petit questionnement sur le couple matière/vide

[Commandant Couchetard 0]

En regardant le soleil courir dans le ciel d'est en ouest, on peut penser (même encore aujourd'hui, voir les sondages) que le soleil tourne autour de la terre.
Si vous êtes allé à la cité des sciences, vous avez peut-être vu une expérience qui présente un plateau métallique recouvert de sable fin. Un archet permet de faire vibrer le plateau et créer différentes figures, les grains de sable se placent naturellement dans les zones de moindre énergie.
Alors voilà ma question, la "matière" ne se condense-t-elle pas dans des zones de moindre énergie, le "vide" étant, contrairement aux apparence, "plein"?...
Quand pensez-vous?
Si un scientifique passe par là, qu'est ce qui se dit sur ce sujet? Si E=MC2, la masse manquante est peut-être là???
Yves

[herisson 0]

Le sable ne se place pas dans des zones de moindres énergie mais dans ce que l'on nomme un noeud (le contraire d'un ventre) c'est-à-dire une zone du plateau qui ne vibre pas.

Le plateau est le siège d'un onde stationnaire. Pour comprendre le phénomène, il suffit (sic) de prendre une corde, de l'attacher à un socle fixe (mur, siège, etc. ) et de la faire vibre de manière constante. Très vite l'onde que l'on crée va partir vers le point fixe puis revenir vers la main. La combinaison de l'onde qui va et de l'onde qui revient est appelé onde stationnaire (on crée continuement de la main un onde qui va vers le point fixe et qui va forcément revenir) car on peut remarquer des zones qui sont en mouvement (les ventres) et des zones qui ne le sont pas (les noeuds), ces zones restent fixes les unes par rapport aux autres, à la main et au point fixe : elles sont stationnaires.
Dans le plateau c'est la même chose (à 2 dimensions au lieu d'une seule), certaines zones restent fixe et le sable va s'y accumuler, d'autres bougent et le sable va en être chassé.

Je reste dispo pour de plus amples explications si celles-ci n'étaient pas claires.

[Commandant Couchetard 0]

Merci Herisson, je pense avoir compris ton explication, mais que les ondes soit stationnaire ou pas, l'idée est que les zones où les vibrations sont au max d'intensité repoussent les grains de sable vers les zones de moindre vibration. De là à penser que la matière(on l'a nommée mais on ne sait toujours pas vraiment ce que c'est...) se condense(pardonne svp mes mots si peu ortodoxes) dans des zones similaires aux zones de moindre "vibration"(?). Le vide quantique recèle, parait-il, une énergie Kolosale qui pourrait être en fait générateur de "zones" de haute énergie. Je n'utilise peut-être pas les termes ad oc, mais, vois tu où je veux en venir.
Yves

[PascalD 4 385]

Bonsoir mon commandant.

Concernant l' énergie du vide, méfiance.
Je vais tenter de recadrer, les plus calés que moi corrigeront.

Il existe une branche de la physique théorique qu' on appelle mécanique quantique des champs. Celle-ci est la théorie qui regroupe la mécanique quantique (qui décrit très bien les phénomènes statiques à l' échelle de l' atome, par exemple l' intéraction électron-proton dans un atome d' hydrogène), dont l' outil principal est l' equation de schroedinger (H.psi = E.psi) , et la relativité restreinte (outil principal : la transformation de Lorentz), qui décrit le mouvement d' objets se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière.
Cette théorie, donc , décrit très bien les intéractions de particules (photon-electron par exemple) qui se déplacent à une vitesse relative proche de celle de la lumière (voir exactement dans l' exemple cité).
Son outil principal est "l' intégrale des chemins", une horreur mathématique qui combine l' equation de schroedinger et la relativité , tout ça exprimé sous forme tensorielle. Un type génial, co inventeur dudit outil, nommé Richard Feynman, a inventé une représentation graphique permettant de raisonner sur cet objet , les diagrammes de feynman. A chaque diagramme de feynman corresponds une densité de probabilité qu' un événement (par ex. la collision d' un photon avec un électron) se produise d' une certaine façon. En faisant la somme des diagrammes décrivant toutes les façons possible d' obtenir un événement, on n déduit donc la probabilité.
On s' est aperçu qu'il y a des diagrammes pathologiques (dont la somme fait tendre la probabilité vers l' infini) : Il suffit d' imaginer qu' un photon se transforme en paire electron/antielectron qui se recombinent en photon. Comme on peut imaginer cette transformation autant de fois qu' on veut, on voit que dans tout phénomène interviens une infinité de paire particule/antiparticule. On appelle ca des particules virtuelles (car non observables), et leur équivalent énergétique est appelé energie libre , parfois énergie du vide.

