Energie du vide

[Amator]

Bonsoir,

Pourriez vous m’aider à comprendre une partie cet article sur l’énergie du vide.
https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89nergie_du_vide

Les effets de l'énergie du vide peuvent être observés expérimentalement dans plusieurs phénomènes tels que l'émission spontanée…

Cela signifie-t-il que le vide, via un atome, émet parfois spontanément un rayonnement électromagnétique ?

Si oui, pouvez vous m’en dire plus sur les gammes de fréquences, les niveaux mesurables ?

Par avance merci,

Cordialement
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[coussin]

Non. Ça signifie que seulement en prenant compte l'interaction entre un atome et le vide, ses niveaux excités acquièrent une durée de vie finie.

[Amator]

Bonjour,

Il est quand même question de :

L'énergie du vide est une énergie sous-jacente qui existe partout dans l'espace, à travers l'Univers. Une contribution possible à l'énergie du vide sont les particules virtuelles qui sont vues comme des couples de particules qui apparaissent puis s'annihilent dans un temps tellement bref qu'on ne peut pas les observer

Ce qui pour moi signifie que l’énergie du vide apporte de l’énergie de manière très brève et aléatoire, qui pourquoi pas, interagit avec un atome. Est ce correct ?

Si je comprends bien votre réponse précédente, l’énergie du vide serait "mesurable" ou "visible", par le fait que l’énergie du vide perturbe les niveaux excités, en rendant la durée de ces états finis.

A l’inverse, est-ce que l’énergie du vide peut provoquer un niveau d’excitation supérieur ?

[coussin]

Si je comprends bien votre réponse précédente, l’énergie du vide serait "mesurable" ou "visible", par le fait que l’énergie du vide perturbe les niveaux excités, en rendant la durée de ces états finis.

Je ne l'ai pas dit comme ça. Je n'ai pas insisté sur l'énergie du vide, simplement remarqué que le traitement correct d'un atome et de ses niveaux excités doit prendre en compte l'interaction de cet atome avec le vide (tout court, pas l'énergie).

A l’inverse, est-ce que l’énergie du vide peut provoquer un niveau d’excitation supérieur ?

Non. On dit que le vide est passif : aucune énergie ne peut être extraite du vide.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Amator]

Aïe j'ai de plus en plus de mal à suivre:

l'interaction de cet atome avec le vide

Je n'ai pas fait d’études de physique, si vous pouviez me dire à quelle partie de la physique, ce que vous dites fait référence ?
Car à mon niveau, l'atome n’interagit pas avec le vide qui est censé être rien.
d'où mon étonnement d'entendre parler d’énergie du vide.

j'essaye de me faire une représentation mentale du vide et de l'énergie du vide et n'y parviens pas.

Est ce que l'article wikipedia est juste selon vous ?

Une contribution possible à l'énergie du vide sont les particules virtuelles qui sont vues comme des couples de particules qui apparaissent puis s'annihilent dans un temps tellement bref qu'on ne peut pas les observer

Je comprends qu'il y a création puis annihilation très rapide, inobservable.
D'une façon simplifiée, on pourrait poser que le vide =0 et 0= +E+(-E). globalement le vide est bien vide mais il fluctue en émettant de l’énergie (ou particules virtuelles) notées +E et -E, ce qui globalement est nul, donc vide.
Est-ce que cette approche est à peu près correcte ?

[coussin]

Ça va être des concepts difficiles à comprendre si vous n'avez pas fait d'études de physique...
Ce dont je fais référence est la théorie quantique des champs, qui est déjà "au-delà" de la physique quantique qu'on apprend en premières années de fac. Dans le contexte de cette théorie, il existe un champ associé à chaque particule élémentaire et le vide est simplement ce champ ne contenant aucune particule.
Mais ces champs sont des objets quantiques et donc ils fluctuent (pensez au principe d'incertitude d'Heisenberg). En particulier, le nombre de particules dans un champ est une quantité fluctuante. Donc quand un champ est vide, il contient zéro particule mais ce "zéro" fluctue. C'est l'idée derrière ces couples de particules virtuelles apparaissant et disparaissant : simplement un nombre de particules fluctuant "autour" de zéro (je mets "autour" entre guillemets car c'est difficile de fluctuer autour de zéro; on ne peut pas avoir un nombre négatif de particules ). Ces particules doivent apparaître par paires pour pouvoir conserver d'autres quantités.
Bref, ces champs sont des objets à part entière même s'ils ne contiennent pas de particules. Et un atome peut interagir avec ce champ vide.

