JC-Maxwell-revisité

De la nature des espaces-temps vides.

Le contexte historique.

 

Depuis l’expérience de Morley et Michelson ... mais surtout depuis l’analyse qui en a été faite et la conclusion qui en a été tirée (l'inconsistance de la notion d’éther en vogue jusqu'au début du vingtième siècle), on désigne par « région vide » l’ensemble des volumes de l’univers dans lesquels il ne serait pas possible de reconnaitre la présence d’une particule matérielle.

Bien que :

- l’analyse de cette expérience historique ait constitué le point de départ de la relativité restreinte grâce à la construction des transformations de Lorentz [Langevin] ;

- il soit hors de question de remettre en cause cette analyse,

force est de reconnaître que son analyse habituelle sous-tend implicitement :

- une représentation uniforme et homogène des volumes vides ;

- une claire délimitation géographique entre ces volumes et ceux occupés par des particules matérielles.

Ces deux sous-entendus sont en complète opposition avec les représentations véhiculées par la physique quantique :

- En effet, en physique quantique, on ne parle pas du vide (comme s’il s’agissait d’un seul et unique objet ; par exemple comme s’il s’agissait d’un morceau d’or pur) mais des « états » (sous-entendu énergétiques) du vide.

- Par ailleurs, l’interprétation probabiliste des particules élémentaires introduite par l’approche quantique interdit d’affirmer que l’une d’entre elles soit située quelque part autrement qu’en ajoutant l’information complémentaire : « avec un taux de probabilité de tant de % »… ce qui veut finalement dire qu’il existe une petite probabilité qu’elle n’y soit pas ! (On trouve d’ailleurs là l’origine du concept d’orbitale quand ladite particule est un électron sensé se trouver autour d’un noyau.)

L’approche quantique rend donc plus délicate l'usage de la notion de surface bien délimitée attachée à, ou entourant, une particule. Comme je viens de le rappeler, elle préfère le concept d'orbitale.

De sorte, qu’à l’extrême, en « descendant » mentalement dans l’échelle des longueurs vers la longueur dite de Planck, il redevient très présomptueux – avec une représentation classique de la nature – de faire le distinguo entre ce qui est vide et ce qui ne l’est pas.

La question des choix.

 

Dans un tel contexte, se pose une question à laquelle il devient difficile de répondre : elle consiste à savoir, voire à décider, de quoi on peut partir – ou sur quoi on peut encore s’appuyer -  pour construire une théorie dont l’essence intègre d’emblée les résultats relativistes et quantiques.

Dans les options qui doivent être prises on ne devrait pas négliger de s’attaquer à l’un des paradoxes les plus énervants de la physique actuelle : la divergence colossale entre deux estimations de l’énergie disponible dans le vide. L’une, relativiste, donnant un résultat proche de zéro et l’autre, quantique, donnant un nombre presque infini.

Le choix fait par théorie exposée sur ce site repose sur l’analyse des équations de J. C. Maxwell classiques écrites en dimension 3 lorsqu’on y introduit la problématique des produits vectoriels déformés et de leurs décompositions (triviales ou non) ; voir le chapitre : "Méthodes mathématiques".  

Dans un document pionnier archivé sur zenodo.org (voir les références plus bas), j'ai en effet démontré que l’usage des produits vectoriels décomposés trivialement dans le calcul des dérivées partielles de la densité volumique d'énergie électromagnétique (EM) présente dans un volume vide de sources (masses ou/et charges électriques) permet de retrouver une équation de continuité pour un courant énergétique dont le bien connu vecteur de Poynting est une des composantes.

L'usage de ces mêmes produits vectoriels décomposés trivialement au cours du calcul des variations de ce courant énergétique permet ensuite de mettre en évidence la présence d'une densité volumique de force.

Ce résultat mathématique, un peu à l’instar de l’expérience de Morley et Michelson, trouve au départ son importance non pas tant dans ce qu’il démontre mais dans ce qu’il n’aurait pas du démontrer.

C’est-à-direpe : il rmet finalement de parvenir à une conclusion en contradiction apparente avec les circonstances qui ont permis de l’établir.

Cette conclusion étant : « Il existe une force par unité de volume ∂F/∂τ non nécessairement partout nulle dans des régions vides (sous-entendu de sources) rapportées à une géométrie euclidienne tridimensionnelle classique dans lesquelles sont définis des champs EM ».

Commentaires :

Dans un vide absolu euclidien tridimensionnel et classique, on ne s’attend pas a priori à pouvoir démontrer l’existence de la moindre potentialité de mouvement.

Or c’est pourtant ce que laisse deviner l’équation obtenue.

Cette équation invite à s'interroger sur ce qui se passe réellement dans ces régions vides. Les connaissances acquises en un siècle (découverte du fond cosmique diffus - CMB, expansion -finalement accélérée- de l'univers) poussent à admettre l’existence d’une activité dynamique sous-jacente dans le vide de Maxwell. Et, par extrapolation de la pensée, qu’il en est de même dans le vide quadridimensionnel de la relativité générale.

Il en découle immédiatement une question complémentaire et plus pointue : celle qui consiste à savoir ce qui subit cette force et comment celle-ci se manifeste.

Avant d’esquisser une réponse à ce qui doit être compris comme une des questions les plus difficiles de la physique du vingt et unième siècle, je ferai quelques remarques dont l’essence aidera peut-être à trouver des éléments de réponse ; à suivre ...

 

Démonstration initiale.

Bien que très imparfait dans sa présentation et bien qu'il contienne quelques erreurs, ce document sert de repère historique et pédagogique dans l'énoncé des idées résumées ci-dessus.

Pour le plaisir des sciences en construction, voir la démonstration initiale sur le site de dépôt Zenodo.orgSi vous pensez qu'il en est digne, merci de citer ce document comme suit :

PERIAT Thierry. (2019, November 17). Particules idéales, vides de Maxwell et cordes élastiques classiques (Version 05 octobre 2018). Zenodo. http://doi.org/10.5281/zenodo.3544733.

Document ISBN 978-2-36923-140-0 / EAN 9782369231400.

 

Nouvelle version :

PERIAT, T. : Particules idéales, vides de Maxwell et cordes élastiques classiques, ISBN 978-2-36923-140-0 / EAN 9782369231400, v2, 15 pages, 18 références.

Le document : Isbn 140 0 2021 cosmoquantIsbn 140 0 2021 cosmoquant (325.16 Ko)

 

Pour aller plus loin dans l'exposé de cette vision :

Lumières dans le vide et polarisations- intro.

et : 

La corde élastique classique.

 

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Date de dernière mise à jour : 26/11/2021