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Accueil du site > 02 - Livre Deux : SCIENCES > Atome : lois de la Physique ou rétroaction de la matière/lumière et du vide (...) > Etonnante matière !!!

Etonnante matière !!!

samedi 16 juin 2018, par Robert Paris

Pourquoi la matière s’est révélée, au niveau microscopique, très différente de celle qui nous apparaît ou que nous imaginions à notre échelle ?

Nous avons longtemps considéré que nous connaissions la matière par nos sens et par nos expériences, tout cela se déroulant toujours à une seule échelle, la nôtre, que l’on appelle aussi le niveau macroscopique, par opposition à l’échelle microscopique, celle qui est immédiatement inférieure. Depuis, nos capacités scientifiques et techniques ont considérablement changé et plusieurs niveaux d’échelle ont été accessibles à l’expérience et au raisonnement.

En étudiant le niveau microscopique de la matière, se sont révélés divers niveaux d’organisation de structure comme les molécules, les atomes, les noyaux, les particules dites élémentaires, les particules fugitives, les états éphémères de la matière, les photons (plus généralement les bosons et particules d’interaction), etc.

On avait commencé à envisager la matière à notre échelle comme un grand édifice de construction, attachant entre eux les éléments précédemment cités. On a parlé d’ « atomes crochus » avec de vrais crochets pour les lier entre eux au sein des molécules et de liaisons intermoléculaires utilisant des forces dites de van der Waals. On a parlé de systèmes planétaires pour concevoir comment les électrons se maintenaient autour du noyau atomique, en pensant que la force électromagnétique qui reliait les électrons électriquement négatifs au noyau électriquement positif (du fait de la présence de protons électriquement positifs).

Cependant, il s’avère que la notion de « liaisons » ne peut pas être semblable aux liaisons telles que nous les connaissons à notre échelle (ou que nous croyons les connaître). Il s’avère également que nous ne pouvons absolument pas concevoir les particules, les atomes, les molécules comme de « petits objets » au sens que nous donnons à la notion d’objet, à notre échelle.

L’échelle microscopique a produit notamment la physique quantique qui donne une image profondément différente de la matière qui n’est plus aussi inerte, aussi figée, aussi stable, aussi durable ni aussi palpable, ni aussi suivable continûment sur des trajectoires. En somme, l’image d’une matière compacte, solide, fondée sur des objets fixes, durables, ayant une individualité, des particularités propres à chaque objet, ayant des histoires individuelles (aucun rocher n’est identique à un autre, ni aucun cristal, ni aucun liquide, ni aucun gaz). Tout cela a disparu avec le niveau microscopique. Personne n’est capable de distinguer deux photons ou deux particules de matière ayant les mêmes caractéristiques. il n’y a plus d’individu. Et il n’y a plus de trajectoire. Il n’y a plus non plus de trajectoire exacte et pas même de position ou de vitesse entièrement définies et connaissables. Il y a seulement une probabilité de présence du corpuscule.

Et, bien entendu, aucun objet au sens classique ne pourrait, comme cela se passe au niveau quantique, être à la fois de type ondulatoire et corpusculaire. Plus exactement, au niveau macroscopique, aucune apparence ne présente ce curieux mélange d’ondulatoire et de corpusculaire qui fait que dans toute onde il y a un corpuscule et avec tout corpuscule une onde !!!

La logique causale elle-même est profondément perturbée car l’histoire au sens quantique ne passe pas d’un état à un autre mais d’une superposition d’états potentiels à une autre superposition d’états potentiels, chacun disposant d’une certaine probabilité de devenir réel. Cette situation ne se présente apparemment jamais au niveau macroscopique en considérant les objets matériels tels que nous croyons les percevoir.

Les liaisons entre particules, au sein du noyau, entre particules et champs, entre particule et noyau, entre atomes, entre molécules, sont très loin de ressembler en physique quantique aux « crochets » des atomes crochus !!! En fait, les liaisons sont des échanges permanents de bosons, durables ou éphémères, dits virtuels ou réels.

Il n’y a même pas de barrière infranchissable entre particules de matière durables et éphémères. Et pas plus entre bosons durables et éphémères. C’est seulement une question d’énergie. Donnez suffisamment d’énergie à un corpuscule virtuel (c’est-à-dire éphémère) qu’il soit boson ou fermion (particule d’interaction ou de matière) et celui-ci devient durable (on le dit alors réel).

