Peut on s'accrocher à l'espace vide

[mpfff]

Bonjour,

Voici ma question : je connais plus ou moins la relativité, et l'idée assez général que la vitesse=0 n'est pas définissable dans l'absolue, pas plus que la position 0 ne n'est.
Pourtant, si on regarde du coté de la mécanique quantique, il y a la théorie selon lequel que le vide serait remplis de fluctuation (à cause des inégalités d’Heisenberg) quantique. Si j'ai bien compris, il s'agit d'ensemble de particule dont la moyenne des charges est nulle (impulsions et différentes charges etc..). D'où mon problème : quand une pair de particule/antiparticule apparaît dans le vide, donc d'impulsion opposé, ne définissent elle pas un "référentiel" de vitesse nulle entre elle deux ?
De même, en admettant qu'une telle pair apparaisse, l'impulsion de la pair dépend du référentiel de l'observateur.. ça signifie qu'un observateur avec une certaine vitesse dans un espace neutre pour un autre observateur (ou chaque pair est globalement immobile) devrait rencontrer des paires dotés d'une vitesse globale données.. certes la neutralité du changement de repère viendrait alors du fait qu'il a toujours autant de chance de rencontrer des paires opposés avec l'effet inverse.. mais cela n'aurait il pas un impact sur le vide ? (qui serait quand même assez différent puisque l'impulsion moyennes des paires aurait une orientation différentes)..

Je donne un autre exemple : On dit, si j'ai bien compris, que les particules virtuelles forment le "brouillard" qui modifie l'influence de
certains bosons, et transforme l'effet réel des constantes de couplage, les bosons étant constamment plus ou moins en interaction avec les particules virtuelles du vide.
Mais la diminution d'une force ne définit elle pas, tel le ferait un frottement, une vitesse nulle ?
Si une particule avec une vitesse émet des bosons dans son propre référentielle, la distribution de leur rencontre avec les particules virtuelles du vides ne serait elle pas modifiée localement par l'impulsion moyenne des pairs virtuelles ?
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[albanxiii]

Bonjour,

quand une pair de particule/antiparticule apparaît dans le vide, donc d'impulsion opposé, ne définissent elle pas un "référentiel" de vitesse nulle entre elle deux ?

Il n'y a pas qu'une seule paire qui apparaît, mais un nombre qu'on ne sait pas quantifier, et elles apparaissentD à des instants qu'on peut considérer comme aléatoires.
De plus, elles ne sont pas forcément observables et leur durée de vie peut être très courte.
Bref, vous partez sur des bases branlantes pour définir un référentiel.

@+

[mpfff]

Il me semble que le principe de conservation des charges et de l'énergie (valable pour toute interaction quantique) spécifie que l'apparition de pair de particule positive/antiparticule (qui est simplement le symétrique temporelle de la réaction d’annihilation) se produit bien avec des impulsions symétriques.. Certe, c'est un flou innommable, mais à partir de rien, chaque pair apparait symétrique (et d'ailleurs heureusement, sinon la moyenne final ne pourrait pas être nulle).. On ne connait pas les détails, mais on connait la somme : le vide anisotropie.
Je pose une question théorique.

[ThM55]

Bonjour. En effet, cela ne marche pas parce que le vide en théorie quantique des champs est invariant de Lorentz. Tous les observateurs inertiels doivent observer le même vide quantique. Par exemple, deux expériences de Casimir en mouvement relatif rectiligne uniforme donneront la même force dans leurs référentiels respectifs.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

vide en théorie quantique des champs est invariant de Lorentz. Tous les observateurs inertiels doivent observer le même vide quantique

Grillé

En effet. Le vide quantique est aussi isotrope et homogène. Ce qui veut dire que toutes les fluctuations possibles et imaginables se produisent en tout point et à tout instant. Ce que confirme d'ailleurs le développement perturbatif pour peu qu'on lui donne un sens physique.

C'est assez vertigineux.

C'est pour cela que certains (Zeh dans un article de ArXiv, ou moi-même) considèrent que cette vision "fluctuation" est assez trompeuse. Il n'y a rien de plus calme que le vide quantique : c'est l'état de base, l'état d'énergie minimal des champs, sans aucune excitation du champ.

