Maurice Jacob dans "Au coeur de la matière" :
"Au coeur de la matière et à l’échelle du cosmos
La nature est plus riche que notre imagination. On peut démonter les molécules en atomes. On peut arracher les électrons d’un atome et séparer les protons et les neutrons qui constituent son noyau. On découvre les différents niveaux de la matière qui mettent en jeu des constituants de plus en plus élémentaires. (...) La masse, cette propriété que l’on pensait intrinsèquement associée à un objet et qui résultait de l’addition des masses de ses constituants, une masse que l’on associait à chaque particule avant de considérer les forces auxquelles elles pouvaient être soumises, cette masse devient un effet dynamique des actions auxquelles les constituants fondamentaux sont soumis. (...) Les particules élémentaires sont les quarks (qui forment notamment les protons et les neutrons) et les leptons (comme l’électron). (...) Les forces qui leur permettent d’interagir entre eux sont toutes du même type : elles prennent la forme particulière d’un échange de bosons. (...) L’un de ces bosons est le "grain de lumière", le photon. (...) Deux particules chargées s’attirent ou se repoussent en échangeant des photons. Au cours d’un choc, ou simplement accélérée, une particule chargée peut émettre un photon (...) dont la fréquence est proportionnelle à son énergie. (...) L’atome est formé d’un tout petit noyau entouré d’un "nuage" d’électrons. Le rayon du noyau est cent mille fois plus petit que celui de l’atome, mais il contient pratiquement toute la masse. l’atome est donc pratiquement vide mais son volume, extrêmement vaste par rapport à celui du noyau, est rempli par le mouvement incessant des électrons qui se concentrent sur des couches successives. Le noyau a une charge positive et les électrons ont une charge négative. Ils sont tous attirés par le noyau mais tournoient à une distance respectable. L’atome est globalement neutre, la charge totale des électrons étant compensée par celle des protons qui se trouvent dans son noyau. (....) En physique quantique, il faut renoncer à considérer une particule comme parfaitement localisable. (...) Ce flou quantique peut heurter l’intuition naturelle (...) ne peut-on envisager l’observation d’un électron pendant un temps très court durant lequel il ne pourrait parcourir qu’une petite partie de la distance associée à ce flou quantique ? C’est possible mais on ne peut plus distinguer dans ce cas l’électron des multiples autres particules (paires d’électrons et de positrons fugitifs du vide) qui peuvent être librement émises et réabsorbées durant ce temps très court. (...) Le vide est animé par la création continuelle et la disparition rapide de paires électron-positron (le positron est l’antiparticule de l’électron). Ce sont des paires virtuelles (...) L’électron de charge négative va attirer les positrons de ces paires virtuelles en repoussant leurs électrons. En approchant de l’électron, le photon va se voir entouré d’un "nuage" de charge positive dû aux positrons virtuels attirés. Il aura l’impression que la charge de l’électron est plus faible que celle annoncée. (...) la masse des particules vient de la structure du vide qui s’est figé au début de l’évolution de l’Univers (...) La diversité de la matière sort de la structure du vide. (...) le vide bouillonne d’activité, il peut même exister sous plusieurs formes et manifester une structure. (...) Ce bouillonnement d’activité est de nature quantique."