La physique quantique n’a pas changé l’image donnée par le niveau où nous existons, l’image du monde macroscopique, mais elle explique comment l’univers quantique, si différent du nôtre, produit, par un grand nombre d’interactions entre les quanta, l’univers classique avec ses objets apparemment fixes, ses liaisons apparemment solides, son apparente durabilité, son apparence de trajectoires définies, continues, avec une position et une vitesse définies en chaque point d’une trajectoire, toutes les propriétés que nous connaissons bien par exemple en mécanique classique, etc. Le passage du niveau quantique au niveau classique est appelé la décohérence.

Il résulte de cette image nouvelle, quantique, de la matière, de la lumière, de leurs interactions et de celles qu’elles ont avec l’espace-temps du vide, de multiples changements radicaux dont nous allons citer quelques exemples.

Et d’abord, cette absence d’individualité, très difficile à imaginer quand on raisonne à notre échelle. Dans notre vie quotidienne, nous avons autour de nous des objets que nous pouvons identifier, suivre, observer en continu, sans interruption, apparemment sans discontinuité. Il n’y a pas de « trou » dans la perception que nous avons de ces objets. Ils n’apparaissent pas et ne disparaissent pas !!! Sinon, cela nous semblerait de la magie ou un gag comique !!! Nous n’avons même pas d’interruption dans l’information que nous avons de ces objets. Il n’y a rien qui nous semble éphémère dans ce que nous voyons, touchons ou percevons, mesurons, sur lequel nous pouvons raisonner à notre échelle. La lune est observable en continu, n’apparaît pas ni ne disparaît. Nous pouvons savoir à l’avance quelle sera pas position, comme nous pouvons suivre la trajectoire d’un boulet et elles est prédictible.

Rien de tout cela n’existe à l’échelle quantique, même si cela nous dérange énormément de le penser !

Un exemple : la notion d’individualité des objets. Même deux objets fabriqués le plus identiquement possible sont différents, ont des traces légères qui les distinguent, peuvent être suivis séparément dans leurs parcours. On peut dire : celui de droite a viré, est passé par ici, puis est venu par là pendant que l’autre qui lui ressemble énormément est passé plus à gauche puis s’est arrêté et est reparti plus à droite. A aucun moment deux objets macroscopiques sont devenus indistinguables, sauf à une grande distance.

Pire même, au niveau quantique, ce qui tiendrait lieu d’objet, les particules, les noyaux, les atomes, les molécules sont complètement impossibles à ditsinguer si elles ont quelques paramètres identiques, comme si deux êtres humains étaient indistinguables si seulement ils avaient le même poids et la même taille !!!

Si deux particules quantiques de même type s’approchent l’une de l’autre et interagissent, personne (aucune expérience) ne peut les distinguer, savoir laquelle était celle qui venait de la droite et laquelle celle qui venait de la gauche, pour parler en langage macroscopique.

On ne peut pas nommer une particule et la suivre au point d’être sûr que c’est elle qu’on va revoir un peu plus tard. Personne ne peut dire : « tiens, c’est la particule Arthur que j’avais déjà rencontré ».

Autre remarque tout aussi désarmante pour nous, objets macroscopique, les particules quantiques n’ont pas à proprement parler d’histoire, pas vraiment d’âge, pas d’usure, pas de traces. Rien ne permet de dire que l’on a affaire à un atome ancien ou jeune, à une particule toute récente ou très ancienne, car ce genre de notion ne décrit absolument rien à l’échelle quantique, alors que tous les objets à notre échelle, dite classique, ont une histoire, un âge, s’usent, se décomposent progressivement, etc.

La particule semble inusable, éternelle, sans histoire, sans aucun changement dans le temps. Il semble qu’il ne lui soit rien arrivé du tout, entre deux moments où on la mesure, où on mesure des interactions avec elle.

L’atome participe sans cesse à des interactions et on verra que la particule aussi et pourtant ils semblent rester inchangés, leurs paramètres étant identiques à eux-mêmes. Les étoiles vieillissent, les matériaux vieillissent, les êtres vivants vieillissent mais les particules ne vieillissent pas ! Le paramètre temps n’est pas le même au niveau microscopique qu’au niveau macroscopique et nous verrons qu’il est encore différent au niveau du vide quantique !

