L’énergie du vide

[eaglestorm]

Bonjour,

je viens de lire cet article sur l’énergie du vide

http://sciencetonnante.wordpress.com...e-la-physique/

je ne sais pas si j'ai bien compris

en fin d'article il parle d'une différence d’un facteur "10 puissance 120" entre la théorie (mécanique quantique) et la pratique (observation cosmologique)

peut on en déduire que c'est l'ordre de grandeur qui sépare les calculs (ou résultats, je sais pas) de la mécanique quantique et de la relativité générale que l'on tente de fusionner ?

Merci.

Cordialement.
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[Armen92]

La mécanique quantique ne peut pas faire de prévisions cosmologiques.
La RG ne peut pas donner le spectre des atomes (pour ne citer qu'un exemple).
Chacune a son domaine d'application.
Il n'y a pas de différence en pratique entre ce que dit la MQ et ce que l'on observe là où elle s'applique.
La plus grosse difficulté pour unir les deux vient que l'une (la MQ) présuppose un espace physique donné et immuable, tout le contraire de ce que dit la RG.

[stefjm]

et le 10^120 entre les deux théories???

[bobdémaths]

Bonjour,

Comme tu le dis, il s'agit plutôt d'une différence entre une échelle provenant de la théorie et l'observation :

en fin d'article il parle d'une différence d’un facteur "10 puissance 120" entre la théorie (mécanique quantique) et la pratique (observation cosmologique)
[/U] ?

Cependant, la théorie n'est certainement pas la mécanique quantique, du moins pas dans sa formulation la plus basique. En effet, on a besoin pour faire cette prédiction d'introduire la constante de Newton, qui décrit la gravitation.

D'autre part, la mécanique quantique (même en tenant compte de la constante de Newton) ne prédit pas de valeur pour l'énergie de vide, elle donne seulement une valeur naturelle, qu'il faut multiplier par un certain coefficient pour obtenir la valeur réelle. Ce qui est étonnant, c'est que ce facteur est extrêmement faible (de l'ordre de 10^-120), et on ne sait pas expliquer cela. Mais il faut bien comprendre que le coefficient en question dépend de la théorie précise qu'on considère. Par exemple, dans le cadre de la supersymétrie, il vaut exactement 0 !

Enfin, la Relativité générale ne prédit absolument pas une certaine valeur d'énergie du vide, elle autorise simplement le vide à avoir une certaine énergie, sans rien dire de sa valeur.

[A voir en vidéo sur Futura]

[eaglestorm]

Merci pour vos avis.

[doul11]

Bonjour,

Je ne comprends absolument rien a cette notion d’énergie du vide :

En cosmologie on dit que l'espace-temps est globalement plat, j'en déduit que le vide n'a pas d'effet puisque il n'y a pas de courbure. Pourquoi associer la constante cosmologique a l'énergie du vide ?

En mécanique quantique l'énergie du vide est définie comme le niveau de référence, pour moi ça n'a pas de sens de parler d'énergie dans l'absolu, ce qui est physique c'est la différence entre deux niveaux, non ?

[stefjm]

En mécanique quantique l'énergie du vide est définie comme le niveau de référence, pour moi ça n'a pas de sens de parler d'énergie dans l'absolu, ce qui est physique c'est la différence entre deux niveaux, non ?

Mais en relativité, il y a une énergie de masse au repos qui n'est pas une différence.

[roro222]

En mécanique quantique l'énergie du vide est définie comme le niveau de référence, pour moi ça n'a pas de sens de parler d'énergie dans l'absolu, ce qui est physique c'est la différence entre deux niveaux, non ?

Bonjour
Je suis d'accord avec ton interprétation
Cependant, si nous considérons notre bulle univers comme finie (13,7 milliards d'A.L)
Le nombres de particules ainsi que le nombres de radiations est finies
Donc, chaque points de l'espace contient l'énergie de la sommation de toute les ondes qui le traversent
Deux points distants considérés n'ayant pas la même sommation au même moment, il y a bien une différence
Conclusion: le vide contient bien de l'énergie

[albanxiii]

Bonjour,

Donc, chaque points de l'espace contient l'énergie de la sommation de toute les ondes qui le traversent
Deux points distants considérés n'ayant pas la même sommation au même moment, il y a bien une différence
Conclusion: le vide contient bien de l'énergie

Et s'il n'y a pas d'onde qui passe par là ?