[Amator]

Si

On dit que le vide est passif : aucune énergie ne peut être extraite du vide.

Alors pourquoi

Ces particules doivent apparaître par paires pour pouvoir conserver d'autres quantités.

Je ne comprends pas l’opposition entre passif et actif (qui fait apparaître).
Le vide serait plutôt actif s'il fait apparaître des particules ?
Pour l’apparition par paire, je suppose qu’il s’agit de particules et d’antiparticules ?

[coussin]

Les particules doivent apparaître par paires pour conserver, entre autre, la quantité de mouvement, la charge électrique, etc...
La passivité est une propriété, avec la stabilité et la causalité, de la susceptibilité du vide.

[Amator]

Merci de vos réponses que j’ai parfois du mal à intégrer, faute de connaissances, ce qui explique mon manque d’interactivité.
J’ai trouvé pas mal d’explications sur le vide dans ce document qui me parait très bien fait:
https://fr.scribd.com/doc/148273363/Le-Vide-pdf


L’énergie du vide peut être mise en évidence par l’effet Casimir.
Question peut être idiote mais comment en pratique se réalise la mise en évidence de l’effet Casimir ? Sous vide ou à pression atmosphérique ?

Cette question n’a de sens que si l’air peut être considéré comme un volume contenant du vide (disons son énergie), plus des molécules d’air que l’on pourrait voir comme une pollution du vide. Est-ce correct de considérer l’air ainsi , du vide plus de l'air ?

[coussin]

Les expériences mesurant l'effet Casimir se passe à pression ambiante ou à faible vide.

[Amator]

Super, Merci !

En est il de même pour l'effet Casimir dynamique ? peut on réaliser l'expérience à pression atmosphérique ?

A-t-on une idée du bilan énergétique (rendement) de l’expérience de l'effet Casimir dynamique ?

[coussin]

La seule expérience qui a observé l'effet Casimir dynamique l'a fait dans une ligne supraconductrice micro-onde. C'est à pression ambiante, oui mais ça n'a vraiment aucune importance.
Y a des grosses différences entre l'expérience "de pensée" pour illustrer l'effet et l'expérience effectivement réalisée.

[Amator]

Y a des grosses différences entre l'expérience "de pensée" pour illustrer l'effet et l'expérience effectivement réalisée.

Que voulez-vous dire exactement ?

[coussin]

L'expérience que l'on présente pour illustrer l'effet Casimir dynamique consiste en un miroir qui vibre et qui émet des photons. Dans la pratique, cette expérience ne peut pas être réalisée car on ne sait pas faire vibrer "assez vite" un miroir réaliste même de quelques microgrammes.

[Amator]

Je comprend que l'on ne puisse faire l’expérience avec de vrais miroirs.

Pour clore le sujet, dans le cas de l'effet Casimir dynamique, l'espacement entre les miroirs est il un paramètre important, comme dans l'effet Casimir simple ?
Doit-il y avoir un écartement moyen en rapport avec la longueur d'onde des photons attendu ?

[coussin]

L'article sur cette expérience est là : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3600497/ mais il n'est pas facile à lire pour un non-spécialiste.
Le spectre des photons créés dépend, bien évidemment, de l'"espacement entre les miroirs" (que je mets entre guillemets...). Si L est la distance entre les miroirs, le spectre est parabolique entre 0 et c/2L et donc possède un maximum à c/4L (ce qui correspond à deux photons émis ayant la même fréquence; on génère des paires de photons donc les fréquences vérifient omega1+omega2=c/2L).

[Amator]

Bonjour,

Merci, bien intéressant votre lien.

Pourriez vous m’aider en explicitant cette phrase :

The flux-tunable SQUIDs allow us to modulate the speed of light (v ≈ 0.5 c0, with c0 being the speed in a vacuum),

Comment physiquement, la vitesse de la lumière est modulée à 0.5 c0 .
Je ne vois pas bien le lien entre la fréquence de modulation et cette condition de 0.5 c0 ?
La fréquence ainsi que l'amplitude de la modulation devraient être des paramètres influençant cette condition de vitesse , non ?

