Matière noire et antimatière

[dud59]

bonjour
c'est par pure curiosité intellectuelle que je vous pose cette question.
Je suis amateur de fossiles car ils sont des témoins de l’apparition et de l’évolution de la vie. Pour aller plus loin je suis également très intéressé par l’origine de l’univers. Ce dimanche 13 décembre, j’ai suivi sur la chaîne télé Science et vie une émission sur le vide et le néant. On y parlait de Paul Dirac qui en 1931 a émis l’hypothèse de l’antimatière et de la physique quantique. Dans cette émission, on explique que le vide n’est pas aussi vide qu’on le pense mais que l’énergie présente y permettrait une création continuelle d’électrons et d’antiélectrons qui s’annihileraient automatiquement en recréant de l’énergie pour reproduire sans fin le même processus, si j’ai bien compris.
Maintenant je me demande si ce qu’on nomme l’hypothétique matière noire indéterminée qui influe sur la masse de l’univers ne serait-elle pas la masse de ces électrons et antiélectrons éphémères qui parsèment ce soi-disant vide.
J’aimerais avoir vos avis sur cette folle idée.
merci pour vos réponses même si vous me prenez pour un
dud59
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[Gilgamesh]

bonjour
c'est par pure curiosité intellectuelle que je vous pose cette question.
Je suis amateur de fossiles car ils sont des témoins de l’apparition et de l’évolution de la vie. Pour aller plus loin je suis également très intéressé par l’origine de l’univers. Ce dimanche 13 décembre, j’ai suivi sur la chaîne télé Science et vie une émission sur le vide et le néant. On y parlait de Paul Dirac qui en 1931 a émis l’hypothèse de l’antimatière et de la physique quantique. Dans cette émission, on explique que le vide n’est pas aussi vide qu’on le pense mais que l’énergie présente y permettrait une création continuelle d’électrons et d’antiélectrons qui s’annihileraient automatiquement en recréant de l’énergie pour reproduire sans fin le même processus, si j’ai bien compris.
Maintenant je me demande si ce qu’on nomme l’hypothétique matière noire indéterminée qui influe sur la masse de l’univers ne serait-elle pas la masse de ces électrons et antiélectrons éphémères qui parsèment ce soi-disant vide.
J’aimerais avoir vos avis sur cette folle idée.
merci pour vos réponses même si vous me prenez pour un
dud59

Dirac n'a pas "émis l'hypothèse de la physique quantique". Dirac a réussi l'exploit théorique d'exprimer la mécanique quantique (l'équation de Schrödinger) de façon relativiste, ce qui a donné l'équation de Dirac.
Le formalisme est plutôt coriace, c'est très, très technique.

Juste pour avoir une idée, tu peux parcourir ce document de cours pour voir de quoi il s'agit concrètement et dans quel contexte théorique s'inscrit le travail de Dirac: L’équation de Dirac de Pascal Debu. Le texte en français va te donner une idée de cet aller retour constant entre les équations et leur interprétation physique.


Par exemple, justement, l'équation donne des solutions d'énergie positive mais également des solutions d'énergie négative. Formellement ça a la gueule d'une particule qui aurait une masse inertielle négative, qui s’approcherait d’autant plus qu’on exerce une force répulsive sur elle, ce qui est assez perturbant. L'interprétation de ces solutions va donner naissance au concept d'antimatière. Sans toutefois qu'il faille conclure que l'antimatière à une énergie négative... (lire p22 : Interprétation des solutions à énergie négative).

La création de paire va apparaitre dans une évolution ultérieure, la théorie quantique des champs. Dans cette théorie, l'objet fondamental qui permet de poser le problème, qu'on appelle le lagrangien est construit dès le départ à partir d’opérateurs de création et d’annihilation de particules. Encore une fois c'est technique et difficile à vulgariser. Mais les termes sont parlant.

