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Pourquoi le vide quantique est la base de toute formation et de toute compréhension de la matière ?

14 février 2019, 13:14

« Topologie du vide », Michael Atiyah :

« La théorie quantique nous oblige à modifier profondément nos idées physiques et nous devons inévitablement commencer par réexaminer le vide classique. La théorie des champs quantiques tente de traiter les champs de forces classiques de manière mécanique quantique, et le "vide quantique" qui en résulte est une structure complexe et mystérieuse qui étend les mathématiques à l’extrême limite. Les champs quantiques fluctuent et se convertissent en particules de manière déroutante, indiquant notamment le fait que la séparation classique entre force et matière ne peut être maintenue. Un véritable vide quatum devrait donc être dépourvu de matière et de champs de force. Il ne devrait y avoir ni particules ni distorsion géométrique de l’espace-temps. Ce vide ultime peut paraître si vide de caractéristiques qu’il est mathématiquement trivial et que la conclusion est trompeuse. Ce vide quantique présente certes des caractéristiques géométriques intéressantes, mais celles-ci ne concernent pas la géométrie traditionnelle d’Euclid, Riemann, etc., impliquant la mesure, mais la branche moderne du sujet connue sous le nom de topologie, qui concerne les propriétés qualitatives de l’espace. Contrairement aux mesures, qui peuvent être effectuées à petite échelle locale, les caractéristiques topologiques ne sont visibles qu’à une échelle « globale ». Cette relation entre la topologie et le vide quantique n’a été reconnue que très récemment et ses implications complètes sont à présent explorées. Il est encore trop tôt pour prédire comment cela modifiera notre compréhension de l’univers, mais il est clair que nous avons atteint un niveau plus profond de dialogue entre mathématiques et physique… Une expérience fondamentale, suggérée pour la première fois par Bohm et Aharonov, consiste à envoyer un faisceau d’électrons autour d’un solénoïde porteur d’un flux magnétique (Aharonov, 1986). L’expérience montre que les électrons présentent des motifs d’interférence dépendant de la force du flux magnétique. Ainsi, les électrons sont physiquement affectés par le champ magnétique, même si le champ est entièrement situé à l’intérieur du solénoïde et que les électrons se déplacent dans la région extérieure. Cet effet Bohm-Aharonov montre donc que, même dans une région sans force, il y a des effets physiques. Ces effets sont quantiques, puisqu’il s’agit d’effets physiques. Ces effets sont quantiques, puisqu’ils correspondent à des déphasages dans la fonction d’onde de l’électron et qu’ils ont une origine topologique car la région sans force comporte un trou cylindrique. Cela montre clairement la relation fondamentale entre la théorie quantique et la topologie, en particulier en relation avec les notions de vide. La topologie peut être grossièrement définie comme l’étude des « trous » et des phénomènes connexes. La taille d’un trou et son emplacement exact sont sans importance dans la topologie… Au-delà du seul trou cylindrique ou tube de flux de l’expérience Bohm-Aharonov, nous pouvons envisager une configuration nouée complexe de tubes. L’étude et la classification de tels nœuds constituent un problème typique et difficile en topologie. Plus le nœud est complexe, plus la structure du vide externe est complexe… Ces développements suggèrent fortement que les aspects topologiques de l’espace à 3 dimensions, tels qu’ils se manifestent par des nœuds, devraient jouer un rôle fondamental en physique quantique. ”

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