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Une hypothèse sur l’origine quantique virtuelle de la gravitation entre particules de masse inerte

jeudi 14 février 2013, par Robert Paris

Une hypothèse sur l’origine quantique virtuelle de la gravitation entre particules de masse inerte

Un lecteur me demande quelle est, selon moi, la nature et l’origine de la gravitation entre deux masses. On se souvient que, si cette gravitation est la première des forces à avoir été découverte et mise en équation, elle n’a toujours pas donné la clef de son origine. Est-ce une force fondamentale comme l’électromagnétisme ou l’interaction nucléaire ? Est-elle portée par une particule d’interaction, par un graviton ? Est-celle une onde ? Est-elle un champ ? Comment est-elle unifiée aux autres interactions fondamentales et à quel niveau ? Comment fait la masse pour produire cette interaction gravitationnelle et quel rapport avec la formation de la masse elle-même ? Quel lien entre la gravitation et les découvertes de la physique quantique ?

Ma réponse consiste à dire que la matière de masse étant fondée sur le vide, c’est-à-dire sur les particules et antiparticules sans masse par la procédure dite du boson de Higgs, le vide quantique doit être à la base de l’interaction liée à la masse, la gravitation. Essayons d’imaginer comment…

On sait maintenant que le vide est un milieu matériel d’un type différent de la matière de masse. Il y règne un désordre lié à l’absence de masse, à l’absence de durabilité et à l’agitation de l’espace-temps. Le vide est quantique puisque ses particules et antiparticules sont des quantons déterminés par une action égale à la quantité de Planck, comme les particules de masse. Il maintient en son sein un certain désordre qui est auto-entretenu en permanence et combat tout ordre permanent en particulier celui de la matière durable. En conséquence, à proximité des particules de masse règne une agitation contraire à l’ordre de la matière massive. Nous allons voir que c’est cette interaction vide/matière qui expliquerait l’existence de l’attraction gravitationnelle entre deux masses.

Nous plaçons cette relation au niveau d’une interaction ordre/désordre. En effet, le vide maintient en permanence un certain désordre. Aucune particule ou antiparticule du vide (dire virtuelle) n’y existe durablement et aucune ne reste immobile. Particules et antiparticules changent sans cesse de liaisons l’une avec l’autre, les deux formant toujours des couples instables. Il en résulte des sauts continuels de la valeur de l’énergie alors qu’à l’inverse la matière durable se caractérise par la conservation de l’énergie. L’agitation de l’espace-temps est aussi remarquable au sein du vide et sur un intervalle court, le temps s’agite vers l’avant comme vers l’arrière… La particule de masse crée à l’inverse un ordre qui produit autour d’elle un espace-temps ordonné avec une flèche du temps.

Le vide qui entoure la particule de masse va combattre cet ordre et, étant ainsi fixé plus longuement autour des masses, produire ainsi un déficit d’agitation lorsqu’il se situe dans une zone située entre deux masses, déficit qui est globalement assimilable à une attraction gravitationnelle entre ces masses. Cela signifie que la gravitation ne serait ni une onde ni une particule, ni même une force fondamentale d’interaction mais un effet indirect de la réaction du vide à la présence de matière durable.

Richard Feynman rapporte dans « La nature de la physique » :

(« Je vous ai montré l’équation force de gravitation égale constante gravitationnelle G multipliée par la première masse multipliée par la deuxième masse et divisée par le carré de la distance des deux masses. F=G M M’ / d² juste pour vous impressionner par la rapidité avec laquelle les symboles mathématiques peuvent transmettre de l’information. (…) Que fait donc la planète ? Est-ce qu’elle regarde le soleil pour voir à quelle distance il est, puis décide de calculer sur sa petite machine interne le carré inverse de la distance, ce qui lui indique de combien elle doit se déplacer ? Ce n’est sûrement pas l’explication du mécanisme de la gravitation ! (…) A l’époque, on posa la question à Newton à propos de sa théorie. (…) Il répondit : « ça vous explique comment les choses se déplacent et cela devrait vous suffire. Je vous ai expliqué comment elles se déplacent et pas pourquoi. » Mais en l’absence de mécanisme, les gens ne sont en général pas satisfaits, et je voudrais décrire une théorie qui a été proposée parmi d’autres et qui pourrait répondre à votre attente. Elle suggère que cet effet résulte d’un grand nombre d’actions individuelles, ce qui expliquerait pourquoi il se traduit mathématiquement.