Victor Weisskopf dans « La révolution des quanta » :
« En 1927, Dirac, en cherchant l’équation qui serait capable de rendre compte du comportement de l’électron et satisferait tout à la fois à la théorie quantique et à la théorie de la relativité einsteinienne, (…) s’aperçut qu’il y avait une autre solution (que l’électron) de charge positive. (…) Chaque fois qu’on construit une théorie quantique relativiste pour décrire une particule, la théorie fait apparaître la nécessité de postuler une « antiparticule » symétrique, de charge opposée. Ces antiparticules forment ce qu’on appelle l’antimatière, dénuée de tout le mystère dont on entoure parfois son nom : ce n’est en fait rien qu’une autre forme de la matière, composée d’antiparticules ayant des charges opposées à celles des particules ordinaires. (…) Dirac, tirant les conclusions de la découverte du positron (antiparticule de l’électron), put proposer une description toute nouvelle du vide. Jusqu’alors, on s’était représenté le vide comme réellement vide, on aurait extrait toute forme de matière et de rayonnement, ne contenait strictement rien, et, en particulier, aucune énergie. C’est à Dirac que l’on doit d’avoir, en deux étapes, repeuplé le vide et fait en sorte que le vide ne soit plus vide. »
Chacun sait que la physique a découvert que la matière, comme la lumière, est constituée de « grains » appelés particules. La matière serait appelée fermions, c’est-à-dire particules obéissant à la règle de Fermi qui empêche les particules de même état de s’agglomérer du fait du « principe de Pauli ». Les fermions sont de deux types : leptons (comme l’électron) ou quarks (constituant des neutrons et des protons). La lumière – expression employée ici pour regrouper toutes les particules dites d’interaction - serait formée de bosons, c’est-à-dire de particules qui obéissent à la règle de Bose qui concerne des particules qui ont tendance à s’agglomérer dans un état commun.
L’ensemble a semblé dans un premier temps fonctionner comme un jeu de construction : on additionne les particules pour former des ensemble plus importants comme l’atome, les molécules et les macromolécules. On additionne les neutrons et les protons pour former le noyau des atomes et on rajoute les électrons pour former l’entourage atomique qui permet à l’atome d’être globalement neutre électriquement.
Cette logique additive n’est pas entièrement fausse mais elle a atteint ses limites d’explication et depuis longtemps maintenant elle est abandonnée par les physiciens pour expliquer le fonctionnement de la matière/lumière. La première raison provient du fait que cette image additive supposait que les particules soient des objets statiques, individuels, existant en permanence ou au moins sur de longues durées. A chaque particule individuelle était attribuée une masse qui était considérée comme attachée à la chose matérielle. La physique actuelle est très différente. L’individualité de la particule n’est plus admise. La masse est une propriété qui se déplace et saute d’un point à un autre, sans être fixée à un objet. L’objet lui-même n’est plus une image reconnue. En fait, la matière ne s’explique plus par la fixité mais, au contraire, par une dynamique extraordinairement agitée : celle du vide qui n’est plus synonyme d’absence. Le fondement du caractère apparemment conservatif de la structure globalement conservée qu’est la matière est l’agitation permanente du vide !
Nous allons tenter de développer une image de type classique de la physique quantique : celle dans laquelle les « objets » sont les particules du vide, les particules virtuelles. Les particules qui sont vraiment virtuelles sont les particules de matière et de lumière qui ne sont pas des objets mais des effets des phénomènes du vide. Elle est classique au sens où tous les phénomènes de la physique quantique trouvent une interprétation phénoménologique.
Le vide sera présenté ici comme l’unité de la matière virtuelle : unité de la matière et de l’anti-matière, unité de la matière et de l’énergie. La matière dite réelle sera présentée comme la rupture de cette unité : la séparation de la matière et de l’antimatière.
Comment expliquer en effet les phénomènes étonnants suivants :
la superposition d’états
la réduction du paquet d’ondes
le saut de la particule de matière d’un état à un autre, d’une orbite à une autre, d’une position à une autre
le saut du photon lumineux d’un état neutre à un état dipolaire et inversement
l’émission/absorption de photons par la matière
l’apparition/disparition d’une particule
les fentes de Young
l’expérience de Aharonv-Bohm
l’expérience de Stern-Gerlag
l’échangeabilité de photons ou de particules ayant les mêmes caractéristiques
l’absence d’individualité et d’histoire des particules de lumière et de matière
les lois de Fermi et de Bose
Examinons, en conclusion, l’hypothèse selon lequel la matière/lumière n’est qu’un effet du vide, à un certain niveau d’énergie :
La matière
le vide est constitué de dipôles (particule et antiparticule)
une particule chargée est sans cesse en interaction électromagnétique avec les particules virtuelles qui l’entourent
il en découle, autour de la particule chargée de matière, l’attirance des particules virtuelles de charge opposée. Cela constitue le nuage de polarisation de la particule, nuage qui l’entoure mais se modifie sans cesse par interaction avec les dipôles du vide.
