrés de liberté tels que la torsion), on peut se retrouver à utiliser comme variables la tétrade et les connexions, et par exemple Rovelli considère que la tétrade est le champ gravitationnel [ce qui se justifie entre autres choses par son rôle pour le couplage aux fermions rappelé par Karibou].

Toutefois, une vision arrière-plan peut aider.

pas lorsque l'on cherche à "nommer les concepts" et faire la distinction entre les "objets" en jeu.

Puis tu linéarises les équations (géodésiques et équations d'Einstein).

Là au moins la séparation est claire.

oui, mais ce n'est plus de la RG...

Qu'en est-il en LQG ?

d'après mes quelques notions sur ce sujet, la tendance est de considérer que l'espace-temps est strictement le champ gravitationnel [l'invariance sous les difféomorphismes de la RG ayant annihilé toute existence à la "variété" espace-temps], lequel est purement quantique. Donc pour faire "simple" [voire simpliste], on peut dire que l'idée est grossièrement que l'espace-temps n'existe pas "en soi" et n'est qu'un sous-produit émergent à nos échelles.

L'espace-temps peut etre plat (le fond) et la champ gravitationnel peut ne pas etre nul. C'est le cas des ondes gravitationnelles loin des sources. C'est comme en EM, il n'y a pas besoin d'y avoir de charge pour avoir un champ EM non nul car des ondes peuvent se propager.

ce point de vue est biaisée par l'approche perturbative. Si tu as des ondes gravitationnelles, l'espace-temps n'est pas plat en toute rigueur. Il ne l'est qu'approximativement.

D'autre part une différence importante entre la RG et l'EM est que la "gravitation gravite" : en raison des non-linéarités les ondes gravitationnelles génèrent elles-mêmes du champ gravitationnel. En RG, dès que tu as une onde gravitationnelle, tu as de l'énergie et tu as donc une source, même si ce n'est pas de la matière.

Moi non plus en fait il faudrait mieux écrire : où h est maintenant une fluctuation quantique qu'on peut traiter en théorie des perturbations.

le mieux est même de ne pas séparer du tout

[Deedee81]

Rebonjour,

C'est une abstraction mathematique ca

C'était juste pour illustrer la différence. C'est certain que ce n'est jamais tout à fait Minkowski dans toute région finie

oui mais non.

Je pensais avoir clairement montré que justement c'était ambigu et qu'on avait plusieurs "choix". Je suis évidemment d'accord avec tes précisions.

[théortie linéarisée]
oui, mais ce n'est plus de la RG...

A proprement parler, oui, cela avait juste un but pédagogique (peut-être très mauvais ?) car justement la full RG c'est assez difficile à digérer d'un coup.

[LQG]
d'après mes quelques notions sur ce sujet, la tendance est de considérer que l'espace-temps est strictement le champ gravitationnel [l'invariance sous les difféomorphismes de la RG ayant annihilé toute existence à la "variété" espace-temps], lequel est purement quantique. Donc pour faire "simple" [voire simpliste], on peut dire que l'idée est grossièrement que l'espace-temps n'existe pas "en soi" et n'est qu'un sous-produit émergent à nos échelles.

Oui, c'est exact. On "factorise" les contraintes (invariance de jauge et invariance par difféomorphisme) et on peut dire que le reste, c'est de la "pure gravitation" (enfin, c'est une façon un peu barbare de le dire, mais voilà).

Bon, cette fois, je suis parti pour de bon, à demain,

[Weensie]

C'est fou ca!
La courbure spatio-temporelle est dûe au champ gravitationnel mais ca ne signifie pas que l'espace-temps est lui-même le champ , bien qu'ils interagissent directement .
Dans le cas d'une métrique minkowskienne (+---) , les tenseurs de courbure sont liés à la présence d'un champ de gravitation .
Mais ce n'est pas la même chose! l'espace temps n'est qu'une notion mathématique et abstraite et non un "éther" .