D'ailleurs, quand on mesure "les fluctuations du vide" par un phénomène quelconque (disons Casimir, l'effet Lamb, les forces de van der Waals version théorique quantique des champs ou le rayonnement de Hawking) ce n'est pas le vide qu'on observe. S'il n'y avait que du vide on ne pourrait même pas avoir un appareil de mesure. Ce qui est observé ce sont des interactions entre les plaques de métal et le champ quantique considéré (généralement le champ EM) pour Casimir, les électrons et ce champ (Lamb, van der Waals, le champ gravitationnel et ce champ (rayonnement de Hawking, Comme le montre Birrel et Davies dans leur excellent livre sur la théorie quantique des champs en espace-temps courbe, l'effet Hawking revient à considérer la quantification du champ gravitationnel en limitant les calculs à une boucle de gravitons).

Pour donner le coup de grâce à l'image "développement perturbatif, diagrammes de Feynman, diagrammes vide - vide = fluctuations du vide", il faut rappeler que dans tout calcul, les diagrammes vide - vide se soustraient (au point qu'on ne les prend même jamais en compte, ils sont inutiles).

Donc, pas de référentiel privilégié avec le vide quantique. Il n'y a rien de plus vide que le vide

Petite histoire :

La morale de l'histoire est qu'il faut grandement se méfier des interprétations à grand coups d'images intuitives dans des domaines aussi exotiques que la mécanique quantique, les champs, la relativité générale.... Ca peut apporter une certaine aide..... mais elles sont aussi dangereusement trompeuses. Il faut en connaitre les limites et ça, quand on ne connait pas théorie derrière qui justifie ces interprétations, ce n'est pas toujours gagné (et même quand on connait d'ailleurs). J'en ai déjà fait les frais : "idée géniale... des tas de calculs .... mer.. ça ne marche pas, pourquoi ? .... Ah ben oui suis-je bête". J'ai couché cinq tableaux de calculs chez moi avant de m'en rendre compte (je vous dis pas le bazar chez moi avec ces cinq tableaux qui prenaient toute la place ). Je ne vous dirai pas l'idée génialement fausse que j'avais eut C'était l'année dernière, même pas l'excuse du manque d'expérience. C'est juste pour l'anecdote.

D'un autre coté, c'est comme ça qu'on apprend. J'ai eut un prof de math qui de temps en temps (pas trop quand même) nous donnait un théorème correct mais une démonstration erronée. Et il disait ": oui, mais c'est faux. Pourquoi ?" C'était souvent très subtil (surtout quand il abordait des domaines là aussi peu intuitifs comme la topologie). Ca force la réflexion et le sens critique

[mpfff]

Ce que j'ai du mal à concevoir, c'est comment le vide, si il est remplis par un diagramme de Feynman (un peu comme un tissu d'interaction) une fois qu'on sort des propriétés globales et qu'on aborde le détail, pourrait être invariable par la transformation de lorentz.. Prenons par exemple la distribution des vitesses..
Si on a x particule et qu'on change de repère, il est évident que la distribution n'est plus la même.. Ou alors il faudrait une courbe de distribution, invariable par la transformation de lorentz ? (essayez un peu d'imaginer cette courbe)

[mpfff]

Sinon, si le vide est vraiment vide, et que tout diagramme de Feynman nulle n'est pas considéré, alors comment pourrait il avoir des effets, et pourquoi parler de "fluctuation" si elles n'existent pas ?

[Deedee81]

Ce que j'ai du mal à concevoir, c'est comment le vide, si il est remplis par un diagramme de Feynman (un peu comme un tissu d'interaction) une fois qu'on sort des propriétés globales et qu'on aborde le détail, pourrait être invariable par la transformation de lorentz.. Prenons par exemple la distribution des vitesses..
Si on a x particule et qu'on change de repère, il est évident que la distribution n'est plus la même.. Ou alors il faudrait une courbe de distribution, invariable par la transformation de lorentz ? (essayez un peu d'imaginer cette courbe)

Il y a un détail a prendre en compte : les superpositions quantiques.

Toute interaction en théorie quantique des champs (c'est un héritage de la mécanique quantique) calculé avec les diagrammes de Feynman est en fait la somme, la superposition quantique de toutes les interactions possibles (par exemple, deux électrons s'approchent et échangent un photon, ou deux photons, ou un photon qui lui-même se transforme un instant en paire électron - positron, etc... etc... etc....). C'est une espère de méga chat de Schrödinger

Idem pour le vide quantique : c'est la somme de toutes les fluctuations possibles et imaginables. Par exemple, une paire électron - positron avec toutes les impulsions possibles, etc...