Un grand nombre de paramètres qui sont significatifs à l’échelle macroscopique ne le sont absolument pas au niveau quantique ou ont une autre signification. Par exemple, la notion de position et de vitesse qui perdent leur sens en tout point et leur précision absolue. Par exemple aussi, les paramètres dits corrélés dont la précision est interdépendante, ce qui n’existe absolument pas au niveau classique.

Même le nombre de particules n’est pas fixe. Des particules apparaissent et disparaissent. Voilà bien une propriété totalement inexistante apparemment au niveau macroscopique !!! Personne ne voit des objets apparaitre et disparaitre !!!

Il est remarquable qu’on puisse enlever un électron à l’atome ou à la molécule, puis le remplacer par un autre, sans que l’on puisse dire que cela ait changé quoique ce soit. Personne ne peut dire quel électron était là et quel électron l’a remplacé. Tous les électrons peuvent se remplacer mutuellement, comme tous les corpuscules de matière et de lumière. Ils ne possèdent pas d’individualité. On dit « un » électron comme on dit une chaise, mais la chaise, elle, est unique, pas l’électron qui n’est que le nom générique d’une famille d’éléments tous identiques !!! Voilà qui n’a absolument rien de classique : nous n’avons jamais une telle situation dans notre univers macroscopique !!! Quand les physiciens sont tombés sur ce fait, ils en ont été tourneboulés !!! Et ce n’est pas ce constat quantique qui est une illusion d’observation, c’est notre monde macroscopique qui produit l’illusion d’un monde fait de choses fixes, d’objets pleins, compacts, lisses, continus, figés, toujours identiques à eux-mêmes, qui ne disparaissent jamais. En fait, ils changent sans cesse de composants mais on ne s’en rend pas compte parce que ces composants sont tous identiques entre eux… Les seuls changements de la matière que nous percevons sont des changements d’un tellement grand nombre de quanta qu’ils ont un caractère beaucoup plus lisse, plus continu, plus compact, plus régulier, plus linéaire que n’est la réalité sous-jacente.

Mais la réalité est autre. Le photon lumineux (ou boson en général) et la particule de matière (ou fermion) ont en commun non seulement d’être à la fois ondulatoire et corpusculaire mais aussi de ne pas avoir d’individualité, pas d’histoire particulière du corpuscule ou de l’onde, pas de particularités propres, pas de possibilités de se distinguer d’autre individus ayant les mêmes caractéristiques et d’obéir seulement à des logiques probabilistes et ne répondant pas individuellement à des critères de causalité. Enfin, ils ont en commun de ne pas pouvoir être suivis en continus sur des trajectoires. Quelle en est la raison fondamentale ? Eh bien, ce ne sont pas des objets individuels mais des structurations du vide.

Quand un corpuscule disparaît à un niveau, c’est parce qu’il manque d’énergie et devient un élément de structure du niveau inférieur. Les corpuscules réels qui disparaissent deviennent virtuels (des structurations du vide). Les corpuscules virtuels sont le niveau supérieur du vide quantique et, en disparaissant, ils repassent au niveau dit « virtuel de virtuel ». Inversement, en recevant de l’énergie, en recevant par exemple un boson de Higgs, le corpuscule virtuel devient réel.

On remarquera que ce sont en fait les mêmes corpuscules qui sont réels, virtuels ou virtuels de virtuel. En effet, pour une particule réelle ayant une énergie suffisante, la particule qu’on croirait virtuelle apparaît réelle. Ce n’est donc pas une différence de nature entre corpuscules qui oppose les différents niveaux de la matière, de la lumière et du vide.

Ces sauts d’un niveau à l’autre des structures du vide sont la base de tous les phénomènes étonnants de la physique quantique : les apparitions et disparitions de corpuscules, la discontinuité fondamentale de la matière et de la lumière.

L’un des phénomènes les plus importants est le mécanisme de Higgs par lequel la propriété « particule réelle » saute d’une particule virtuelle à une autre.

Un autre point fondamental est la formation d’un nuage de corpuscules virtuels autour de la particule réelle. C’est la base du caractère à la fois ondulatoire et corpusculaire de la matière/lumière quantiques. Le nuage donne les effets « onde » et la particule l’effet « corpuscule ».

Le point fondamental, c’est que dans le vide quantique, contrairement à notre monde macroscopique, il y a autant de matière que d’antimatière, qu’elle est éphémère par rapport à la propriété « corpuscule réel », que la matière est toujours couplée à l’antimatière, les deux disparaissant en même temps pour donner de la lumière. Un autre point fondamental du vide quantique, c’est que le temps passe dans les deux sens et pas seulement dans le sens passé -> futur.