Supposez que l’univers soit sillonné par un tas de particules, nous traversant à très grande vitesse. Elles arrivent uniformément de tous côtés, ne faisant que passer et ne nous frappant, dans leur bombardement, que très rarement. Nous sommes, ainsi que le soleil, presque transparents pour ces particules, presque mais pas complètement, et certaines font mouche. (…) Si le soleil n’était pas là, les particules bombarderaient la terre de tous les côtés et les impacts, tac, tac, lui communiqueraient de petites poussées. Mais quand le soleil est là, les particules venant de son côté sont en partie absorbées car certaines frappent le soleil et ne le traversent pas. Donc le nombre de particules arrivant vers la terre est plus faible en comparaison avec l’ensemble des directions d’où peuvent provenir les particules. Le soleil semble plus petit – exactement comme l’inverse du carré de la distance. Il y aura donc une poussée sur la terre en direction du soleil et variant comme l’inverse du carré de la distance. Et ceci résultera d’un très grand nombre d’opérations très simples, juste des chocs, l’un après l’autre, venant de tous côtés. Ceci réduirait donc de beaucoup l’étrangeté de la loi mathématique, puisque le mécanisme de base serait beaucoup plus simple que le calcul de l’inverse du carré de la distance. Ce mécanisme, le choc des particules, pour ainsi dire fait le calcul tout seul.

Le seul ennui avec cette idée, c’est que, pour d’autres raisons, elle ne marche pas. (…) Puisque la terre se déplace, il y a plus de particules pour la frapper par-devant que par-derrière. Lorsque vous courez sous la pluie, vous recevez plus de gouttes sur la figure que derrière la tête, car vous allez à la rencontre de la pluie. Ainsi, lorsque la terre se déplace, elle va à la rencontre des particules qui viennent par-devant et elle fuit les particules qui la poursuivent par-derrière. Donc plus de particules la frappent par-devant que par-derrière, d’où une force qui s’oppose au déplacement. Cette force ralentirait la terre sur son orbite et elle ne pourrait certainement pas avoir tourné autour du soleil pendant trois ou quatre milliards d’années (au moins) comme elle l’a fait. »

Quelques remarques sur ce point de vue de Feynman. Nous devons souligner que Feynman a parfaitement raison si les corpuscules qui frappent en tous sens sont des particules possédant une masse inerte et qui repoussent la matière par des chocs matière-matière. Cette hypothèse de Lesage doit donc être écartée. Supposons maintenant que l’on prenne des corpuscules qui constituent le vide quantique et examinons si la thèse ne devient pas valable. Tout d’abord, nous allons voir que l’objection de Feynman tombe alors. En effet, il ne s’agit plus de pression matière-matière comme les chocs moléculaires dans un gaz mais de pression du même type que la pression de lumière sur la matière, ce qui est très différent. D’autre part, il n’y aura pas l’effet de la personne se déplaçant dans la pluie, dont parlait Feynman car le déplacement n’a plus le même caractère : ce n’est pas un objet macroscopique qui bouge mais une particule de masse dont la propriété saute d’une particule du vide à une autre. Donc pas de mouvement dans le vide mais mouvement du boson de Higgs sautant d’une particule virtuelle du vide à une autre, lui transmettant la propriété de masse inerte. Il n’y a pas déplacement de particule de matière mais déplacement de la propriété de matière inerte qui est transmise à une nouvelle particule, l’ancienne particule de masse redevenant une particule virtuelle du vide. C’est le mécanisme matière virtuelle (sans masse inerte) -> matière de masse inerte -> matière virtuelle…. Ce n’est pas un déplacement de matière sur toile de fond du vide mais un déplacement de propriété au sein du vide. Ce « mouvement » ne déplace pas le vide par mouvement mais par changement de site de la propriété, ce qui est très différent et produit d’autres effets. Au lieu de la continuité du mouvement, on a le saut d’une propriété d’un point à un autre, tout proche et le saut du point où s’exercent les propriétés de la matière, à savoir la transformation de l’espace-temps autour.