Et ce état global est invariant de Lorentz.

Sinon, si le vide est vraiment vide, et que tout diagramme de Feynman nulle n'est pas considéré, alors comment pourrait il avoir des effets, et pourquoi parler de "fluctuation" si elles n'existent pas ?

Exister est un terme brulant en physique Plus proche de la philosophie que de la physique. Ce qui compte en physique ce sont les mesures et les calculs. Par exemple, dans l'effet Casimir, plutôt que de faire le calcul avec les interactions entre les deux plaques via des particules virtuelles, il est infiniment plus simple de calculer la variation de l'énergie du vide des fluctuations du vide seules (le calcul reste malgré tout assez pointu, mais on a un calcul exact, pas besoin de faire un calcul perturbatif approché). Il se fait que le résultat est identique !!!! (phénomène fréquent en calcul. C'est assez couillu de voir pourquoi ici mais il me semble que ce n'est pas étranger à la fameuse "soustraction des diagrammes vide - vide" dont je parlais).

Et comme je le disais, l'image intuitive des fluctuations (qu'elles soient vide - vide ou sous forme de nuage de particules virtuelles dans l'auto-interaction ou de particules virtuelles échangées) est tout de même assez parlant et est une aide. D'ailleurs, les diagrammes de Feynman sont incroyablement utile à cause de leur méthode graphique beaucoup plus simple que d'énormes calculs algébriques (avec le théorème de Wick pour les initiés), mais bien sûr des diagrammes soumis à des règles très précises.

C'est typiquement en physique de dire "ce machin n'existe pas" mais "je l'utilise cas ça facilite les calculs" Mais c'est assez normal quand on frôle le domaine brumeux de la philosophie.

[albanxiii]

Re,

Plutôt que vide, si le mot vous gêne, pensez à "état fondamental", c'est à dire l'état de plus basse énergie.
Cela ne change rien à ce que ThM55 et Deedee81 ont dit.

@+

[mpfff]

"Et ce état global est invariant de Lorentz."

J'avoue que j'ai encore du mal avec cette idée. Je comprend bien l'idée des superpositions (j'ai lu "La lumière" de Feynman).. notamment l'idée que les différents probabilités des différents scénarios se superposent..

Mettons un espace vide. Avec une réaction d'anhiliation inversé (qui a bien lieu dans un repére donnée, dans lequelle il y a conservation des impulsions, non? ). Une particule et une antiparticule apparaissent de nature et de masse égale, chacune avec une vitesse opposé à l'autre.
Ensemble, elles définissent un "repére" inertiel. Plus tard, elle reparte en sens inverse. par exemple aprés avoir rencontre une autre pair. Puis redisparaissent dans le vide.
On peut dire que leur trajectoire est un losange. Si j'applique la transformation de Lorentz à ce losange, vous êtes bien d'accord que le losange va changer de forme ?
Pour que le vide soit "anisotropique", ça veut bien dire que quelque soit ma "vitesse", les losanges qui vont apparaîtres, seront en moyenne neutre. On peut imaginer que chacun voit des losanges dans différentes configurations (selon leur vitesse).
Mon probléme est le suivant : quel genre de configuration, une somme de losange varié, plus ou moins incliné peut être invariante par lorentz ??

[mpfff]

J'ai compris : en fait la probabilité d'interaction diminue avec la vitesse, (à cause de leur durée de vie plus courte ?).
Donc le vide seraient remplis de particule proche de c qui interagissent trés peu.
Et quand on changerait de repère, elles deviendraient celle qui interagissent.

[mpfff]

Prenez le avec humour. J'ai écrit un petit texte qui explique mon point de vue, spécialement pour vous faire tous hurler de rire ou de colére :

########

[Deedee81]

Salut,

Pour que le vide soit "anisotropique", ça veut bien dire que quelque soit ma "vitesse", les losanges qui vont apparaîtres, seront en moyenne neutre. On peut imaginer que chacun voit des losanges dans différentes configurations (selon leur vitesse).
Mon probléme est le suivant : quel genre de configuration, une somme de losange varié, plus ou moins incliné peut être invariante par lorentz ??

