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Résolution de la Catastrophe du Vide

TEMPS DE LECTURE ESTIMÉ : 8 MINUTES
 
Par Dr Amira Val Baker, astrophysicienne, mars 2019 
 

Résolution de la Catastrophe du Vide

En 1947, Hans Beth a démontré que les observations spectrales de l’hydrogène pouvaient être expliquées si les effets énergétiques des « fluctuations du vide quantique » étaient pris en compte. De grands scientifiques tel que Dirac avaient fait allusion à un tel phénomène une décennie plus tôt – surnommé la Mer de Dirac – et bien entendu Newton et Maxwell ne voyaient pas l’espace comme complètement vide, mais l’imaginaient plutôt comme un fluide. Même Einstein dans ses dernières années approuva que « selon la théorie de la relativité générale, l’espace est indissociable de l’éther ». Enfin, en 1966 les effets du vide quantique, théorisés par Hendrik Casimir et connus sous le nom d’effet Casimir, ont été mesurés vérifiant ainsi les effets de ce monde intangible. L’idée que l’espace n’est pas vide semble être le consensus général, englobant d’importants physiciens tel le lauréat de prix Nobel Frank Wilczek, nous décrivant comme « … des enfants de l’éther … » lors d’une conférence intitulée « La Matérialité du Vide », en 2017.
 

L’Effet Casimir

Lorsque 2 plaques de métal sont disposées dans le vide, elles sont attirées l’une vers l’autre. C’est parce que le vide contient de l’énergie existant sous différents niveaux de vibrations/d’ondes. Quelques ondes vont occuper l’espace entre les 2 plaques et d’autres vont occuper l’espace extérieur, avec des vagues suffisamment petites pour occuper l’espace entre les 2 plaques. La différence de densité d’énergie de chaque côté des plaques crée une force attractive entre les plaques.
 
Attaquons-nous à présent à la mesure de cette mer infinie d’énergie, qui peut être effectuée en additionnant simplement les plus bas niveaux d’énergie possibles des oscillateurs harmoniques parmi tous les niveaux possibles. Cependant, plus la longueur d’onde du niveau vibratoire est faible, plus la fréquence est élevée et entraine ainsi une plus grande contribution à la densité d’énergie du vide – résultant en une densité infinie d’énergie du vide. Nous avons alors besoin de définir notre cadre de référence et d’y inclure uniquement des longueurs d’ondes plus grandes que notre cadre de référence. La cadre de référence évident est celui de la longueur de Planck – qui est la plus petite unité de longueur de l’Univers (dans notre univers en tout cas). Cela nous donne la valeur gargantuesque de 10^93 gm/cm3 – ce qui est très très dense !
 
Cependant, lorsque nous regardons à l’autre bout de l’échelle – l’échelle cosmologique – nous trouvons une valeur plus petite de 122 ordres de magnitude ! Pour effectuer des mesures de la densité d’énergie du vide à cette échelle, nous devons nous reposer sur les observations des astrophysiciens et de certains postulats du modèle cosmologique.
 
Le premier postulat est que nous vivons dans un univers homogène et isotrope. En d’autres termes, l’univers paraît semblable en tout point de l’espace (homogène) et n’a pas de direction préférée (isotrope) – en outre ce postulat implique que l’univers n’est pas en rotation, mais nous nous y attarderons une prochaine fois.
 
Le second postulat est qu’à très grande échelle, l’Univers à l’air plat, et que la plupart des objets dans l’Univers, ainsi que l’Univers lui-même, ont un point critique – à partir duquel des changements se produisent. Le modèle standard nous dit que nous vivons dans un univers plat et que, pour que cela soit vrai, la densité totale de masse-énergie de l’univers doit être égale à cette valeur critique (la valeur critique pour que l’univers soit plat, ndt). En se basant sur les observations actuelles la matière ne représente que 5% de la densité dite critique de l’univers, avec la matière noire (27%) et l’énergie noire (68%) représentant le reste.
 
Le troisième postulat est que l’univers est en expansion. D’abord suggéré en 1972 par un astronome et cosmologiste belge du nom de Georges Lemaître qui postulat théoriquement que l’univers était né de l’explosion cataclysmique d’un petit super-atome primaire. L’idée ébranla les scientifiques de l’époque étant donné que l’on pensait que l’univers était statique.
 
Cependant, en 1929, pendant qu’il étudiait les galaxies en les observant, Edwin Hubble trouva que la vitesse de récession des galaxies augmentait avec leur distance – c’est-à-dire que l’espace entre les galaxies s’expandait. Le taux d’expansion, maintenant connu sous le nom de “Constante d’Hubble”, est le paramètre principal des modèles décrivant l’expansion de l’Univers.
 
