Pourquoi le vide quantique est la base de toute formation et de toute compréhension de la matière ?
14 février 2019, 13:16
« Vide ou Holomovement », BJ Hiley (1991) :
« Quantifier le champ gravitationnel pose de redoutables problèmes. Le lien profond entre gravité et espace-temps implique que, si l’on veut réussir la quantification, des changements radicaux dans notre compréhension de l’espace-temps seront nécessaires. Dans cet article, je vais explorer de nouvelles idées d’espace-temps qui peuvent être motivées par une approche purement algébrique de la mécanique quantique et qui remettent en question la notion de localité absolue. Afin de faire ressortir ces idées, nous présentons d’abord un bref aperçu des notions classiques et quantiques du vide, en particulier dans leur relation avec notre compréhension de la structure espace-temps. (…) L’histoire du vide a eu, à mon sens, une évolution plutôt curieuse. Au cours de l’histoire, les opinions sur sa nature semblent basculer d’un extrême à l’autre. Il a parfois été considéré comme “complet” ou substantif, alors que d’autres fois, il a été traité comme “vide” ou vide. Même dès les premiers jours, il y a eu peu d’accord. Par exemple, Parménide soutenait que « la vacuité est un néant et que ce qui n’est rien ne peut pas être ». Pour lui, le vide devait être un plénum compact qu’il considérait comme étant constitué d’un tout continu et immuable. Et sa seule logique l’oblige à conclure que le mouvement n’est qu’une illusion. Mais sûrement, le mouvement est plus qu’une simple illusion. La substance matérielle est perçue comme changeant constamment, certains changements étant rapides, d’autres extrêmement lents. Cela ne s’explique-t-il pas plus naturellement par le passage d’atomes démocritiens d’une région de l’espace à une autre qui n’est pas déjà occupée par d’autres atomes, c’est-à-dire dans des régions vides ? Par conséquent, pour concevoir le mouvement des entités substantives, ne devons-nous pas avoir un vide d’emprisonnement ? Cette notion de vide, de vide vide, a servi de toile de fond au développement de la physique newtonienne. La mécanique des particules, renforcée par le calcul différentiel, est issue des concepts primitifs fournis par Démocrite et étendus qualitativement par Lucrecius. Les particules en mouvement fourniraient une explication mécanique de tous les processus physiques. De l’avis de Newton, même la lumière était de nature particulaire, avec des "corpuscules" se déplaçant dans le vide, parfois réfléchis et parfois transmis lorsqu’ils atteignaient une limite transparente. Cependant, leur comportement prédit une fois qu’ils sont entrés dans le médium n’est pas étayé par l’expérience et c’est la théorie des ondes qui a finalement triomphé avec ses explications plus simples d’interférence et de diffraction. La théorie corpusculaire a été abandonnée jusqu’à l’événement de la théorie quantique. Mais comment une vague pourrait-elle être maintenue dans un « espace vide » ? Certes, toute notre expérience des phénomènes de vagues était d’origine mécanique et nécessitait un support dans lequel les vibrations pouvaient être maintenues. L’ethos mécanique était devenu si profondément enraciné qu’une explication des champs électromagnétiques en termes de vibrations dans une sorte d’éther substantif était fortement recommandée. Ainsi, un vide semblable à un plénum a été réintroduit et, à la fin du XIXe siècle, il est devenu à la mode de prendre cet éther très au sérieux et de rechercher une explication de la source ultime de tous les phénomènes physiques, y compris les atomes, en termes de structures. ou des caractéristiques invariantes du plénum lui-même (comme des vortex). C’est l’incapacité de détecter tout mouvement de la Terre par rapport à ce plénum maxwellien qui a commencé à susciter de sérieux doutes quant à l’existence d’une telle « substance ». Des expériences telles que celles de Michelson et de Morley n’avaient pas non plus détecté un tel mouvement dans l’éther, mais la structure même de la théorie de la relativité restreinte faisait apparaître que toute tentative de recherche d’un tel éther était vouée à l’échec. La conclusion apparemment inévitable semble être que le vide est « vraiment vide », une notion qui a dominé les développements les plus récents de la physique. La réaction contre la réintroduction d’un tel éther ou plénum a été si forte que toute théorie qui osait invoquer une telle notion était considérée pendant un temps inacceptable et absurde. Dans les années 1960 et 1970, je suis souvent tombé sur une telle réaction lorsque j’ai essayé de discuter de l’utilisation par De Broglie d’un « milieu sub-quantique » comme moyen de fournir une explication possible du formalisme quantique. L’objection n’était pas tant contre la tentative de trouver une explication plus physiquement intuitive du phénomène quantique, mais plutôt contre l’introduction du "milieu sub-quantique". La réplique, "Einstein nous a sûrement montré que le vide était" vide "et que la réintroduction d’un mode de pensée aussi démodé ne permettrait pas une compréhension satisfaisante des