[Rincevent]

A proprement parler, oui, cela avait juste un but pédagogique (peut-être très mauvais ?) car justement la full RG c'est assez difficile à digérer d'un coup.

le problème c'est que l'approche linéaire tue complètement tout ce qui est "l'esprit de la RG" (et qui est souvent mis de côté dans les cours d'intro). Elle participe grandement à faire oublier la différence entre l'invariance sous les difféomorphismes et celle sous les changements de coordonnées, elle zappe les aspects topologiques, elle donne un rôle particulier aux cônes de lumière minkowsiens lesquels n'ont aucune réalité physique, etc. Toute la background indépendance est complètement perdue.

[Deedee81]

Bonjour,

le problème c'est que l'approche linéaire tue complètement tout ce qui est "l'esprit de la RG" (et qui est souvent mis de côté dans les cours d'intro). Elle participe grandement à faire oublier la différence entre l'invariance sous les difféomorphismes et celle sous les changements de coordonnées, elle zappe les aspects topologiques, elle donne un rôle particulier aux cônes de lumière minkowsiens lesquels n'ont aucune réalité physique, etc. Toute la background indépendance est complètement perdue.

En effet. Donc, forcément, tintin pour le coté pédagogique. D'ailleurs, je ne connais pas de bouquin sur la RG qui commence par la RG linéarisée (en général ce n'est que dans la partie qui aborde les ondes gravitationnelles). Très mauvaise idée de vouloir illustrer les aspects les plus importants de la RG en raisonnant avec la linéarisée Merci d'avoir rectifié le tir.

[Rincevent]

salut,

Ça dépend de ce sur quoi ta pédagogie veut insister... L'approche "linéarisée" se trouve par exemple au début du bouquin de Straumann (qui est un bon bouquin complet et géométrique de RG) et dans celui de Feynman (ce dernier n'étant toutefois pas un bouquin de RG à proprement parler). Les raisons pour le faire sont historico-physiques. Straumann replace ainsi la RG dans un cadre historique en mentionnant au passage les tentatives scalaires de Nordstrom, "montrant" que le spin 2 est inévitable et qu'avec celui-ci doivent venir des non-linéarités (ce qu'il fait aussi dans cet article), qui ont pour conséquence de "dissoudre" le background initial.

Quant à Feynman, son bouquin traite avant tout de gravitation quantique et il la développe donc avec une approche "théorie des champs", laquelle reste utile pour comprendre certains aspects de la gravitation (surtout quand c'est Feynman qui te l'explique ), même si elle met de côté "l'esprit géométrique" [ce qui reste néanmoins un "grand dommage pédagogique" pour qui veut saisir "l'esprit" de la RG].

[Deedee81]

Quant à Feynman, son bouquin traite avant tout de gravitation quantique et il la développe donc avec une approche "théorie des champs", laquelle reste utile pour comprendre certains aspects de la gravitation (surtout quand c'est Feynman qui te l'explique ), même si elle met de côté "l'esprit géométrique" [ce qui reste néanmoins un "grand dommage pédagogique" pour qui veut saisir "l'esprit" de la RG].

Je n'ai pas lu ces deux livres. Par contre, oui, en effet, j'ai plusieurs articles de gravitation quantique commençant par ou ne traitant que de la RG linéarisée.

Mais, bon, ce n'est pas ce que j'appellerais "pédagogie pour apprendre la RG"

Pour être honnète, il faut surtout bien dire que j'ai voulu trop en mettre dans un seul message, gloires et déboires des explications à travers un forum . D'où mon dérappage.

C'est fou ca!
[....]
Mais ce n'est pas la même chose! l'espace temps n'est qu'une notion mathématique et abstraite et non un "éther" .

Bonjour Weensie,

Excuse-moi, je n'avais pas vu ton message, mais a qui réponds-tu ? A moi ? (mais dans ce cas je ne comprends pas bien ton message et, qui plus est, je n'ai vu personne dans ce fil parler de l'éther).

[Weensie]

Non bien sur deedee pas à toi mais a d'autres gens du forum !
En effet , personne ne parle d'éther mais je sens qu'il y en a certains qui le considerent comme matériel , quasiment palpable , alors que c'est une propriété géométrique abstraite de notre univers et qui n'est compréhensible que mathématiquement parlant au fond .
En ce qui concerne Feynman , c'est une lecture que je te conseille , c'est un bonheur absolu