Pourquoi le vide quantique est la base de toute formation et de toute compréhension de la matière ?
14 février 2019, 13:12
« L’importance physique de l’état de vide d’un champ quantique », DW Sciama :
« Même dans son état fondamental, un système quantique possède des fluctuations et une énergie de point zéro associée, sinon le principe d’incertitude serait violé. En particulier, l’état de vide d’un champ quantique possède ces propriétés. Par exemple, les champs électriques et magnétiques du vide électromagnétique sont des quantités fluctuantes. Cela conduit à une sorte de réintroduction de l’éther, car certains systèmes physiques en interaction avec le vide peuvent détecter l’existence de ses fluctuations. Cependant, cet éther est invariant de Lorent, il n’y a donc pas de contradiction avec la relativité restreinte… Depuis lors, les effets du point zéro sont devenus monnaie courante en physique quantique, par exemple en spectroscopie, en réactions chimiques et en physique des solides. L’exemple le plus frappant est peut-être leur rôle dans le maintien de l’hélium à l’état liquide sous sa propre pression de vapeur au zéro absolu. Le mouvement du point zéro des atomes les maintient suffisamment éloignés les uns des autres en moyenne pour que les forces d’attraction qui les exercent soient trop faibles pour provoquer une solidification… Les conditions aux limites associées à un système physique limitent généralement la plage des modes normaux qui contribuent à l’état fondamental de l’environnement. le système et donc à l’énergie du point zéro. Un exemple trivial est un oscillateur harmonique, qui correspond à un seul mode normal de fréquence ν et donc à une énergie de point zéro 1 / 2hν. Dans des cas plus complexes, la gamme de modes normaux peut dépendre de la configuration du système. Cela conduirait à une dépendance de l’énergie de l’état fondamental sur les variables définissant la configuration et donc, selon le principe du travail virtuel, à la présence d’un ensemble d’efforts associé. Un exemple important d’une telle force est la liaison homopolaire entre deux atomes d’hydrogène lorsque leurs spins d’électrons sont antiparallels (Hellman 1927). Lorsque les protons sont proches les uns des autres, chaque électron peut occuper le volume autour de l’un ou l’autre des protons. L’augmentation de l’incertitude de la position de l’électron qui en résulte entraîne une diminution de son énergie de point zéro. Ainsi, il existe une énergie de liaison associée à cette configuration diatomique, et la force d’attraction résultante est responsable de la formation de la molécule d’hydrogène. En revanche, lorsque les spins des électrons sont parallèles, le principe d’exclusion de Pauli a pour effet de limiter le volume accessible à chaque électron. Dans ce cas, la force effective est répulsive. Plus pertinent pour le présent article est la force qui apparaît lorsque certains des modes normaux d’un champ à masse zéro reste, tels que le champ électromagnétique, sont exclus par les conditions aux limites des conducteurs garantissent que les modes normaux dont la longueur d’onde est supérieure à l’espacement des conducteurs sont exclu. Si maintenant les conducteurs sont légèrement écartés, de nouveaux modes normaux sont autorisés et l’énergie du point zéro est augmentée. Il faut travailler pour atteindre cette augmentation d’énergie, il faut donc qu’il y ait une force attractive entre les plaques. Cette force a été mesurée et le calcul du point zéro vérifié… L’effet Casimir montre que les différences finies entre les configurations d’énergie infinie ont une réalité physique. Un autre exemple de ce principe pour les effets de point zéro est le décalage de Lamb… Un électron, qu’il soit lié ou libre, est toujours soumis aux forces stochastiques produites par les fluctuations du point zéro du champ électromagnétique et exécute par conséquent un mouvement brownien. L’énergie cinétique associée à ce mouvement est infinie, en raison de l’énergie infinie dans les composantes haute fréquence des fluctuations du point zéro. Cet infini de l’énergie cinétique peut être éliminé en renormalisant la masse de l’électron (Weisskopf 1949). Comme dans le cas de l’effet Casimir, ce processus peut avoir une signification physique dans les cas où il s’agit de différents états du système pour lesquels la différence d’énergie totale brownienne renormalisée (potentiel cinétique plus) est finie. Un exemple de cette situation est le fameux décalage de Lamb entre les énergies des électrons s et p dans l’atome d’hydrogène ; Selon la théorie de Dirac, les niveaux d’énergie devraient être dégénérés. Welton (1948) a souligné qu’une grande partie de ce changement peut être attribuée aux effets du mouvement brownien induit de l’électron, qui modifie l’énergie potentielle de Coulomb moyenne. Ce changement d’énergie électronique est lui-même différent pour un électron s et p, et ainsi la dégénérescence de Dirac est scindée. Cet effet théorique a été bien vérifié par les observations. On peut également considérer le décalage de Lamb comme la modification de l’énergie du point zéro résultant de l’effet diélectrique de l’introduction d’une distribution diluée d’atomes d’hydrogène dans le vide. La fréquence de chaque mode est simplement modifiée par un facteur d’indice de réfraction (Feynman, 1961). ”