Comment est le vide quantique pour que la présence de particule de masse inerte modifie la disposition de l’espace-temps du vide ? Le vide est une agitation permanente de corpuscules quantiques, des particules et antiparticules couplées. Le mécanisme fondamental au sein du vide est le couplage d’une particule et d’une antiparticule pour donner un photon virtuel, qui, à bien des égards, se comporte comme un photon réel, le corpuscule de lumière en somme ou d’interaction électromagnétique si on veut le dire ainsi.

Le vide est donc dominé par des changements des couplages entre particules et antiparticules. Ce qu’on appelle énergie du vide, c’est ce couplage. C’est le mode de ce couplage qui détermine le niveau d’énergie, que l’on appelle aussi énergie du boson d’interaction électromagnétique.

Sans cesse, au sein du vide quantique, des photons virtuels se retransforment en couples particule-antiparticule, et inversement… Un ballet qui permet au vide d’émettre sans cesse de l’énergie mais de manière désordonnée. Le vide maintient d’abord et avant tout son désordre structurel et il combat toute formation d’énergie structurée durable…

Examinons maintenant comment ce mécanisme du vide, fondé sur des particules n’ayant pas de masse inerte, peut être à l’origine de la gravitation entre particules possédant une masse inerte.

Quel changement y a-t-il dans le vide situé à proximité des masses ? On sait que les particules de masses, encore appelées particules réelles (ce qui ne signifie nullement que les particules et antiparticules du vide, dites virtuelles, seraient moins réelles que les autres) sont entourées d’une extraordinaire agitation de particules virtuelles qui ponctionne celle du vide alentour.

On connait déjà plusieurs effets de cette réaction du vide à la présence de matière de masse (dire particule réelle). La première est appelée courbure de l’espace-temps ou relativité qui fait que les durées et les longueurs sont modifiées dans le vide à proximité des masses et d’autant plus qu’on se rapproche des particules. Cette courbure fait que le temps s’écoule plus vite près des masses et amène que la particule ne peut se déplacer continument dans le vide. Elle ne peut que faire sauter sa propriété de masse d’une particule virtuelle proche à une autre. Il n’y a pas à proprement parler de déplacement de type cinématique mais saut d’une propriété au sein du nuage de particules virtuelles qui entourent la particule de masse. Un déplacement signifierait, au contraire, que le même objet ne fait que changer de position. En sautant sans cesse d’une particule virtuelle à une autre très proche, la particule de masse est un phénomène qui se conserve et non un objet qui se conserve et ce phénomène possède une autre particularité : un tressautement permanent et discontinu entre des points proches. La particule de masse n’est jamais individuellement la même. C’est sa propriété de masse portée par le boson de Higgs qui se communique d’un quanton virtuel à un autre.

Le vide ne cause donc pas une agitation de la particule. Il maintient seulement sa propre agitation et est la base matérielle des particules de masse.

L’idée que des particules agitées dans le vide pouvaient donner naissance à la gravitation est loin d’être neuve. Le physicien Lesage l’avait notamment développée à la fin des années 1700 dans son ouvrage intitulé « Lucrèce newtonien » se fondant sur des corpuscule agités du vide appelées « corpuscules ultramondains ». Ceux-ci parcourent en tous sens le vide entre les masses de matière, les choquant en tous sens. Cependant, ces corpuscules choquant dans toutes les directions produisaient un effet global nul, sauf si dans la zone située entre deux masses où il y avait, par effet d’écran d’une masse sur l’autre, un déficit de chocs. Ce déficit signifiait que dans cette zone entre les masses, il y avait déficit de pression, et Lesage expliquait pourquoi cela donnait une force du type de la gravitation. Cependant, l’image d’une pression due aux chocs des corpuscules supposait qu’il s’agissait de corpuscules de masse agissant à la manière des molécules d’un gaz pour faire pression sur une surface. La thermodynamique montre en effet que l’agitation moléculaire en tous sens produit, par des chocs des molécules avec la surface, une pression.