L’apparence, ce n’est pas ce qui se passe au niveau quantique, mais c’est ce qui se passe au niveau macroscopique et qui est une construction, appelé la décohérence. Ce phénomène se produit dès qu’il y a un très grand nombre de quanta en interaction. Le monde que nous connaissons est une apparence produite par les échanges entre quanta. Dès qu’il y a un petit nombre de quanta, la réalité (qui contient aussi bien les corpuscules réels que virtuels ou virtuels de virtuel) est quantique et non classique. Notre monde apparent n’est produit qu’à notre échelle. C’est le très grand nombre d’interactions qui produit l’illusion de fixité, de régularité, de continuité, de compacité de la matière, de la lumière.

Il nous est certes difficile d’admettre que nous vivions dans un monde de l’illusion mais il n’y a pas d’autre option possible. Les phénomènes quantiques n’existent pas seulement à petite échelle, ils sont perceptibles dans de nombreux cas à notre échelle. Ils sont le fondement de tout l’Univers, de la très grande échelle de l’astrophysique jusqu’à la plus petite échelle connue jusque là du virtuel de virtuel. La discontinuité a un caractère fondamental puisqu’elle détermine y compris l’apparence ondulatoire de certains phénomènes. Ce sont toujours des grains qui en sont le fondement.

C’est notre pensée humaine qui est la plus en retard sur les progrès de la science, puisque nous avons du mal, bien longtemps après cette découverte, à l’intégrer dans notre pensée sur le monde. Nous cherchons à tout prix à placer de la continuité là où il n’y en a manifestement pas !

Le fait même que l’Univers soit bâti sous la forme de multiples niveaux de structure, qui ne sont pas des copies de plus ou moins grande taille les uns des autres, devrait pourtant déterminer notre mode de pensée.

Si nous examinons l’univers à diverses échelles de l’espace et du temps, nous ne voyons absolument pas les mêmes objets, ni les mêmes lois, ni les mêmes mécanismes à l’œuvre, et pourtant toutes ces échelles sont interdépendantes, sans cesse interactives, interpénétrées à l’extrême, inséparables autant que contradictoires.

C’est ce qui explique que la prédictibilité absolue n’existe pas, que l’indétermination coexiste avec les lois, que les niveaux de structures soient émergents et non préexistants. Les lois ne permettent de prédire que les potentialités mais pas l’histoire qui va se réaliser effectivement, pas plus dans le domaine de la physique qu’au niveau de la vie des êtres vivants.

Tous les passages d’une échelle à une autre, qui déterminent les valeurs des « constantes » de la physique, sont dus à ces interactions non-linéaires, discontinues, non graduelles, émergentes, qui appartiennent au domaine dit du « chaos déterministe » qui mêle déterminisme et apparent désordre.

Au final, tout cela ne signifie pas que la matière et la lumière ne seraient que « virtuels » au sens où ils n’existeraient pas réellement. Pas du tout ! Virtuel ne signifie pas irréel mais signifie éphémère, ce qui est très différent. Le virtuel est également le premier niveau où la matière n’existe qu’en collectivité avec l’antimatière, en nombre égal et toujours en couple.

Les particules de matière et de lumière existent vraiment et ce sont les particules, dites « réelles » parce que leurs propriétés sont durables, qui n’existent pas vraiment car elles sont portées par des particules virtuelles qui changent sans cesse, à grande vitesse. Ce sont les propriétés et les caractéristiques qui se maintiennent mais pas l’identité de la particule qui les porte.

Et les propriétés des particules dites « réelles » (à l’apparence durable) ne seraient pas possibles sans les antiparticules virtuelles qui sont présentes elles aussi dans le nuage virtuel qui accompagne toutes ces particules réelles. Et parmi ces propriétés, il y a le fait que la matière ne s’écrase pas l’une sur l’autre, ne se tasse pas complètement. En effet, sans l’antimatière qui entoure une particule de matière, deux particules d’électricité opposées seraient irrémédiablement attirées au point de s’écraser l’une sur l’autre. Mais, bien entendu, à notre échelle nous n’avons aucune conscience de l’existence de ces particules d’antimatière car il n’existe pas dans notre monde d’antimatière durable comme il existe de la matière durable !!!

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