[coussin]

C'est la vitesse de la lumière dans la ligne supraconductrice, c'est tout.

[Amator]

Pour me confirmer (ou pas ?) cette réduction de vitesse participe-t-elle justement à l'effet "miroir" (indice de réfraction) ?

[coussin]

Je ne sais pas trop ce que vous appelez effet miroir... Une ligne soupraconductrice comme celle utilisée dans cette expérience, c'est un peu comme un câble coaxial. La vitesse de la lumière dépend des caractéristiques de cette ligne (impédance, capacitance, etc...).

[illusionoflogic]

Salut couscoussin

Je ne sais pas trop ce que vous appelez effet miroir... Une ligne soupraconductrice comme celle utilisée dans cette expérience, c'est un peu comme un câble coaxial. La vitesse de la lumière dépend des caractéristiques de cette ligne (impédance, capacitance, etc...).

Je profite que tu fasses la soupcrachonductrice (désolé, c'était un petit jeu de mots ), mais sans cracher dans la soupe (non je ne suis pas la mouche qui tombe à pic ), heu ... ou j'en étais ,

Ha oui ! Peux-tu répondre à cette question basique (qui me perturbe un peu il est vrai , mais je suis sûr que tu peux répondre ) : est-ce la vitesse du miroir par rapport au vide qui produit cet effet Casimir dynamique ? Ou bien est-ce sa variation de vitesse (vibrations) (l'accélération donc ...) qui produit cet effet ? Car ça n'est pas dis explicitement ...

Question subsidiaire : si c'est l'accélération (ce que j'ai tendance à douter ... car l'effet Casimir classique se traduit par une force dans une cavité réfléchissante (ce qui semble ... montrer que pour passer à l'effet dynamique, il semble suffisant qu'il y ait une vitesse initiale assez grande (genre 1/2 de c), mais pour les besoins de l'opération et donc de l'observation, on a effectué cette expérience avec des vibrations (beaucoup + facile alors de dimensionner un dispositif "léger" pour atteindre cette vitesse, en ayant pas besoin de beaucoup de place (c'est quand même pas un accélérateur de particules ), alors faut-il nécessairement qu'elle "vibre" (je veux dire : des à coups rapides mais suffisants, pour créer l'effet ? Ou bien une accélération continue est suffisante ?

Je dis ça car j'ai compris une idée bizarre (bah oui, hein ? Casimir quoi !), j'ai pensé à une voile solaire (donc en gros un miroir, n'est-ce pas ?) qui "théoriquement" pourrait accélérer continument jusqu'à 1/2 de c (justement) et je me demandais si l'effet Casimir dynamique se ferait "sentir" ? Et si oui (donc pas à cause de l'accélération, loin dans le vide spatiale, car le Soleil serait un peu loin ...), serait-il un effet Casimir dynamique moteur ? Ou bien un frein (comme le rayonnement de freinage d'une particule chargée) ? J'ai tendance à penser que comme le rayonnement part de la surface réfléchissante, on aurait un effet moteur ... de cette voile solaire, par le vide quantique ...

Bref si tu peux me répondre ? Car là suis un peu perdu (comme ça pourrait éclairer aussi Amator ?), merci

[Amator]

miroir n'est effectivement pas approprié. dsl
L'effet Casimir se met en évidence avec 2 plaques métalliques, et l'effet Casimir dynamique peut théoriquement se mettre en évidence avec 2 plaques métalliques, dont 1 vibrante, ce qui réalise une cavité de longueur variable autour d'une longueur moyenne.
Je ne comprends pas bien ce qui réalise cette fonction de cavité de longueur variable dans le cas présent?

[coussin]

Il s'agit ici de changer la longueur effective de la cavité en modulant, par analogie, l'indice de réfraction de la cavité.
Soit une cavité de longueur L remplie d'un matériau d'indice n. La longueur effective (le chemin optique) est nL.
Faire vibrer un miroir est moduler L et donc moduler la longueur effective nL.
Mais on peut aussi laisser les miroirs fixes et moduler l'indice n et donc, aussi, moduler la longueur effective nL.

