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20- Qu’est-ce que le vide ?

26 mars 2015, 16:28, par Robert Paris

Bonjour,

Vous dites : « En théorie classique, le vecteur de Poynting transporte donc le produit E*H qui vaut plusieurs MW par cm². Si on intègre ce produit sur la section on retrouve bien la puissance P=VI. »

En somme, pourquoi ne pas s’en tenir à la théorie classique ? Tout d’abord, rappelons-nous que le vecteur de Poynting est radial, dirigé de l’extérieur vers le câble. Citons à ce sujet Feynman dans Electromagnétisme II chapitre 27 :

« Ainsi notre théorie folle (du vecteur de Poynting) dit que les électrons reçoivent leur énergie pour produire de la chaleur, parce qu’il y a un flux d’énergie rentrant dans le fil provenant du champ extérieur. Notre intuition suggérerait plutôt que les électrons reçoivent leur énergie de leur mouvement le long du fil, et donc l’énergie devrait s’écouler le long du fil. Mais la théorie dit que les électrons sont en réalité poussés par un champ électrique dû à des charges très éloignées, et qu’ils acquièrent leur énergie pour engendrer de la chaleur à partir de ces champs. L’énergie s’écoule d’une certaine façon, à partir des charges éloignées, à travers une vaste région de l’espace, puis vers l’intérieur du fil. En fin pour vous convaincre que cette théorie (de Poynting) est évidemment loufoque… »

La suite est à lire absolument, et notamment :

« Vous commencez sans doute à avoir l’impression que la théorie de Poynting viole au moins partiellement votre intuition en ce qui concerne la localisation de l’énergie dans un champ électromagnétique…. »

En somme, le câble reçoit son énergie de l’extérieur de la matière…

Il la reçoit du vide… Même si on raisonne de manière classique comme le fait l’électromagnétisme de Maxwell. Vous avez beau ne pas aimer la physique quantique (si j’ai bien compris), vous n’échappez pas davantage au rôle du vide. C’est seulement que la physique classique ne permet pas d’expliquer les propriétés du vide contrairement à la physique quantique (dans la théorie quantique des champs).

Cette théorie classique, elle-même, est contre-intuitive (tout autant que la physique classique) et explique donc que l’énergie ne vient pas du mouvement des électrons eux-mêmes et cela pose le problème de … l’énergie de l’espace extérieur, c’est-à-dire du vide !

Vous dites : « Dans le cas d’un câble extrudé de transport de l’énergie électrique à courant CONTINU à géométrie cylindrique le fort courant continu I passe dans l’âme centrale en cuivre et engendre un champ H continu dans le diélectrique Où sont alors les photons dans ce cas précis où toutes les grandeurs sont continues ? Comment la mécanique quantique explique alors le transport de l’énergie électrique en continu ? »

Discutons une minute de cette notion de « courant continu » qui s’opposerait, si je comprend bien, à la discontinuité des quanta. La langue française commet une erreur en parlant de continu là la langue anglaise parle de « direct current ». Ce n’est même pas du domaine statique. On est dans du quasi stationnaire. Cela se traduit par le fait qu’il y a un transport d’énergie.

L’énergie ne se transporte donc pas comme le déplacement des électrons dans le câble, mais perpendiculairement au câble. C’est cela qui doit faire réfléchir en plus du fait que le sens du mouvement de l’énergie est : de l’extérieur vers le câble !!! Si l’énergie vient de l’extérieur, c’est bien qu’elle ne vient pas du mouvement des électrons et d’autant moins que cette énergie est censée expliquer pourquoi ce mouvement des électrons freiné par les chocs (ce qui se manifeste par la formation de chaleur dans le câble) ne s’arrête pas.

Si on étudie une onde électromagnétique plane dans le vide, on s’aperçoit que le vecteur de Poynting est justement dirigé comme… les photons associés au champ ! Cela suggère donc que, dans le cas du câble, le vecteur de Poynting signifierait un transport d’énergie de l’extérieur par les photons. Mais, direz-vous, quelle est l’énergie (et donc la fréquence) de ces photons ?

Tout d’abord, il convient de se rappeler que l’énergie de la physique classique est liée à l’amplitude des champs et pas à leur fréquence. C’est seulement en onde plane monochromatique (très théorique) que les photons ont une seule fréquence. A part ce cas, dans une onde électromagnétique quelconque en théorie classique, il y a tout un tas de fréquences et donc avec tout un tas de niveaux d’énergie. Et là, on ne sait pas quels sont les énergies et fréquences de photons.