phénomènes", n’était pas inhabituel. Pourtant, dans le monde quantique relativiste, la notion de « polarisation par le vide » était déjà apparue et était utilisée assez librement, bien que de manière très formelle. Mais il est nécessaire d’évoquer la théorie quantique des champs, Einstein (1924) lui-même n’a pas réagi aussi fortement contre la notion d’éther. Ce qu’il a mis en doute, c’est la nécessité d’interpréter les équations de Maxwell « mécaniquement », c’est-à-dire en termes de vibrations d’une substance semblable à un plénum. Est-il nécessaire de considérer la notion de champ comme un attribut de la substance ou peut-elle être considérée comme une chose à part entière ? Einstein (1969) a fait valoir que les équations de Maxwell rendaient compte avec succès d’un grand nombre de phénomènes et qu’il n’était pas nécessaire d’interpréter les quantités de champ en termes de structure plus profonde. On ne gagnerait rien à essayer d’interpréter ces champs en termes de substance sous-jacente, comme l’exige l’approche mécanique ; La mécanique newtonienne était clairement limitée, alors pourquoi continuer à utiliser une forme conceptuelle démodée ? Que le champ continu soit considéré comme une entité à part entière. Bien sûr, il serait maintenant possible de prendre le champ électromagnétique comme un éther et d’essayer de rendre compte de toutes les propriétés du champ comme un éther et d’essayer de rendre compte de toutes les propriétés de la matière en termes de son seul champ. En effet, de nombreux efforts ont été faits dans cette direction. Cependant, certains processus n’étaient clairement pas d’origine électromagnétique. La gravité était l’un des exemples les plus évidents et il est vite devenu évident qu’il fallait quelque chose de plus. Einstein fut le premier à comprendre que le champ électromagnétique contenait une autre limitation, à savoir que les équations de Maxwell ne sont invariantes que dans des cadres de référence spéciaux, les cadres inertiels. (…) Pour Einstein (1924), des termes comme « le champ gravitationnel », « la structure de l’espace-temps » et « l’éther » étaient tous synonymes. (…) Revenant maintenant à la relativité générale, il convient de rappeler qu’Einstein (1969) ne considérait pas lui-même que la théorie exprimée dans les équations de champ était complète. (…) Einstein voulait considérer la particule elle-même comme une concentration d’énergie de champ ou peut-être même une singularité dans le champ gravitationnel, de sorte que la gravité, les particules et, bien entendu, l’électromagnétisme puissent être décrits par un seul champ, le champ"."
« Vide ou Holomovement », BJ Hiley (1991) :
« Quantifier le champ gravitationnel pose de redoutables problèmes. Le lien profond entre gravité et espace-temps implique que, si l’on veut réussir la quantification, des changements radicaux dans notre compréhension de l’espace-temps seront nécessaires. Dans cet article, je vais explorer de nouvelles idées d’espace-temps qui peuvent être motivées par une approche purement algébrique de la mécanique quantique et qui remettent en question la notion de localité absolue. Afin de faire ressortir ces idées, nous présentons d’abord un bref aperçu des notions classiques et quantiques du vide, en particulier dans leur relation avec notre compréhension de la structure espace-temps. (…) L’histoire du vide a eu, à mon sens, une évolution plutôt curieuse. Au cours de l’histoire, les opinions sur sa nature semblent basculer d’un extrême à l’autre. Il a parfois été considéré comme “complet” ou substantif, alors que d’autres fois, il a été traité comme “vide” ou vide. Même dès les premiers jours, il y a eu peu d’accord. Par exemple, Parménide soutenait que « la vacuité est un néant et que ce qui n’est rien ne peut pas être ». Pour lui, le vide devait être un plénum compact qu’il considérait comme étant constitué d’un tout continu et immuable. Et sa seule logique l’oblige à conclure que le mouvement n’est qu’une illusion. Mais sûrement, le mouvement est plus qu’une simple illusion. La substance matérielle est perçue comme changeant constamment, certains changements étant rapides, d’autres extrêmement lents. Cela ne s’explique-t-il pas plus naturellement par le passage d’atomes démocritiens d’une région de l’espace à une autre qui n’est pas déjà occupée par d’autres atomes, c’est-à-dire dans des régions vides ? Par conséquent, pour concevoir le mouvement des entités substantives, ne devons-nous pas avoir un vide d’emprisonnement ? Cette notion de vide, de vide vide, a servi de toile de fond au développement de la physique newtonienne. La mécanique des particules, renforcée par le calcul différentiel, est issue des concepts primitifs fournis par Démocrite et étendus qualitativement par Lucrecius. Les particules en mouvement fourniraient une explication mécanique de tous les processus physiques. De l’avis de Newton, même la lumière était de nature particulaire, avec des "corpuscules" se déplaçant dans le vide, parfois réfléchis et parfois transmis lorsqu’ils atteignaient une limite transparente. Cependant, leur comportement prédit