Doul11 et stefjm ont mis le doigt sur un problème. En théorie quantique des champs, la première chose qu'on étudie c'est l'oscillateur harmonique ("faire des études de physique théorique, c'est étudier l'oscillateur harmonique de façon de plus en plus sophistiquée" je ne me souviens plus de l'auteur...), et on représente le champ électromagnétique par une collection de tels oscillateurs (un oscillateur = un mode, et les excitations d'un mode correspondent aux photons de ce mode).
A peine a-t-on calculé l'énegie du champ électromagnétique qu'on se retrouve avec une énergie infinie. On s'en sort en passant le 1/2 à la trappe, et on dit, comme doul11, qu'on ne mesure que des différences d'énergie. Mais stefjm a raison, en relativité l'énergie est absolue... Ce problème est un problème ouvert.

@+

[roro222]

Et s'il n'y a pas d'onde qui passe par là ?

Hé bien le différentiel avec un autre lieu ou il en passe n'en est que plus grand

[Deedee81]

Salut,

Un petit truc en passant :

En cosmologie on dit que l'espace-temps est globalement plat

C'est l'espace qui est plat (euclidien). L'espace-temps, lui, n'est pas plat, il a une courbure (associée à l'expansion).

Attention, la RG c'est pas facile, la MQ c'est pas facile, la théorie quantique des champs c'est hard, alors imaginez quand on fait de la théorie quantique des champs en espace-temps courbe. Rien n'y est intuitif. Et ce n'est même pas encore de la gravité quantique !

Désolé de ne pas avoir le temps de creuser plus.

[mike.p]

Cependant, si nous considérons notre bulle univers comme finie (13,7 milliards d'A.L)
Le nombres de particules ainsi que le nombres de radiations est finies

Bonjour,

accesoirement :
Si 13.7 Mds d'années c'est l'âge théorique de l'univers , sa taille actuelle est très difficile à évaluer.
Jean-Loup Puget à l'IFPRU , à propos des résultats de Wmap , suggérait que l'univers était des centaines de fois plus grand que l'horizon s'il était fini et courbé. Même s'il était fini et plat , les objets , observés tels que dans le passé , continuent à s'éloigner, donc les distances que nous voyons se sont allongées...

http://www.youtube.com/watch?v=yuBlogwF9XQ
( à partir de 0:57:50 à 0:59 mais il vaut mieux la voir en entier )

[stefjm]

Deux points distants considérés n'ayant pas la même sommation au même moment, il y a bien une différence

D'un autre coté, un même moment en RG n'est pas particulièrement facile à définir, et bien que l'énergie soit absolue, elle ne se conserve plus.
Conclusion : pas trop facile de savoir de quoi il est question.

[albanxiii]

Re,

Hé bien le différentiel avec un autre lieu ou il en passe n'en est que plus grand

Cela ne veut pas dire grand chose.... rien en fait...

Mais si on reprend ce que vous dites dans le message précédent on voit que vous dites juste qu'une onde peut transporter de l'énergie, éventuellement, dans le vide, mais c'est juste une propriété de l'onde, pas du vide. Le vide il voit juste une onde passer dans votre phrase.

@+

[roro222]

..... mais c'est juste une propriété de l'onde, pas du vide.....

Pas si sur que ça
Si nous prenons une vague sur l'eau, est-ce la vague ou l'eau qui transporte l'énergie ?
C'est bien une propriété de l'eau de transmettre de proche en proche la surélévation de ses molécules, soit une énergie gravitationnelle
Le mot "onde" n'est qu'un concensus de langage pour désigné ce monticule ou creux qui se déplace.
Pour les ondes éléctromagnétiques, je pense qu'il en est de même, c'est bien une propriété du vide (ou de la matière dans certains cas) de transmettre de proche en proche ce champs, soit une énergie électromagnétique.
Le mot "onde" n'est qu'un concensus de langage pour désigné cette compression-dépression de champs qui se déplace.

[albanxiii]

Re,

Dans mes messages précédents, je distingue contenant et contenu, et j'ai l'impresion que vous, non. Bien sur, il faut un support pour transporter une onde (au sens large, ce support étant le vide pour les ondes électromagnétiques), mais en physique classique, par exemple, le vide sans onde, c'est juste du vide, pas d'onde et donc pas d'énergie.
Pour votre exemple de vagues à la surface de l'eau, c'est pareil : pas de vague, pas d'énergie. Les vagues échangent dans ce cas là de l'énergie à l'eau, et on a propagation, etc.

Il faut donc que vous précisiez dans quel cadre vous vous placez, sinon on peut continuer longtemps ce qui peut ressembler à un dialogue de sourds

@+

[Gilgamesh]

un repost sur le sujet :

A la base...