Une autre constante qui pourrait vous être familière, connue en tant que “Constante Cosmologique”, a été introduite par Einstein en 1917 afin de stopper l’expansion de l’univers (car Einstein croyait en un univers statique, ndt). Cependant, à la lumière de la découverte d’Hubble, Einstein réalisa que ses équations étaient correctes et n’avaient pas besoin de cette “constante cosmologique”.
 
Il se trouva ensuite que l’univers s’expandait à un taux accéléré, donc malgré son retrait, elle fut réintroduite en tant qu’énergie « opposée » à ce qu’elle était, car on la pensait conduire cette expansion. Donc bien qu’il y ait la présence d’une constante, elle n’a pas l’air si constante que cela. Cette constante existe-t-elle dans la réalité ? Telle est la question !
 
En considérant que l’Univers est imprégné d’une forme d’énergie (connue sous le nom d’énergie noire) et qu’on définit cette énergie comme la constante cosmologique – alors la réponse est oui, cette constante existe . Cependant, au lieu d’être simplement un facteur supplémentaire de faible ampleur, la constante cosmologique est couplée à la densité - précisément la densité critique de 10-29g/cm3 - laquelle est 122 ordres de grandeur plus petite que la densité prédite par la théorie quantique !
 
Pour mieux comprendre cette différence et résoudre cette contradiction, nous devons tout d’abord adopté un point de vue quantifié de l’Univers, du très petit au très grand. Le modèle holographique général présenté par Nassim Haramein nous offre un tel point de vue – et il repose sur les Unités Sphériques de Planck – des bits ou voxels (pixels en 3D) d’information de l’Univers quantifié.
 
Illustration des USP composant un système sphérique
 
Dans ce modèle, l’énergie – ou information – de chaque système sphérique est proportionnel au nombre d’Unités Sphériques de Planck ou au nombre de voxels dans le volume sphérique rapporté au nombre de voxels disponibles sur l’horizon de la surface sphérique. Cette relation holographique entre l’intérieur et l’extérieur définit la densité de masse-énergie du système (volume/surface : masse holographique), tandis que le rapport inverse (surface/volume : masse au repos) définit la masse exprimée par le système à tout moment.
Quand on se représente la masse du proton en termes de voxels qu’il contient, nous trouvons une densité de masse énergie équivalente à la masse de l’Univers. Et ce qui est encore plus surprenant, c’est que si l’on étendait l’énergie du vide présente dans le volume d’un proton au volume de l’Univers, la densité d’énergie du vide de cet Univers serait égale à la valeur de la constante cosmologique ; 10-29g/cm3 !
 
En outre, la valeur trouvée par cette approche nous donne la valeur exacte pour la matière noire, suggérant que la matière noire est le résultat de l’énergie intérieure du proton ou autrement dit la densité d’énergie du vide à l’échelle du proton.
 
De même, lorsqu’on observe l’énergie extérieure disponible sur l’horizon de surface de notre univers en termes de voxels de Planck, l’énergie se trouve correspondre exactement à la densité critique de l’Univers (10^55g) sans avoir besoin des matière et énergie noires. C’est-à-dire que si nous considérons ce rapport volume-surface, entre la densité d’énergie du vide à l’échelle de Planck (10^93gm/cm3) et l’énergie disponible à la surface d’un horizon sphérique en expansion, lorsque la surface de cet horizon aura atteint la taille de notre univers, la densité du vide quantique de cet univers aura décru de 122 ordres de magnitude.
 
C’est comme si un proton s’était échappé d’un autre univers et était entré en expansion pour former notre Univers, un peu comme le super-atome primitif en expansion de Lemaître. Donc on pourrait conclure d’après notre compréhension de l’énergie – ou de l’information – que l’univers est en expansion accélérée parce qu’il apprend de lui-même et nécessite ainsi plus de surface pour stocker l’information holographique. Le taux d’expansion est ainsi régi par un gradient de pression représentant le potentiel de transfert d’informations de l’intérieur vers la surface.
 
Ce point de vue quantifié de l’univers est non seulement capable de résoudre la catastrophe du vide mais offre également un aperçu de l’évolution de notre Univers et de ses dynamiques. Les détails de ce travail ont récemment été publié dans le Journal of High Energy Physics, Gravitation and cosmology.
 
 
Traduction proposée par Hugo Charles et relue par Olivier Thomas
 
 
 
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