« L’importance physique de l’état de vide d’un champ quantique », DW Sciama :
« Même dans son état fondamental, un système quantique possède des fluctuations et une énergie de point zéro associée, sinon le principe d’incertitude serait violé. En particulier, l’état de vide d’un champ quantique possède ces propriétés. Par exemple, les champs électriques et magnétiques du vide électromagnétique sont des quantités fluctuantes. Cela conduit à une sorte de réintroduction de l’éther, car certains systèmes physiques en interaction avec le vide peuvent détecter l’existence de ses fluctuations. Cependant, cet éther est invariant de Lorent, il n’y a donc pas de contradiction avec la relativité restreinte… Depuis lors, les effets du point zéro sont devenus monnaie courante en physique quantique, par exemple en spectroscopie, en réactions chimiques et en physique des solides. L’exemple le plus frappant est peut-être leur rôle dans le maintien de l’hélium à l’état liquide sous sa propre pression de vapeur au zéro absolu. Le mouvement du point zéro des atomes les maintient suffisamment éloignés les uns des autres en moyenne pour que les forces d’attraction qui les exercent soient trop faibles pour provoquer une solidification… Les conditions aux limites associées à un système physique limitent généralement la plage des modes normaux qui contribuent à l’état fondamental de l’environnement. le système et donc à l’énergie du point zéro. Un exemple trivial est un oscillateur harmonique, qui correspond à un seul mode normal de fréquence ν et donc à une énergie de point zéro 1 / 2hν. Dans des cas plus complexes, la gamme de modes normaux peut dépendre de la configuration du système. Cela conduirait à une dépendance de l’énergie de l’état fondamental sur les variables définissant la configuration et donc, selon le principe du travail virtuel, à la présence d’un ensemble d’efforts associé. Un exemple important d’une telle force est la liaison homopolaire entre deux atomes d’hydrogène lorsque leurs spins d’électrons sont antiparallels (Hellman 1927). Lorsque les protons sont proches les uns des autres, chaque électron peut occuper le volume autour de l’un ou l’autre des protons. L’augmentation de l’incertitude de la position de l’électron qui en résulte entraîne une diminution de son énergie de point zéro. Ainsi, il existe une énergie de liaison associée à cette configuration diatomique, et la force d’attraction résultante est responsable de la formation de la molécule d’hydrogène. En revanche, lorsque les spins des électrons sont parallèles, le principe d’exclusion de Pauli a pour effet de limiter le volume accessible à chaque électron. Dans ce cas, la force effective est répulsive. Plus pertinent pour le présent article est la force qui apparaît lorsque certains des modes normaux d’un champ à masse zéro reste, tels que le champ électromagnétique, sont exclus par les conditions aux limites des conducteurs garantissent que les modes normaux dont la longueur d’onde est supérieure à l’espacement des conducteurs sont exclu. Si maintenant les conducteurs sont légèrement écartés, de nouveaux modes normaux sont autorisés et l’énergie du point zéro est augmentée. Il faut travailler pour atteindre cette augmentation d’énergie, il faut donc qu’il y ait une force attractive entre les plaques. Cette force a été mesurée et le calcul du point zéro vérifié… L’effet Casimir montre que les différences finies entre les configurations d’énergie infinie ont une réalité physique. Un autre exemple de ce principe pour les effets de point zéro est le décalage de Lamb… Un électron, qu’il soit lié ou libre, est toujours soumis aux forces stochastiques produites par les fluctuations du point zéro du champ électromagnétique et exécute par conséquent un mouvement brownien. L’énergie cinétique associée à ce mouvement est infinie, en raison de l’énergie infinie dans les composantes haute fréquence des fluctuations du point zéro. Cet infini de l’énergie cinétique peut être éliminé en renormalisant la masse de l’électron (Weisskopf 1949). Comme dans le cas de l’effet Casimir, ce processus peut avoir une signification physique dans les cas où il s’agit de différents états du système pour lesquels la différence d’énergie totale brownienne renormalisée (potentiel cinétique plus) est finie. Un exemple de cette situation est le fameux décalage de Lamb entre les énergies des électrons s et p dans l’atome d’hydrogène ; Selon la théorie de Dirac, les niveaux d’énergie devraient être dégénérés. Welton (1948) a souligné qu’une grande partie de ce changement peut être attribuée aux effets du mouvement brownien induit de l’électron, qui modifie l’énergie potentielle de Coulomb moyenne. Ce changement d’énergie électronique est lui-même différent pour un électron s et p, et ainsi la dégénérescence de Dirac est scindée. Cet effet théorique a été bien vérifié par les observations. On peut également considérer le décalage de Lamb comme la modification de l’énergie du point zéro résultant de l’effet diélectrique de l’introduction d’une distribution diluée d’atomes d’hydrogène dans le vide. La fréquence de chaque mode est simplement modifiée par un facteur d’indice de réfraction (Feynman, 1961). ”