Vous dites : « En continu, la longueur d’onde est infinie et la fréquence zéro ! Donc pas d’énergie au photon dans l’hypothèse "classique". »
D’accord : un mouvement stationnaire est à fréquence nulle. Cela n’a rien à voir avec la fréquence d’éventuels électrons. Cela signifie seulement qu’il n’y a pas de variabilité globale.

Donc les fréquences des différents photons ont des actions qui s’annulent mutuellement. C’est la même chose que pour un conducteur qui n’est pas sous tension : les électrons libres s’agitent, mais globalement il n’y a aucun mouvement global car tous les mouvements en tous sens s’annulent. Ce n’est zéro qu’en résultante…

Si vous aviez raison et que la fréquence était nulle, il n’y aurait plus de transport d’énergie du tout. Le stationnaire n’explique pas ce courant continu, mais le quasi stationnaire…

Vous dites : « Par ailleurs la vitesse de propagation de cette énergie est c/racine de la permittivité relative et donc différente de c vitesse de la lumière dans le vide.
Comment concilier tout cela ? »

Ce problème, par contre, est expliqué par la théorie classique de l’électromagnétisme : changement de la vitesse de phase de l’onde due à la rediffusion par le milieu. En effet, il n’y a pas seulement déplacement d’une onde mais absorption puis réémission par le milieu. D’ailleurs, dans le cas d’un indice inférieur à un, cela amène à une vitesse de phase supérieure à la vitesse de la lumière ! Mais, encore une fois, ce n’est pas une vitesse de déplacement d’énergie (qui est elle est la vitesse de groupe).

Vous dites : « Quelle est alors la permittivité du "néant" volume infiniment petit sans particule virtuelle ? »

Il n’y aucune sorte de « néant ». Le vide, lui-même, n’est pas à zéro particule ni zéro énergie.

C’est impossible en physique quantique. Zéro particule virtuelle est encore moins possible…
Vous posez des questions qui sont d’autant plus difficiles qu’elles doivent être posées à un niveau (à la rigueur au passage de deux niveaux) et non en même temps à plusieurs. Il y a plusieurs niveaux du réel et plusieurs niveaux de la physique (classique, quantique, quantique relativiste du vide). Les passages ne sont effectivement pas simples. Encore faut-il préciser quels passages est-on en train de faire… La régularité de passage d’un très grand nombre d’objets discrets donne une allure continue et des images qui le sont aussi, mais ce n’est plus vrai si on change l’échelle d’observation.

Et la signification de termes comme intensité, fréquence ou particule n’est pas la même suivant les physiques concernées. Même à fréquence non nulle, l’intensité au niveau classique ne s’exprime pas en termes de fréquence : la quantité d’énergie transportée ne dit rien sur la fréquence individuelle. L’intensité dépend du nombre d’électrons et non d’une fréquence.
La question du continu et du discontinu doit être bien précisée. La continuité du courant n’en fait pas un phénomène vraiment continu au sens des objets physiques, pas plus que le jus continu d’eau du robinet n’empêche l’eau d’être sous forme de molécules. C’est une moyenne stationnaire sur un très grand nombre d’objets qui donne cette apparence du continu. Cela ne nuit nullement à une image sous forme d’électrons, de photons (notamment pour les échanges entre particules) et de particules et photons virtuels.

Pour gagner du temps dans la discussion, je vous propose sur ce thème les adresses de mes articles précédents :

Qu’est-ce que le vide ?

Aujourd’hui, qu’est-ce que la matière et la lumière ?

Lumière et matière, des lois issues du vide

Dualité onde/particule

La matière, émergence de structure au sein du vide

Qu’est-ce que l’atome ? Qu’est-ce que la particule ? Qu’est-ce que l’électron ?

Matière et lumière dans le vide

Le vide, … pas si vide

Le vide destructeur/constructeur de la matière

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

Qu’est-ce que le virtuel ?

Qu’est-ce qu’un photon lumineux (encore appelé boson) ?

Qu’est-ce que la dualité onde-corpuscule

Désolé de vous proposer autant d’écrits à lire. Mais cela est nécessaire pour se comprendre.

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