Mais cette image du type de la thermodynamique supposait qu’un surcroit de chocs provoque un réchauffement relatif et un raisonnement simple montre qu’il fallait observer un déficit de chaleur sur la surface d’une masse située entre deux masses. Cela est faux et cette image est ainsi invalidée.

Mais la pression n’est pas une propriété qui concerne seulement les particules de masse. La lumière sans masse et les particules virtuelles sans masse du vide exercent aussi une pression. En effet, il n’est pas nécessaire pour produire une pression de transmettre de l’énergie cinétique, il suffit de transmettre une quantité de mouvement, ce qui suppose un échange de quanta, et pas nécessairement un échange de matière ni de « lumière » (c’est-à-dire de bosons d’interactions).

La pression du vide sur la matière a déjà été mise en évidence. Il est certain qu’elle connait un déficit dans la zone qui sépare deux masses et ce déficit entraîne une baisse de la pression du vide dans la zone intermédiaire, déficit qui, cumulé, produit indirectement une force dite d’attraction. En fait, les deux masses n’agissent pas directement l’une sur l’autre. Les deux n’agissent pas non plus à proprement parler sur le vide. Elles se contentent de rétroagir sur le vide pour conserver leur ordre et le vide pour conserver son désordre…

En résumé, la présence de particules de masse entraîne un déficit d’agitation du vide qui produit une déficit de pression du vide sur la matière dans la zone entre deux masses, ce qui produit par différence une force apparente d’attraction entre ces masses.

Nous devons notamment expliquer pourquoi les contradictions du mécanisme de Lesage pour interpréter la gravitation tombent si ces « corpuscules » parcourant le vide sont des quanta virtuels du vide…

Nous devons également montrer pourquoi un tel mécanisme devrait être retenu : quels autres phénomènes encore inexpliqués une telle thèse permet de comprendre. En l’occurrence, nous verrons qu’on y trouve une interprétation de l’inertie de l’énergie, propriété qui n’est interprétée dans aucun modèle comme le relève le physicien Feynman :

« Le mouvement qui maintient en ligne droite un mouvement débuté en ligne droite n’a pas de raison connue. On n’a jamais trouvé pourquoi les choses continuent « en roue libre » indéfiniment. La loi d’inertie n’a pas d’origine connue. » (dans « La nature de la physique »)

Il convient d’abord de remarquer que le mouvement d’une particule de matière dans le vide n’est plus dès lors un simple changement de position mais le produit d’une série de sauts de la propriété de matière d’une particule virtuelle à une autre, donc une transformation fondée sur une série de discontinuités et non le déplacement d’un même objet sans modification du vide sous-jacent. Or la résistance à la modification du vide quantique suppose que l’action se doit d’être conservative, ce milieu maintenant son caractère désordonné, homogène dans toutes les directions. Ainsi, s’il subit un mouvement rectiligne et uniforme de matière, il doit rendre un mouvement rectiligne et uniforme. C’est ce que l’on appelle l’inertie du mouvement.

On peut également se demander si ce modèle répond à d’autres questions difficilement interprétables en physique. Par exemple, pourquoi ce mouvement de matière dans le vide atteint-il une limite de vitesse appelée vitesse de la lumière qui est le maximum de vitesse d’interaction entre deux masses ? Quel lien le vide établit-il ainsi entre vitesse du déplacement d’une masse et vitesse du déplacement d’un photon lumineux sans masse ? Qu’est-ce qui empêche le photon sans masse de se déplacer à des vitesses beaucoup plus grande puisque la masse de la matière étant interprétée comme une résistance de la matière au mouvement, l’absence de masse pourrait sembler signifier l’inexistence d’une réaction du vide ?