Dans cette expérience, pour simplifier, on a une ligne supraconductrice fermée aux deux bouts par des court-circuits (c'est pas vraiment ça mais l'idée est là). C'est la cavité. "L'indice de réfraction" de cette cavité, ou plutôt la vitesse de la lumière dans cette cavité (les deux sont liés) est déterminée par les grandeurs caractéristiques de cette ligne telles que inductance, capacitance, etc... Au milieu de cette cavité, on place un SQUID. Peu importe ce que c'est : suffit de savoir que c'est un composant électronique qui, quand parcouru par un courant électrique change un tout petit peu les caractéristiques de la ligne, change donc un petit peu l'indice de la ligne.

Voilà le principe de cette expérience : on envoie un courant alternatif dans le SQUID, ce qui module l'indice de réfraction de la ligne supraconductrice, ce qui module la longueur effective de la cavité.

[Amator]

Merci beaucoup de votre réponse détaillée.

Je peux admettre que le SQUID puisse moduler légèrement sa caractéristique de ligne.
Vu qu’il est question de supraconduction, j’en déduis que cette modulation (d’indice) a lieu au niveau du déplacement de charges et non au niveau électromagnétique.

Or il me semblait que l’effet Casimir était une interaction avec les fluctuations électromagnétiques du vide.

Donc je ne comprends pas que la modulation d’une caractéristique d’une ligne (à priori une ligne purement électrique du type à constantes reparties) puisse avoir un effet au niveau électromagnétique (fluctuations du vide, photons)?
Il me manque une antenne pour réaliser l'interfaçage électrique/onde, ou bien une notion de physique ?

[coussin]

Non la seule chose qu'il vous manque est le fait que quand un courant électrique circule dans une ligne, un champ électromagnétique y circule également. Les deux vont la main dans la main.
C'est flagrant dans les câbles coaxiaux par exemple.

[Amator]

Je pense avoir saisi à mon niveau.
Encore merci de toutes vos réponses.

[coussin]

[...]

Le vide est un invariant de Lorentz donc un miroir en mouvement à vitesse constante ne peut pas émettre des photons. C'est donc les accélérations qui comptent.
Pour votre voile solaire : l'émission de photon ne peut que freiner la voile par conservation de l'énergie.

J'en profite pour signaler que appellation "effet Casimir dynamique" est galvaudée car cet effet n'a pas grand chose à voir avec l'effet Casimir. D'autres auteurs préfèrent Motion Induced Radiation.

[illusionoflogic]

Yes, merci coussin

Donc c'est bien l'accélération propre (et non pas simplement la vitesse relativiste, à cause du vide qui est invariant de Lorentz), OK, c'est beaucoup + clair, pour moi subitement.

Par contre j'ai comme un doute sur 1 point :
1) Si ma voile solaire (donc un côté quasi-réfléchissant, tourné vers une source lumineuse, comme le Soleil, et bénéficiant des frondes gravitationnelles de notre solaire, mais toujours pour le quitter (voir le projet "fou" de Hawking, dans l'actu))
2) Qui dit mouvement accéléré, dit force, donc je considère maintenant ma voile solaire (avec une vitesse relativiste, lorsqu'elle quitte le système solaire) et donc avec le côté réfléchissant tourné vers notre étoile. On peut donc considérer qu'elle reste propulsée (même faiblement), car le rayonnement solaire y est suffisant.
3) Si tu es d'accord avec 1) et 2), alors j'attaque l'idée de fond : c'est bien du côté réfléchissant que part le rayonnement Unruh/Casimir ... et donc j'ai du mal à croire que ma voile ralentirait (tout en accélérant), car le côté cavité (même si elle est gigantesque est entre le Soleil et le côté brillant, donc plutôt un soutient ? Sinon Hawking devrait revoir sa copie pour aller sur Alpha du Centaure), non ?

PS : merde + de temsp à + merci

[illusionoflogic]

Re, je peux reprendre sereinement (mais je pense qu'après la réponse que tu fourniras, je te remercierai vivement, car ça devrait clore pour moi ce petit chapitre, de mon idée en cours), alors :

Pour votre voile solaire : l'émission de photon ne peut que freiner la voile par conservation de l'énergie.