Dans la plupart des situation cette énergie est nulle, et on applique un coéfficient aux intégrales de feynman pour se débarasser de l' énergie du vide (c' est la renormalisation).

Une expérience nommée effet Casimir , consistant à approcher deux plaques métalliques non chargées dans le vide à une distance telle que ces diagrammes possèdent une probabilité mesurable de modifier l' etat du système, par un phénomène d' onde stationaire, permet de la faire intervenir dans le cas statique, mais l' énergie résultante est très petite. Au passage cette expérience viole la conservation de l' énergie, principe fondamental de la mécanique classique.

Pour une introduction plus rigoureuse à la mécanique quantique des champs, si vous avez l' ADSL, que vous comprenez l' anglais et que vous savez ce que sont des intégrales de Gauss et des tenseurs, je vous recommande:
Introduction to Field Theory [R. KLEISS] http://webcast.cern.ch/home/pages/lecser_cds.php?prog_year=lpgs_2001
(a reserver aux soirées tranquilles et pluvieuses, parce que c' est dense).

Un truc plus abordable , bien que restreint aux photons et aux électrons:
Lumière et Matière , R. Feynman. Un chef-d'oeuvre de vulgarisation. Niveau 3eme en ce qui concerne les maths (mais sans compromis coté physique).

--
Pascal.

[herisson 0]

Je vais essayer de faire plus simple (exercice difficile).

L'effet que tu décris au début est un effet purement mécanique, un peu comme la boîte de conserve que j'écrase, la latte qui vibre, etc.
Il n'a rien à voir avec "l'énergie du vide".

Cette dernière ne se fait pas sentir au niveau macroscopique sauf dans certaines expériences très particulière et mises au point pour, justement, mettre en évidence cette fameuse énergie du vide : c'est l'éxpérience de Casimir (pas le mangeur de Gloubi-Boulga, un autre) comme l'a dit Pascal. Elle intervient aussi dans l'évaporation des trous noirs (Rayonnement de Hawking pour les puristes) et peut-être au niveau de l'univers en agissant comme une force répulsive tout comme la gravité est une force attractive mais c'est encore, à l'heure actuelle, à prendre avec des pincettes. On peut aussi mettre en évidence ses effets sur le cortège électronique des atomes (mais je m'égare).

Que se passe t-il en gros : la physique quantique permet de créer de l'énergie à partir de rien mais, comme rien n'est gratuit en physique, cette énergie créée de rien (elle peut être positive ou négative; Même si personne ne sait ce qu'est une énergie négative) ne peut exister qu'un temps d'autant plus court que la quantité d'énergie créée est grande (c'est lié au principe d'incertitude d'Heisenberg, toujours pour les puristes). Après ce temps maximum, la quantité d'énergie disparaît. Puisque cette quantité d'énergie peut-être positive ou négative (avec les mêmes chances pour chaque) et qu'elle disparaît après un laps de temps très (très, très, très, très) court, en moyenne l'énergie du vide est nulle. Et vu que ces quantités d'énergies sont très (très, etc.) petites (en comparaison de l'énergie de notre monde macroscopique) elles n'ont pas d'influence mesurable dans la vie de tous les jours (et quand je dis "tous les jours" il a fallu attendre les années '60 pour commencer à en parler au travers de la théorie et non de l'expérience).

J'espère avoir été, plus ou moins, clair et je reste dispo de nouveau

(PS : on évite de me parler de l'intégrale des chemins et tout le tralala, si tout va bien, dans une semaine je serai en plein dedans)

[Commandant Couchetard 0]

Eh bah voulà! comme quoi, des questions les plus farfelues peuvent jaillir des réponses intéressantes. Un grand merci à tous les 2, je file acheter un stock d'aspirine et je me colle sur le site indiqué .
astronomicalement
Yves

[herisson 0]

Bonne chance pour la lecture du site, si j'ai bien lu, il s'agit d'un cours pour "postgraduate" ce qui correspond, si je ne me trompe, à un DEA (Diplôme d'Etudes Approfondies) ou un doctorat.

[Commandant Couchetard 0]

Est-ce que je risque un contrôle anti-dopage?
Yves