Zarifian philippe

Le vide quantique et le virtuel.

Le présent texte se situe dans la suite directe des trois textes publiés sur mon site personnel, dans la rubrique " Théories sociologiques : pour une sociologie du devenir ", à la page 201, sous le titre " Le virtuel et l'événement ". Je fais partie des (rares) tenants en sciences humaines et sociales qui pensent qu'il a beaucoup à apprendre des avancées conceptuelles et des interrogations qui émergent de la physique, alors que la pensée commune, en particulier en sociologie et psychologie, consiste, sous prétexte que nous opérons sur un matériau humain, à établir une coupure radicale entre sciences humaines et sociales et sciences physiques. Très peu de sociologues et de psychologues ont, ne serait-ce qu'une culture de base, en physique. Et ceci à la différence des philosophes, qui, déjà bien avant que naissent les sciences humaines et sociales, avaient une solide connaissance des avancées et débats qui se déployaient en physique, voire étaient eux-mêmes des physiciens ou mathématiciens.

Le présent texte est directement inspiré du livre d'Etienne Klein, " Discours sur l'origine de l'univers ", éditions Flammarion, octobre 2010. J'ai toutefois rectifié une confusion qu'Etienne Klein opère entre le virtuel et le potentiel, confusion que souvent les physiciens font. Etienne Klein dirige le laboratoire de recherche sur les sciences de la matière au Commissariat à l'énergie atomique. Ce texte constitue également un hommage à Lao Tseu, qui a su mieux que personne et bien avant tout le monde, développer une pensée sur le Vide.

1. Le Vide quantique.

On définit ordinairement le vide comme étant ce qui reste dans un volume ou un milieu après qu'on en a extrait tout ce qui est possible, y compris les plus petites des particules de matière ou de lumière. Le volume demeure, mais il n'y a plus rien à l'intérieur. On pense alors pouvoir atteindre le vide parfait, seul restant l'espace pur. Or la physique quantique invalide ce point de vue : le vide n'est pas vide, il contient de l'énergie. Compte tenu de la célèbre relation entre énergie et matière, à savoir : e=mc2, on a établi que le vide est même gorgé de ce qu'on peut appeler : de la matière " en état de veilleuse ". Il existe bel et bien dans ce vide des particules virtuelles, c'est-à-dire des particules bel et bien présentes, existantes, mais qui ne sont pas actualisées. On dira, pour faire simple - bien que cette expression ne soit pas rigoureuse, comme on va le voir - que ces particules ne se sont pas encore matérialisées, et donc ne sont pas observables, quelle que soit la puissance de l'appareil utilisé pour les voir. Il faut des conditions très particulières, un apport considérable d'énergie, pour que ces particules s'actualisent, et ceci pour un temps très court. C'est de cette manière que nombre de particules ont été découvertes, grâce au rôle d'un accélérateur de particules, particules dont l'existence pouvait, avant cette matérialisation, avoir été anticipées par la théorie.

Il n'est pas certain que l'expression : " se matérialiser " - Klein dit : " exister pleinement ", mais il a tort : le virtuel est pleinement existant, mais autrement - soit juste. L'existence, même virtuelle, apte à s'engager dans une trajectoire d'actualisation, est tout à fait matérielle, mais d'une manière qui échappe à la saisie par nos sens. Il est bon de rappeler cette évidence : nos sens sont incroyablement limités. Un simple chien ou chat perçoit déjà des phénomènes qui sont hors de notre portée. Et il existe probablement nombre de dimensions de la matière qui échappent totalement à nos sens, quelle que soit la manière dont on " équipe " ces derniers avec des instruments sophistiqués. Grâce à un apport d'énergie, les particules virtuelles peuvent surgir du vide, par paires , mais en y retournant aussitôt pour disparaître de la saisie par nos sens. Le vide est plein de ces particules !

2. Les particules comme champs

Mais que peut-on entendre par particule ? Un système physique, tel qu'une particule, se définit par un certain nombre de caractéristiques identiques pour tous systèmes du même type. Ainsi tous les électrons ont strictement la même masse et la même charge électrique, où qu'ils se trouvent et quel que soit leur environnement. En plus de ces caractéristiques communes, il se voit attribuer des quantités qui, elles, peuvent varier de l'un à l'autre. L'ensemble de ces quantités forment ce qu'on appelle " l'état " de la particule. En physique quantique, on représente cet état par ce qu'on appelle un " champ quantique " qui est une fonction de l'espace et du temps. Dans ce cadre, et c'est le point capital, il n'existe pas de différence fondamentale entre un état contenant de la matière sensible et un état n'en contenant pas. Cela tient au fait que les objets fondamentaux de la physique quantique ne sont, contrairement à ce que l'on continue à raconter aux écoliers, ni des corpuscules, ni des ondes (contrairement à ce qu'il en est dit aussi dans la physique classique), mais des champs quantiques, qui ont la propriété de s'étendre dans tout l'espace. Surtout, ils ne peuvent s'annuler partout en même temps : à un instant donné, un champ quantique n'est jamais égal à zéro dans l'espace. Tout se passe comme si champs quantiques et espace adhéraient les uns à l'autre, d'une façon impossible à défaire. Ce qu'on appelle " particule " doit être dite : champ quantique, selon des caractéristiques qui lui sont propres. Plutôt que de parler d'électron par exemple, il serait plus rigoureux de parler de champs électroniques. Et ce champ électronique a la propriété, disent les équations de la physique quantique, d'être " toujours là ", même quand aucun électron n'est présent de manière saisissable par nos sens. Quand des particules semblent, par un formidable apport d'énergie, surgir du vide, en réalité il s'agit de champs, déjà existant, mais qui changent de modalité d'existence (qui changent deux fois : en apparaissant, puis en disparaissant). Il est impossible de faire disparaître un champ et l'énergie qu'il contient est tout aussi impossible à extraire. Seul change son état. Dès lors, le vide ne peut plus être considéré comme ce qui reste lorsqu'on a enlevé le champ, puisque cette opération est impossible, mais comme un état particulier du champ. De même pour le " plein ". Cet état est dit, par les physiciens, fondamental, car le système physique ne peut avoir une énergie moindre que celle qu'il possède lorsqu'il se trouve dans cet état, cet état de " vide ". Lorsqu'on dit que le vide est plein de particules virtuelles, il faudrait changer de représentations et dire qu'il est rempli de champs qui sont situés dans un état (tout à fait matériel) fondamental. S'il n'y a pas de distinction formelle entre le vide et les autres états (ou modalités d'existence) d'un champs, il devient impossible de lui donner un statut réellement à part : il n'est pas un espace pur, et encore moins un néant où rien ne se passe, mais un océan rempli de particules virtuelles - donc de champs situés dans un état fondamental -, capables, dans certaines circonstances de changer d'état, et d'advenir dans un état perceptible par nos sens. C'est pourquoi je l'appelle " sensible " . L'actualisation du virtuel peut être dit, à mon avis, une modalisation. Le vide apparaît, comme Lao Tseu en avait eu la formidable intuition, comme l'état de base de la matière, celui qui contient sa virtualité d'existence sensible et qui peut ainsi émerger, mais sans cesser d'être un champ. La matière et le vide quantique sont de fait liés de façon inséparable. Le vide quantique contient, en état virtuel, donc en état fondamental, toute la matière, laquelle occupe tout l'espace, bien que selon une multitude de champs.

Voici donc de quoi réfléchir les amis !

Philippe Zarifian, le 13 février 2011

 

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