Tu dis que ça freinerai ...
Ce qui m'interpelle est que la voile solaire, par excellence, est orientable (un peu comme on veut d'ailleurs, dans le vide spatial), et donc si les photons crées (ceux qui passent de "virtuels" à "réels", bien sûr) sont générés sur l'interface miroir (la surface en mylar à 99,999 % réfléchissante), d'ailleurs on pourrait même la déformer à l'envie (mais ce n'est qu'un détail), j'en conclus que l'impulsion transmise au miroir par l'apparition du rayonnement Unruh/Casimir dynamique (car ces 2 phénomènes sont liés, c'est sûr, d'une manière ou d'une autre), va dans le même sens que les photons résiduels du Soleil (ou laser pointé dessus, bref la source de propulsion), car ils rebondissent dessus (enfin je veux dire s'ajoutent au rayonnement réfléchit) ...

Or, c'est bien la surface réfléchissante qui émet ces photons "créés", il me semble ça me semble plus logique ! Et ça participerait à l'effort du maintient d'une faible accélération de la voile solaire dans un vide suffisamment loin de l'étoile, ou de sa source de rayonnement. Car les 2 rayonnements seraient réfléchis et s'ajouteraient l'un l'autre dans le bilan de flux EM (qui je le rappelle n’interagit pas avec lui même en générale) ...

L'impulsion donnée par action/réaction doit forcément diriger le vecteur accélération de la surface brillante vers l'avant qui serait opaque (en principe) !

Maintenant, je peux concevoir, l'inverse comme le bremsstrahlung, et le fait que l'impulsion donnée soit négative, autrement dit, la création de ce rayonnement serait postérieur à la réflexion (ce qui pour moi reste bizarre, mais bon, j'ai pas la science infuse !), ce qui ferait que le bilan serait à soustraire (une impulsion sans réaction ? Bizarre je trouve ).

A cela, j'imagine que le rayonnement Unruh-Casimir, serait une perte, par diffusion de corps noir de l'effet moteur (le rayonnement incident serait lui même dissipé en partie par ce "freinage EM"), soit, mais alors (pourquoi ne pas retourner la voile ? Sur un tel trajet, ça coûterait pas grand chose ... et alors l'effet devrait devenir "moteur" ? Et si j'ai besoin pour t'en convaincre, il existe des miroirs semi-réfléchissant (glace sans teint, mais je ne t'apprends rien là ), DONC, je ne comprends vraiment pas comment ça serait forcément un "pépin" pour cette technologie (quoique à la limite, ça donnerait une explication supplémentaire au paradoxe de Fermi , mais bon si même Hawking s'y met à "rêver" à un tel voyage (c'est quand même son boulot donc les guillemets sont de bon aloi), sans prendre en compte ça ? J'ai comme un gros doute je pense que tu n'ignores pas ce projet ? Non ?

Bon, et si par conservation d'énergie-impulsion (c'est de ça qu'il s'agit en fait !), il n'y a vraiment pas moyen, alors que c'est vraiment le moyen le + cheap pour un voyage interstellaire, Hawking, c'est pas un beu beu (oui je le cite un peu trop là, mais ce n'est pas un argument, que je sois clair ... et pis j'aime pas les arguments d'autorités !), ça serait un argument fort pour l'impossibilité du voyage interstellaire, et donc une grosse part de validité du paradoxe de Fermi.

Bon et puis dernière couche : il existe une nouvelle technologie basée sur des voiles solaires magnétiques + efficaces et là, on peut parler de véritable voiles EM, de là à trouver et maintenir facilement de la supraconductivité ambiante dans l'espace ... il n'y a qu'un pas ... (un petit pas pour l'homme, un gros bond technologique à l'horizon !).

Donc bah je suis stupéfait et j'ai l'impression d'un faux paradoxe (en tout cas dans ma caboche, pleine de ... vide ).

Bien à toi

Au fait tu peux me demander des sources, pas de problèmes, ce sera avec plaisir.

(PS : à la modé peut être fusionner mes 2 posts ?)

[Amator]

Nouveau jour , nouvelles interrogations...

Si j'ai bien compris, le vide fluctue avec émission de paires de particules-antiparticules qui se recombinent puis se désintègrent
Il doit bien en résulter un rayonnement électromagnétique détectable ?
cela se produit-il souvent autours de moi ou est-ce vraiment très épisodique ?

Ces interactions seraient trop brèves pour être détectées, je ne vois pas bien pourquoi ? rareté du phénomène ou autre ?