En fait, nous remarquons que les particules et antiparticules virtuelles du vide sont sans masse et pourtant elles exercent une résistance au changement et cette résistance concerne toute forme d’énergie, c’est-à-dire toute structure d’ordre. Le vide résiste à l’ordre, conserve son désordre. La lumière est un niveau hiérarchique d’ordre inférieur à la matière durable mais c’est quand même un ordre. Le vide y résistante donc aussi. Il y a aussi une inertie des photons, qui, se déplaçant d’un mouvement rectiligne et uniforme, ne peuvent que poursuivre ce mouvement dans le vide…

Pour mieux comprendre ces mécanismes, rappelons ce qu’était la thèse de Lesage et comment elle a été contredite, comment on explique finalement la manière par laquelle la masse de la particule existe via le mécanisme du boson de Higgs, ce qu’est le vide quantique avec ses quanta virtuels, ce qu’est l’interaction matière/vide, ce qu’est la pression du vide sur la matière et comment cela produit la gravitation…

Discussion de la thèse de Lesage

La théorie de Lesage

Discussion en anglais sur sa théorie

Ce que disait le physicien Lévy-Leblond de la théorie de Lesage dans son ouvrage « Aux contraires » :

« Georges-Louis Lesage, physicien genevois (1724-1803), conçut un schème grandiose, dans lequel l’action à distance gravitationnelle est expliquée, non seulement quant à son essence, mais dans le détail de sa formulation, par… une action de contact ! Imaginons ainsi que l’espace, vide de toute substance continue, est sillonné en tous sens par des flux de particules infimes et subtiles – au point d’être imperceptibles par nos sens trop grossiers. Ces particules, étrangères au monde quotidien, et que Lesage baptisa donc « corpuscules ultramondains » devraient moins surprendre encore notre imaginaire contemporain, habitué aux rayons cosmiques et aux fantomatiques neutrinos interstellaires. Les corps célestes, bombardés par les corpuscules ultramondains, en reçoivent une grêle de chocs minimes mais multiples. Sur un corps isolé, ces chocs, venant de toutes parts, se compensent et leur effet total est nul. Mais si deux corps sont proches l’un de l’autre, chacun va faire écran à l’autre et intercepter une partie du flux de corpuscules. Ainsi, les chocs des corpuscules arrivant sur la face d’un corps opposée à l’autre ne seront-ils pas compensés, et leur effet cumulé sera celui d’une pression, les deux corps ne s’attirent pas mais sont poussés l’un vers l’autre ! Mieux, cette force proportionnelle à la fraction du flux ultramondain interceptée, est d’autant plus grande que les corps sont proches ; un raisonnement quantitatif simple montre que cette fraction est proportionnelle à l’angle solide défini par le corps écran, c’est-à-dire qu’elle varie bien en raison du carré inverse de la distance. Lesage réussit donc non seulement à rendre compte de la soi-disant « attraction universelle » de Newton, mais explique la forme mathématique précise de sa dépendance spatiale. (…)

Dialogue :

- La théorie de Lesage explique bien la dépendance spatiale de l’attraction gravitationnelle, le fameux « carré inverse de la distance », par les impacts de ces corpuscules ultramondains… appelons-les ultrinos. (…) La formule newtonienne, outre la distance spatiale des corps en interaction, fait intervenir leurs masses. Or le mécanisme de Lesage repose sur l’interception géométrique des ultrinos, et donc sur la taille des corps ; ce sont leurs sections qui devraient intervenir. Mais ces surfaces ne sont certainement pas dans le même rapport que les masses, à la fois parce les premières dépendent du carré des rayons des corps célestes et les secondes de leurs cubes, et que de plus les densités des corps diffèrent. Le jeu solaire serait donc tout différent si Lesage avait raison.