Autour de la particule de masse chargée, des dipôles virtuels ont tendance à s’orienter dans un sens bien particulier : la charge opposée vers la particule de masse. Du coup, une particule de charge positive a tendance à être entourée d’une couche mobile de particules négatives puis à nouveau d’une couche de particules positives. C’est l’écrantage de la charge. Cela empêche les particules de tomber les unes sur les autres. Cela signifie qu’à proximité d’un champ attractif il y a un champ répulsif.
Interprétation de la masse de la particule de matière :
quand une particule virtuelle de charge opposée s’approche de plus près de la particule de matière, ils forment un nouveau dipôle et libèrent l’autre particule chargée qui devient la nouvelle particule de masse. Le bilan de ce rapprochement est le saut de la particule de masse d’une particule à une autre et, spatialement, d’un point à un autre dans un temps extrêmement court. La particule de matière n’est donc pas un seul objet mais saute d’un objet à un autre. On ne peut donc pas suivre sa trajectoire. Le nuage de polarisation ayant globalement le même déplacement que la particule, on retrouve cependant environ la même vitesse d’ensemble.
Quand une particule passe par un trou étroit, elle perd son nuage de polarisation, ce qui entraîne le phénomène de dispersion comme si le trou était une source.
Par les fentes de Young, la particule ne passe que par une fente mais le nuage passe par les deux. Les particules virtuelles interfèrent entre les deux passages, ce qui permet le phénomène d’interférence, y compris avec une seule particule. Si on éclaire le passage d’un des trous, on fournit un nouveau nuage de polarisation à la sortie de la particule ou on supprime le nuage sortant d’un des trous, il n’y a plus d’interférence. Si on place un solénoïde, le champ magnétique déplace les franges d’interférence (effet Aharonov-Böhm) car le nuage virtuel de la particule est déplacé par le champ magnétique externe au solénoïde.
Le nuage de polarisation produit de nombreux effets dont l’onde de Broglie de la matière, les effets de flou et de bord.
Il produit notamment les effets de rotation quantique (y compris ceux de particules neutres) : spin, moment magnétique et, du coup, le principe d’exclusion de Pauli. En effet, deux particules de masse qui ont des nuages de polarisation tournant dans le même sens ne peuvent se rapprocher : du fait de la répulsion des deux nuages.
Le spin
Le spin d’une particule serait lié au vide quantique de la manière suivante : il représenterait non une rotation de la particule mais une rotation du vide (constitué de particules et d’antiparticules virtuelles) autour de la particule. Ces quantons virtuels repoussés par la particule auraient un tel mouvement de rotation soit dans un sens soit dans l’autre, ce qui donnerait les spins up et down.
La lumière
Le photon est constitué d’un couple de particules virtuelles (particule et antiparticule) dont le dipôle a subi une contrainte qui va se propager à la vitesse de la lumière. Ce n’est pas une propagation de matière ni d’ « objets » mais d’un effet de contraction. Le dipôle le subit, se détend et transmet la contraction à son voisin. Le dipôle devenu « photon » est saute donc d’un dipôle à l’autre.
Relation matière/lumière
Que se passe-t-il quand une particule de matière s’approche à une vitesse suffisante d’une autre et qu’elles échangent un photon ? Les deux nuages de polarisation sont contraints de se mêler. Les couches de même signe se rapprochent avec suffisamment d’énergie pour contraindre un dipôle à se rapprocher.
Le principe d’exclusion de Pauli provient d’une relation entre la particule et le vide autour. C’est le nuage de polarisation. Deux particules ne peuvent occuper la même position parce que, même si elles ont des charges électriques qui s’attirent, elles ont aussi des nuages polarisation d’électricité qui la repoussent dès que l’on s’approche de trop près. Cela signifie que le champ électromagnétique s’inverse à proximité. Cependant, si deux particules ont des spins opposés, la rotation du nuage de polarisation se fait en sens inverse et les deux particules peuvent s’approcher un peu plus.