Ce qu'on appelle la matière, c'est un vide qui n'est pas à son état d'énergie minimal, c'est à dire un vide excité.

Ce qu'on appelle le vide c'est un ensemble de champs, un pour chaque particule élémentaire, à leur état d'énergie minimal. Même dans cet état minimal, le champs conserve une activité résiduelle qui produit des couples de particules qui se résorbent en un temps très court (d'autant plus court que la particule produite est massive). Le vide est une ruche vibrionnante qui produit de la matière à jet continu. Mais il s'agit d'une matière virtuelle, c'est à dire que ces particules ne peuvent pas interagir avec une particule réelle, un détecteur de particules par exemple (elles produisent par contre un effet collectif qui joue un rôle important dans la théorie des champs quantiques).

L'énergie par unité de volume rho autrement dit la densité d'énergie du vide (en J/m3, par exemple) résulte d'une sommation sur les champs quantique.

L'énergie E d'un champ en théorie quantique c'est :

E = (n + 1/2)hv

avec
h la cte de Planck
v la fréquence (pour une particule de masse m au repos, on a hv = mc²)
n = 0, 1, 2... le nombre de particules (réelles) du champ.

n>0 représente l'état excité, le champ génère de la matière
n=0 représente l'état d'énergie minimal du champ, cad le vide.

D'où l'énergie de point zéro du champ :

E(n=0) = hv/2

...qui n'est pas nulle.

Pour calculer l'énergie de vide, on intègre sur tous les champs de toutes les particules (fermions, bosons) pour obtenir un total.

Et là, c'est le drame...

L'intégrale donne une densité d'énergie de l'ordre de ~1e120 fois l'énergie mesurée. Notre vide semble étonnamment peu énergétique. C'est le problème dit de la constante cosmologique. Sans doute le problème ouvert le plus brûlant de la physique actuelle.

Mais bon...

Si on passe ça sous le tapis, l'idée est que "naturellement" on a une "énergie plancher" qui se déduit du formalisme fondamental la théorie quantique des champs. Comme il s'agit de l'état fondamental des champ, l'idée d'une "dilution" est sans objet. Cela signifierait que les lois de la physiques changent avec l'expansion.


Vide et expansion

Si je prend un système constitué très simplement d'un volume de vide et que j'augmente ce volume, en lui faisant subir une expansion, que se passe t'il ? J'ai crée un volume plus grand d'espace remplis de vide. Comme ce vide représente une certaine énergie par unité de volume, j'ai augmenté l'énergie de mon système.

Soit U l'énergie interne de mon système.

En thermodynamique de base, j'ai l'équation de conservation de l'énergie qui s'écrit comme ça, pour un système adiabatique (=qui n'échange pas de chaleur avec l'extérieur, ce qui est le cas de l'Univers) et isentropique (= dont le nombre moyen de particules par unité de volume ne change pas, ce qui est le cas du vide) :

dU = -pdV

dU est la variation de mon énergie interne
p est la pression
dV est la variation de volume

Très simplement, si j'ai un piston remplis de gaz sous pression et que je le laisse aller, son volume va augmenter (dV>0), et l'énergie interne va diminuer : une force travaille, et ce travail est fourni à l'extérieur, ce qui fait tourner le moteur de la Volvo, par exemple . Mais ici, il ne semble pas que l'Univers puisse faire tourner une Volvo [:dieggg':1]. Il ne fournit de travail à personne.

Alors voyons. D'après ce qui précède :

dU = rho.dV

d'où :

rho = -p

Autrement dit l'augmentation de l'énergie interne est compensée par une pression négative. C'est un truc plutôt bizarre, mais vrai et qui se constate dans l'effet Casimir.

Bon, ça c'est ce que nous dit la théorie quantique des champs, au sujet du vide.

Que nous dit la Relativité Générale, au sujet de l'espace ? Que la gravité d'un fluide quelconque de densité d'énergie rho et de pression p est :

g = rho + 3p

Car en RG, la pression gravite, c'est à dire qu'elle doit être comptabilisée dans la somme des termes qui produisent une courbure de l'espace. Le chiffre 3 devant le terme p est lié aux 3 dimensions spatiales.

On voit donc que pour le vide, si rho=-p, la quantité rho+3p est négative. Autrement dit il s'agit d'une gravité répulsive. Et ceci engendre une expansion.



une page en anglais pour illustrer tout ça

[eaglestorm]

Merci pour ces explications