une fois qu’ils sont entrés dans le médium n’est pas étayé par l’expérience et c’est la théorie des ondes qui a finalement triomphé avec ses explications plus simples d’interférence et de diffraction. La théorie corpusculaire a été abandonnée jusqu’à l’événement de la théorie quantique. Mais comment une vague pourrait-elle être maintenue dans un « espace vide » ? Certes, toute notre expérience des phénomènes de vagues était d’origine mécanique et nécessitait un support dans lequel les vibrations pouvaient être maintenues. L’ethos mécanique était devenu si profondément enraciné qu’une explication des champs électromagnétiques en termes de vibrations dans une sorte d’éther substantif était fortement recommandée. Ainsi, un vide semblable à un plénum a été réintroduit et, à la fin du XIXe siècle, il est devenu à la mode de prendre cet éther très au sérieux et de rechercher une explication de la source ultime de tous les phénomènes physiques, y compris les atomes, en termes de structures. ou des caractéristiques invariantes du plénum lui-même (comme des vortex). C’est l’incapacité de détecter tout mouvement de la Terre par rapport à ce plénum maxwellien qui a commencé à susciter de sérieux doutes quant à l’existence d’une telle « substance ». Des expériences telles que celles de Michelson et de Morley n’avaient pas non plus détecté un tel mouvement dans l’éther, mais la structure même de la théorie de la relativité restreinte faisait apparaître que toute tentative de recherche d’un tel éther était vouée à l’échec. La conclusion apparemment inévitable semble être que le vide est « vraiment vide », une notion qui a dominé les développements les plus récents de la physique. La réaction contre la réintroduction d’un tel éther ou plénum a été si forte que toute théorie qui osait invoquer une telle notion était considérée pendant un temps inacceptable et absurde. Dans les années 1960 et 1970, je suis souvent tombé sur une telle réaction lorsque j’ai essayé de discuter de l’utilisation par De Broglie d’un « milieu sub-quantique » comme moyen de fournir une explication possible du formalisme quantique. L’objection n’était pas tant contre la tentative de trouver une explication plus physiquement intuitive du phénomène quantique, mais plutôt contre l’introduction du "milieu sub-quantique". La réplique, "Einstein nous a sûrement montré que le vide était" vide "et que la réintroduction d’un mode de pensée aussi démodé ne permettrait pas une compréhension satisfaisante des phénomènes", n’était pas inhabituel. Pourtant, dans le monde quantique relativiste, la notion de « polarisation par le vide » était déjà apparue et était utilisée assez librement, bien que de manière très formelle. Mais il est nécessaire d’évoquer la théorie quantique des champs, Einstein (1924) lui-même n’a pas réagi aussi fortement contre la notion d’éther. Ce qu’il a mis en doute, c’est la nécessité d’interpréter les équations de Maxwell « mécaniquement », c’est-à-dire en termes de vibrations d’une substance semblable à un plénum. Est-il nécessaire de considérer la notion de champ comme un attribut de la substance ou peut-elle être considérée comme une chose à part entière ? Einstein (1969) a fait valoir que les équations de Maxwell rendaient compte avec succès d’un grand nombre de phénomènes et qu’il n’était pas nécessaire d’interpréter les quantités de champ en termes de structure plus profonde. On ne gagnerait rien à essayer d’interpréter ces champs en termes de substance sous-jacente, comme l’exige l’approche mécanique ; La mécanique newtonienne était clairement limitée, alors pourquoi continuer à utiliser une forme conceptuelle démodée ? Que le champ continu soit considéré comme une entité à part entière. Bien sûr, il serait maintenant possible de prendre le champ électromagnétique comme un éther et d’essayer de rendre compte de toutes les propriétés du champ comme un éther et d’essayer de rendre compte de toutes les propriétés de la matière en termes de son seul champ. En effet, de nombreux efforts ont été faits dans cette direction. Cependant, certains processus n’étaient clairement pas d’origine électromagnétique. La gravité était l’un des exemples les plus évidents et il est vite devenu évident qu’il fallait quelque chose de plus. Einstein fut le premier à comprendre que le champ électromagnétique contenait une autre limitation, à savoir que les équations de Maxwell ne sont invariantes que dans des cadres de référence spéciaux, les cadres inertiels. (…) Pour Einstein (1924), des termes comme « le champ gravitationnel », « la structure de l’espace-temps » et « l’éther » étaient tous synonymes. (…) Revenant maintenant à la relativité générale, il convient de rappeler qu’Einstein (1969) ne considérait pas lui-même que la théorie exprimée dans les équations de champ était complète. (…) Einstein voulait considérer la particule elle-même comme une concentration d’énergie de champ ou peut-être même une singularité dans le champ gravitationnel, de sorte que la gravité, les particules et, bien entendu, l’électromagnétisme puissent être décrits par un seul champ, le champ"."