L’image de la matière qui résulte de ces études est ainsi résumée par l’astrophysicien Cassé dans « Du vide et de la création » : « Au centre de la nuée du virtuel est encore un virtuel, d’ordre plus élevé. Et ces électrons et positons doublement virtuels s’entourent eux-mêmes de leur propre nuage de corpuscules virtuels, et cela ad infinitum. (…) L’image quantique qui en résulte est un électron (…) protégé par des rangs successifs de photons virtuels (…) L’électron n’est plus l’être simple qu’il était. (…) Il s’habille de vide fluctuant. De même, chaque proton est dépeint comme un microcosme concentrique où s’étagent les différents niveaux de virtualité. Au centre est la particule réelle, sa garde rapprochée est constituée par des particules et antiparticules les plus massives (énergétiques) et donc les plus éphémères, bosons W et Z, paires proton-antiproton et photons gamma. Le second cercle contient les couples positon-électron et les photons de 1 MeV environ. A la périphérie flottent les photons d’énergie déclinante. Chaque particule virtuelle, comme précédemment, s’entoure de son cosmos virtuel et chacune à son tour fait de même et cela indéfiniment. Le vide est constitué d’un nuage virtuel flottant de manière aléatoire. L’activité frénétique autour du moindre électron, du moindre proton, nous éloigne à jamais de l’image paisible que la plupart des philosophes attribuent au mot « vide ». (…) Aucune particule, même « au repos », ne jouit de la pleine tranquillité. (…) ce que nous appelons communément « force » est, selon la pensée quantique, un phénomène collectif causé par l’échange d’innombrables particules virtuelles. (…) Concrètement, la création simultanée d’un électron et d’un positon peut être réalisée au moyen de rayons gamma d’énergie supérieure à 1,022 MeV (deux masses d’un l’électron). (…) Le « réel » est produit à proximité de « réel », à partir du virtuel. Le vide est donc l’état « zéro particule réelle ». Mais la présence de particules réelles provoque la réalisation de particules virtuelles et on s’aperçoit qu’elles existent nécessairement au préalable. Le vide est donc plein de particules virtuelles. On réalise alors que le réel n’est autre qu’une transformation s’exerçant sur des particules virtuelles, une sorte d’excitation coordonnée de celles-ci. »
Maurice Jacob dans « Au cœur de la matière » :
« Le vide est animé par la création continuelle et la disparition rapide de paires électron-positron. Ce sont des paires virtuelles mais cela va compliquer notre processus d’absorption qui ne demande qu’un temps très bref durant lequel ces paires virtuelles ont bien le temps de se manifester. L’électron, de charge négative, va ainsi attirer les positrons de ces paires virtuelles en repoussant leurs électrons. « Approchant » de l’électron, le photon va ainsi le « voir » entouré d’un « nuage » de charge positive dû aux positrons virtuels attirés. Il aura l’impression que la charge de l’électron est plus faible que celle annoncée. C’est une version quantique de l’effet d’écran. (…) Revenons à notre électron absorbant un photon tout en s’entourant d’un nuage virtuel contenant plus de positrons que d’électrons. Si le transfert augmente, le photon peut « voir » avec plus détail. Il « attrapera » l’électron avec une partie plus faible de ce nuage positif qui l’entoure. Le photon aura l’impression que la charge de l’électron augmente avec le transfert qu’il apporte. (…) L’effet principal peut être conçu comme la transformation de photon en une paire électron-positron, qu’il réabsorbe avant l’interaction. (…) La diversité sort de la structure du vide. (…) Le vide du modèle standard a une structure. Il se comporte d’une façon analogue à un corps supraconducteur. (…) Si le temps d’observation est de dix puissance moins 21 secondes (…) des paires électron-positron peuvent spontanément apparaître. Si le temps d’observation tombe à dix puissance moins 24 secondes, (…) le vide peut bouillonner de pions. Sur un temps de dix puissance moins 26 secondes, une particule Z peut se manifester. (…) Quand on atteint un temps de dix puissance moins 44 secondes, la gravitation devient quantique. »
Par les fentes de Young, la particule ne passe que par une fente mais le nuage passe par les deux. Les particules virtuelles interfèrent entre les deux passages, ce qui permet le phénomène d’interférence"
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