Sciences & Techniques: Le "rien" est impossible

« système sans particules réelles ". Cette énergie du vide se manifeste par des effets aussi discrets qu'extravagants : les " fluctuations quantiques ".

Ces fluctuationsautour de l'état minimal consistent en apparitions de paires particule-antiparticule qui surgissent du vide et s'annihilent presqueaussitôt. Comment des particules peuvent-elles naître ex nihilo, en violation flagrante du principe de conservation dela masse-énergie (rien ne se perd, rien ne se crée) ? Grâce au principe d'indétermination de Heisenberg,qui " tempère " la loi en l'entourant d'une zone de flou où les petits écarts sont autorisés.

Le principe deHeisenberg énonce que le produit de l'indétermination (ou incertitude) de l'énergie d'une particule parl'indétermination de sa durée de vie est supérieur ou égal à une certaine valeur.

Cette valeur, qui définit enfin de compte l'amplitude du flou quantique, est égale à la constante de Planck (notée h, elle vaut 6,622 X 10-34 joule.seconde) divisée par 4 p. Lors d'une fluctuation, le vide " prête " l'énergie nécessaire à la création des particules pendant un instant extrêmement bref, puis lesparticules retournent au néant, restituant l'énergie empruntée.

Mais le produit de la durée de vie des particules par l'énergie cédée nepeut dépasser h/4 p : ainsi, la permission de sortie a été si courte que ces particules, cantonnées dans le flou quantique, demeurentindécelables.

C'est pourquoi on les dit " virtuelles ". Par définition, le vide (même quantique) est inobservable, comme les particules virtuelles qu'il engendre.

Le vide quantique étant uneconstruction théorique, comment savoir si ses fluctuations relèvent de spéculations, ou si elles recèlent quelques signes de " réalité "? Heureusement, les fluctuations ont des effets indirects qu'on peut détecter : par exemple, l'" effet Lamb ".

A proximité de l'électron d'unatome surgissent constamment des paires virtuelles électron-positon qui, pendant leur courte apparition, s'orientent par rapport à cet électron (l'électron virtuel est repoussé par l'électron réel, le positon virtuel est attiré).

Ce phénomène de polarisation du vide engendreun petit décalage dans l'énergie des électrons atomiques, décalage qui a été calculé grâce à la théorie électrodynamique quantique ettrès précisément mesuré ensuite. Intermédiaire indispensable Plus spectaculaire est l'effet des fluctuations du vide, démontré par le physicien néerlandais Hendrik Casimir : si l'on fait le vide entredeux plaques métalliques, elles s'attirent très légèrement, ce qu'on peut interpréter comme une " pression négative " entre lesplaques, où régnerait un vide " plus vide que le vide ". Depuis quelques années, le vide se voit attribuer un rôle de plus en plus central en physique : il serait même l'intermédiaireindispensable à toutes les interactions entre particules .

Ainsi, selon certaines interprétations, pour qu'un atome émette de la lumière , il faut que le vide autour de lui dispose d'" oscillations virtuelles " capables de se mettre en phase avec l'onde lumineuse émise...

Danscette vision de la physique, le vide, caché dans les coulisses de l' Univers , tire les ficelles de la matière. Ainsi, le vide peut être perçu comme une " mer " de particules virtuelles, porteuses de toutes les interactions entre particules.

Selon lathéorie dite " standard ", les forces de la nature sont transmises entre les particules matérielles par des particules virtuelles appelées " bosons ". Ces forces fondamentales sont au nombre de quatre : la force électromagnétique, qui s'exerce entre les particules chargées ; la forcenucléaire faible, responsable de certaines désintégrations radioactives ; la force forte, qui " colle " les particules à l'intérieur des noyaux atomiques ; enfin, la gravitation, qui est tellement plus faible que les autres que l'on n'en tient pas compte à l'échelle desparticules.

Le vide dissimulerait à l'état virtuel les bosons de toutes ces interactions... Quelle énergie renferme le vide, gonflé de toutes ces particules virtuelles ? Cette question, apparemmentésotérique, pourrait conditionner l'avenir de l'Univers.

A grande échelle, en effet, règne sans partage la forcede gravitation.

Or, selon la relativité générale (qui est la théorie moderne de la gravitation, énoncée parEinstein en 1916), la courbure géométrique de l'espace-temps est modelée par les masses - ou les énergies - qu'il contient.

Le contenu de l'Univers détermine donc sa forme et, au-delà, son évolution. Actuellement, l'Univers est en expansion.

Mais la gravitation, qui tend à concentrer sa matière et à courber l'espace-temps, s'oppose àl'expansion.

Dans cette lutte, l'élément décisif est la densité de l'Univers : si elle est très élevée, la gravitation l'emportera, et l'Universira en se contractant de plus en plus.

Si, au contraire, l'Univers est très peu dense, son expansion ne sera pas entravée par lagravitation et se poursuivra éternellement. Un artifice remis au goût du jour Or, la densité de l'Univers dépend évidemment de celle du vide.

Ce qui nous amène, si étrange que cela paraisse, au problème de la ". »