S'il s'agit de particules réelles, évidemment ça définit un référentiel privilégié : celui attaché aux particules (tout comme les repères géocentriques, héliocentriques, etc... sont des repères privilégiés par un point de vue particulier).

Si on parle des fluctuations du vide, ce losange n'est pas invariant. Mais comme le vide est la superposition quantique de toutes les fluctuations quantiques possibles (comme le chat de Schrödinger qui est à la fois mort et vivant et effectivement observé avec des particules élémentaires), tu as aussi en tout point tous les losanges possibles. Donc après une transformation de Lorentz, chaque losange est modifié, mais globalement on retrouve juste la même situation avec la même liste de losange mais dans un ordre différent pourrais-je dire.

C'est plus facile à se représenter mentalement avec des translations

[Deedee81]

Re,

Prenez le avec humour. J'ai écrit un petit texte qui explique mon point de vue, spécialement pour vous faire tous hurler de rire ou de colére :
########

Je ne peux malheureusement laisser un lien tel que celui-là, les théories personnelles (quel que soit leur statut) ne peuvent être acceptée (sauf si, bien sûr, elles sont publiées dans une revue sous referee.

A titre personnel je dirais qu'on peut en effet le prendre avec humour Mais l'impression première qu'il me laisse c'est "flou quantique" (ce qui ne manque pas de sel ) : c'est très vague, peu rigoureux, non quantitatif, non relié à des expériences réelles, donne à certains termes et expressions des sens différents de la physique et sans les expliquer, etc... etc... Enfin bref, pour le dire avec humour aussi, un article comme le chat de Schrödinger : zombie

[mpfff]

C'est ce que je dis à la fin, c'est juste que l'idée que la densité de losange tendent (en fonction de leur référentiel inertiel par rapport à l'observateur) vers l'infinie quand on s'approche de c est assez déconcertante.
Vous êtes d'accord, si je me représente la densité de losanges en fonction de leur vitesse inertiel, sur une courbe (de -c à plus c) il faut que la courbe de densité soit (il me semble) de forme hyperbolique pour être invariante.
Mettons qu'il y ai 100 losanges de vitesse variable. Vous changer de repère, vous voyez toujours les 100 losanges (le changement de simultanéité n'intervient pas, puisque la probabilité d'apparition pour une vitesse donnée ne varie pas avec t), sauf qu'ils sont décalé à droite ou à gauche (et si on utilise la loi de composition des vitesses, leur densité se "comprime" en quelque sorte vers c)
Les losanges ne disparaissant pas n'apparaissant pas quand vous changer de vitesse, il faut que ce soit leur probabilité d'interaction intrinsec qui compense leur densité infinie proche de c.

[Deedee81]

assez déconcertante

En effet.

En plus, comme tu l'a remarqué, cela n'est vrai que si on a des fluctuations allant de 0 à l'infini (en énergie par exemple). Ce qui est assez difficile à vérifier.

Dans les théories où il existe une longueur minimale (gravité à boucles, par exemple), qui sont encore spéculatives, l'invariance de Lorentz est brisée..... mais il n'y a toujours pas de référentiel privilégié car elles sont en fait remplacée par les "transformations de Lorentz saturées" (curieusement j'ai peu trouvé sur ça sur le net, du moins en français et/ou hors ArXiv). Je ne connais pas beaucoup plus que ça.

[mpfff]

merci pour vos réponses en tout cas !

[mpfff]

Re,



Je ne peux malheureusement laisser un lien tel que celui-là, les théories personnelles (quel que soit leur statut) ne peuvent être acceptée (sauf si, bien sûr, elles sont publiées dans une revue sous referee.

A titre personnel je dirais qu'on peut en effet le prendre avec humour Mais l'impression première qu'il me laisse c'est "flou quantique" (ce qui ne manque pas de sel ) : c'est très vague, peu rigoureux, non quantitatif, non relié à des expériences réelles, donne à certains termes et expressions des sens différents de la physique et sans les expliquer, etc... etc... Enfin bref, pour le dire avec humour aussi, un article comme le chat de Schrödinger : zombie

En tout cas, globalement, personne n'a réussi à me convaincre que j'avais tord (je présume même que c'est impossible, puisque tout la beauté de l'univers, c'est le rapport entre l'invariance local des lois et l'unicité de l'existence et des événements globalement.. )