241 Partages

Selon le principe d’indétermination d’Heisenberg, le vide quantique est un chaos bouillonnant, donnant lieu à des fluctuations quantiques permanentes. Selon certains physiciens, des fluctuations quantiques d’ampleur suffisante pourraient courber la lumière, créant ainsi un effet de microlentille gravitationnelle quantique. 

Depuis le développement de la mécanique quantique et les travaux d’Heisenberg, d’Hartman ou encore de Casimir, les physiciens savent que le vide quantique est un milieu chaotique. En effet, l’énergie de celui-ci fluctue en permanence, créant des paires de particule-antiparticule d’énergie différente. L’explication est initialement donnée par le principe d’indétermination d’Heisenberg concernant le temps et l’énergie : ΔE · Δt ≥ ℏ/2.

Il existe deux types de fluctuations. Premièrement, les fluctuations actives qui sont les fluctuations de la géométrie spatio-temporelle elle-même. Et deuxièmement, les fluctuations passives qui sont des fluctuations du champ énergie-matière affectant la métrique. Ce sont ces dernières que l’étude aborde.

Classiquement, l’on considère que ces fluctuations se produisent majoritairement à l’échelle de Planck et sont donc inobservables. Cependant, certaines de ces fluctuations, dont l’énergie est grande ou par effet d’accumulation peuvent apparaître au-delà de l’échelle de Planck, peuvent être à l’origine d’un phénomène de microlentille gravitationnelle.

micro lentille gravitationnelle

Les microlentillges gravitationnelles sont des phénomènes qui se produisent lorsqu’une masse “courbe la lumière” émise par une source lumineuse lointaine. Elles permettent aux astronomes d’observer l’objet ainsi amplifié. Crédits : NASA

Le physicien S. Carlip de l’université de Californie démontre que sous certaines conditions d’énergie et de taille (l’échelle d’apparition de la fluctuation doit être supérieure à celle de Planck), les fluctuations peuvent être à l’origine de micro-lentilles gravitationnelles. Malheureusement, le physicien démontre aussi que le temps de vie de telles fluctuations est extrêmement court (voire quasi-instantané) et ne permet donc pas d’observer cet effet de lentille.

Sur le même sujet : Que sont les fluctuations quantiques du vide ?

Dans le meilleur des cas, ce temps de vie peut aller jusqu’à 10-29 secondes. Toutefois, l’apparition de fluctuations supérieures à l’échelle de Planck n’est pas si rare que cela ; dans une sphère possédant un volume 1017 fois supérieur au volume de Planck, ces fluctuations peuvent apparaître un certain nombre de fois par jour. En outre, si les phénomènes quantiques de microlentille gravitationnelle ne peuvent pas être observés, d’autres effets peuvent l’être.

Ainsi, Carlip montre que pour une fluctuation supérieure à l’échelle de Planck ayant un temps de vie compris entre 10-38 et 10-29 secondes, un phénomène de flou lumineux peut être observé selon la longueur d’onde (et donc l’énergie) des photons.

En outre, les fluctuations pourraient être à l’origine d’un effet Sachs-Wolfe également observable. Plusieurs observations devront être menées pour infirmer ou confirmer les développements de l’étude. Celle-ci permet toutefois de poser une nouvelle contrainte d’énergie pour les modèles de gravité à l’échelle TeV, donnant ainsi la possibilité aux physiciens d’affiner certaines théories basées sur ces modèles.

Source : arXiv

2 Réponses

  1. Stéphane PEREZ

    Bonjour Thomas,
    Je ne comprends pas en quoi la relation d’incertitude d’Heisenberg, liée aux incertitudes des mesures faites avec précision sur la position et la vitesse d’une particule joue un rôle sur la création spontanée de paire de particules/anti-particules.
    D’autre part, il est dommage d’induire le lecteur en erreur dans la légende du schéma qui dit que la lumière est déviée par la masse alors que c’est l’espace euclidien qui est déformé par la masse, la lumière se contentant de suivre le chemin le plus court !
    Cordialement

    Répondre
    • Thomas Boisson
      Thomas Boisson

      Bonjour,
      Il existe plusieurs formes du principe d’indétermination d’Heisenberg. Comme vous pouvez le voir dans l’article, dans cette situation, il implique l’énergie et le temps, et non la position et la quantité de mouvement. Donc dans ce cas-ci, cette relation montre que sur un laps de temps suffisamment bref, de l’énergie peut-être empruntée au vide pour créer une paire de particule-antiparticule virtuelles.

      Il n’est pas incorrect de dire que les rayons lumineux sont déviés aux abords d’une masse. Il s’agit même d’une tournure très couramment utilisée en astrophysique pour expliquer les phénomènes de distorsion lumineuse aux abords des corps massifs. Oui, dans les faits les photons ne font que suivre les géodésiques de l’espace-temps. Cependant, en termes d’optique, il s’agit bien d’une déviation lumineuse. La tournure est d’ailleurs souvent utilisée par les chercheurs eux-même. Un exemple : https://arxiv.org/abs/1806.02827.

      Cordialement.

      Répondre

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée.

Ce site utilise Akismet pour réduire les indésirables. En savoir plus sur comment les données de vos commentaires sont utilisées.

241 Partages
241 Partages
Partager via