- Bien vu, mais Lesage avait immédiatement compris cette difficulté. Il en tira la conclusion que l’interception des neutrinos n’était pas un effet de surface mais de masse ! Autrement dit, les ultrinos sont arrêtés, au sein de la planète, par la rencontre avec ses atomes, proportionnellement à leur masse et à leur nombre – ce qui permet de retrouver la loi de Newton, avec le produit des masses.
- Admettons, mais il y a un autre problème. Tout va bien quand il n’y a que deux corps,mais quand il y en a trois alignés, les effets d’écran vont se faire compenser. (…) On devrait donc voir des perturbations sérieuses de la trajectoire lunaire lors des éclipses.

- Raisonnement exact. Lesage fit le même et en conclut que seule une infime fraction du flux ultrinique était interceptée par chaque corps céleste, et donnait lieu à la « pression gravitationnelle ». Ainsi la plupart des ultrinos atteignant le Soleil le traversent, et un flux pratiquement inchangé atteint la Lune au moment des éclipses. (…)

- Nous n’avons pas tenu compte du mouvement des corps. Or le raisonnement de Lesage suppose que le flux ultrinique est isotrope, c’est-à-dire possède la même densité dans toutes les directions. Et lorsqu’un corps se meut, il va à la rencontre des ultrinos qui frappent sa face avant, et fuit ceux qui frappent sa face arrière. Les premiers ont donc une vitesse relative plus grande et les seconds plus petite que si le corps est immobile. Il reçoit donc des chocs plus violents par l’avant et moins par l’arrière, d’où une force qui le freine. Ainsi la Lune dans son mouvement autour de la Terre devrait-elle être ralentie, contrairement à la théorie newtonienne – et à l’observation !

- Cette objection a aussi été analysée par Lesage. Il suffit pour y répondre de faire l’hypothèse que la vitesse des ultrinos est très grande, beaucoup plus que celle des corps célestes sur leurs orbites, de façon que les surcroîts ou déficits de vitesse dus au mouvement relatifs de ces corps et des ultrinos affecteront suffisamment peu l’effet des impacts. »

Conclusions provisoires

Les changements de conception en sciences sont toujours fondés sur des renversements de fausse évidence sensible, psychologique ou intuitive. On se souvient que le mouvement de la terre autour du soleil est contre-intuitif puisqu’on voit le soleil tourner autour de la terre. La rotondité de la terre est elle-même contre-intuitive puisqu’on voit la terre plate vue son très grand rayon relativement à nous. La quantification de la matière est contre-intuitive parce qu’on croit voir la continuité de la masse d’un objet ou du jus liquide ou encore du gaz. La relativité et la physique quantique sont pleins de découvertes contre-intuitives en termes de discontinuité, de renoncement à la localité de certains phénomènes comme le spin, comme renoncement au sens absolu des temps simultanés, comme renoncement à l’état uniquement actuel d’un système avec la notions de superposition d’états, etc, etc…

En l’occurrence, il y en a plusieurs révolutions à opérer :

- contre la croyance en la continuité de l’espace-temps

- contre l’image du mouvement comme simple déplacement cinématique sans interaction avec la matière du vide

- contre l’image du vide sans matière, même éphémère

- contre la gravitation comme une force d’attraction alors que c’est un effet de pression. Les corps ne s’attirent pas mais ils font écran à l’agitation du vide, suscitant un déficit de pression du vide dans l’angle solide entre les deux masses.

- contre la relation matière/vide qui ne se contente pas d’être une interaction mais une création

Qu’est-ce que le vide ?

Le vide, … pas si vide

Le vide destructeur/constructeur de la matière

La matière, émergence de structure au sein du vide

Matière et lumière dans le vide

Quelle est la structure de la matière et du vide - ou comment la matière est virtuelle et le virtuel est matière

Lumière et matière, des lois issues du vide

Les bulles de vide et la matière

Lire en anglais - Read in english : aether waves theory

Une autre étude en français

Read in english upon aether

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