L'interprétation physique de ces "création de paire" dans le vide est délicate. Il semble bien que ça représente une certaine densité d'énergie, voire une densité certaine. Tellement élevée en fait que ça conduit à des résultats qui ne correspondent pas à "notre" vide, celui qui remplit notre univers. Et pour lui faire "endosser" le rôle de la matière noire, ça ne fonctionne pas non plus car la matière noire correspond à une gravité attractive (c'est pour ça qu'on l'invoque) tandis qu'un vide énergétique génère une gravité répulsive (il est assimilable à l'énergie sombre).

[dud59]

merci pour ces mises au point
dud

[Olorin]

Et pour lui faire "endosser" le rôle de la matière noire, ça ne fonctionne pas non plus car la matière noire correspond à une gravité attractive (c'est pour ça qu'on l'invoque) tandis qu'un vide énergétique génère une gravité répulsive (il est assimilable à l'énergie sombre).

Par quel processus magique classique fait-on contribuer le vide quantique de manière négative ? Tous les calculs connus fait en théorie quantique des champs attribue bien une valeur positive au vide quantique: 10^107 J/cm^3 contre 10^-13 J/cm^3 obtenu expérimentalement (la fameuse énergie sombre). Donc ce que dit Gilgamesh est faux: non seulement l'énergie du vide n'est pas négative ( elle est très proche de zéro ) mais qui plus est notre compréhension actuelle du vide quantique se trompe d'un facteur 10^120, soit la plus grosse erreur de la physique! Les hypothèses actuelles de la physique n'explique donc pas la nature gravitationnelle du vide quantique. Une solution élégante que je défends et qui s'inspire des travaux de Luc Blanchet, Gabriel Chardin et Dragan Hajdukovic consiste à faire l'hypothèse que l'antimatiere possède une masse gravitationnelle négative et une masse inertielle positive. Cela résoud trivialement le problème de l'énergie noire, l'énergie gravitationnelle du vide étant alors nulle ( par annulation des masses + et - ). La matière noire quant à elle correspondrait non pas à des masses réelles mais a une densité de charge de polarisation gravitationnelle du vide quantique qui serait donc alors constitué de dipôles gravitationels. Il est pissible de émontré que cela conduit bien aux relations de MOND et donc Tully-Fischer. La conséquence immédiate de cette hypothèse est que les deux principes d'équivalence ( faible et fort) sont violés pour l'antimatiere mettant la validité ontologique de la relativité générale en peril. La bonne nouvelle est que cette simple hypothèse est testable experimentalement et que 3 expériences sont en mission pour la tester au CERN: Aegis, Alpha G et G bar. Voilà pour mes explications et éclaircissements en espérant avoir été clair.

[A voir en vidéo sur Futura]

[pascelus]

Par quel processus magique classique fait-on contribuer le vide quantique de manière négative ? Tous les calculs connus fait en théorie quantique des champs attribue bien une valeur positive au vide quantique: 10^107 J/cm^3 contre 10^-13 J/cm^3 obtenu expérimentalement (la fameuse énergie sombre).

Je pense que c'est un lapsus. Gilgamesh décrit un vide bien de densité d'énergie positive mais de pression opposée, donc négative.
Après sur sa quantification, oui il y a un réel (et énorme) problème!...

[Gilgamesh]

Par quel processus magique classique fait-on contribuer le vide quantique de manière négative ? Tous les calculs connus fait en théorie quantique des champs attribue bien une valeur positive au vide quantique: 10^107 J/cm^3 contre 10^-13 J/cm^3 obtenu expérimentalement (la fameuse énergie sombre).

On parle de la pression P, et non de la densité d'énergie ρ.

On prend un système coordonnée ct, x, y, z. Dans le tenseur impulsion-énergie, d'un fluide homogène et isotrope la densité d'énergie ρ correspond à la composante T_tt et la pression P aux composantes T_xx, T_yy et T_zz

ρ . . .
. P . .
. . P .
. . . P

Et la gravité est donné par la trace de ce tenseur ρ + 3P (en posant c = 1, sinon c'est ρ + 3P/c²)

Pour tout fluide matériel P>0, mais pour le vide, on a P = -ρ (en posant c = 1 sinon ρc²), et l'expression qui précède est donc négative. Plus un vide est énergétique, plus sa gravité est répulsive. C'est le scénario de l'inflation.