Voir la source de Vide quantique

{{2autres||les autres aspects du vide en physique|Vide (physique)|le vide dans d'autres domaines|Vide{{!}}Vide (page d'homonymie)}}
En [[physique]], le '''vide quantique''' décrit l'état du [[Vide (physique)|vide]] selon les principes de la [[mécanique quantique]]. Alors que l'on croyait l'univers rempli d'[[Éther (physique)|éther]], la physique du {{s-|XX}} a abandonné cette notion pour un espace littéralement vide de matière. Les principes quantiques montrent que ce vide est en réalité rempli d'énergie qui engendre de nombreux effets : on parle alors d'[[énergie du vide]].

== Description ==
Dans la théorie de l'[[électrodynamique quantique]], les [[Particule élémentaire|particules élémentaires]] échangent des photons virtuels pour [[Interaction élémentaire|interagir]]. Ces [[Particule virtuelle|particules virtuelles]] utilisent l'[[énergie du vide]] pour apparaître, agir puis disparaître, dans les limites du principe d'incertitude{{sfn|Kaiser|2005|p=157}}.

== Inégalité d'Heisenberg ==
Les inégalités d'[[Heisenberg]], connues sous le nom de [[principe d'incertitude]], sont une conséquence directe de la [[dualité onde-corpuscule]]. L'une d'elles, controversée<ref>{{Lien web|langue = Anglais|titre = The Time-Energy Uncertainty Relation|url = http://math.ucr.edu/home/baez/uncertainty.html|site = math.ucr.edu|date = 10 avril 2010|consulté le = 13 décembre 2014}}.</ref>, permet d'écrire : <math>\Delta E\cdot\Delta t\geq\hbar /2</math>, où <math>\hbar</math> est la [[constante de Planck réduite]]<ref>{{Article|langue = Russe|auteur1 = Mandelshtam, Tamm|titre = The uncertainty relation between energy and time in nonrelativistic quantum mechanics|périodique = Izv. Akad. Nauk SSSR (ser. Fiz.)|numéro = 9|jour = |mois = |année = 1945|issn = |lire en ligne = |pages = 122-128|traducteur = J. Phys. (USSR) 9 (1945), 249-254.}}</ref>. Cette [[inéquation]] signifie que le produit de la variation de l'énergie par une certaine durée (variation de temps) est obligatoirement supérieure à une valeur non nulle. Ce qui veut dire qu'il est possible d'{{c'est-à-dire|emprunter de l'énergie au vide}} pendant un temps très court. C'est ce mécanisme qui est à l'origine des fluctuations du vide.

== Fluctuation du vide et création de paires de particules ==
L'équation la plus célèbre de la physique [[E=mc2|<math> E=mc^2 </math>]] traduit l'équivalence entre masse et énergie. Donc en empruntant de l'énergie au vide il est possible de créer des particules massiques. Ce mécanisme est à l'origine de l'apparition de paires de particules virtuelles. Ainsi en mécanique quantique le vide est rempli de particules virtuelles apparaissant pendant un temps très bref avant de disparaître. Ces particules virtuelles apparaissent en [[théorie quantique des champs]] : leurs effets impliquent des corrections sur les calculs, dans les théories dites renormalisables. Ces calculs relativement compliqués sont régis par les règles des [[diagramme de Feynman|diagrammes de Feynman]]. {{c'est-à-dire|Celles-ci}} {{refnec|viennent d'être comprises par}} des travaux de [[Pierre Cartier]] et [[Alain Connes]].

Jean-Yves Grandpeix et [[François Lurçat]] ont construit<ref>Jean-Yves Grandpeix et [[François Lurçat]], ''Particle description of zero energy vacuum : [https://arxiv.org/pdf/hep-th/0106224v1.pdf I. Virtual particles] et [https://arxiv.org/pdf/hep-th/0106229.pdf II. Basic vacuum systems]'', 2001.</ref> une description mathématique du vide conçu comme un [[système de particules]] virtuelles (par [[transformation de Fourier]] sur le [[Groupe_de_Poincaré_(transformations)|groupe de Poincaré]]) en les définissant ainsi : « Une particule virtuelle est celle dont la durée est trop brève pour être détectée par interaction avec un appareil macroscopique, mais détectable par la médiation de son interaction avec une particule réelle<ref>Op. cité, I, p. 3.</ref> ».

== Fluctuation du vide et force de Casimir ==
{{article détaillé|force de Casimir}}
La manifestation expérimentale la plus flagrante scientifiquement vérifiée des fluctuations du vide est la [[Effet Casimir|force de Casimir]]. Entre deux miroirs plans parfaits s'exerce une force attractive qui a pour origine les fluctuations du vide.

== Fluctuation du vide et décalage de Lamb ==
{{Article détaillé|décalage de Lamb}}
Le premier effet observé des fluctuations du vide est le dédoublement des raies d'émissions dans les spectres atomiques.
Ce dédoublement crée des particules virtuelles qui peuvent interagir avec des particules réelles.

== Fluctuation du vide et rayonnement ==
{{Article détaillé|fluctuation quantique}}
[[Stephen Hawking]]  explique également l'[[évaporation des trous noirs]] à l'aide des fluctuations du vide. Sous l'effet de l'intense [[champ gravitationnel]] de ces [[Objet céleste|astre]]s, le vide quantique se trouve affecté, ce qui entraîne l'apparition d'un [[rayonnement]] de [[corps noir]].

L'[[effet Unruh]] repose également sur une interprétation des fluctuations du vide. Le [[Décalage d'Einstein|décalage vers le rouge]] des photons virtuels, dû à une [[accélération]] uniforme, entraîne l'apparition d'un [[rayonnement]] de [[corps noir]].

== Notes et références ==
{{Références}}

== Voir aussi ==
=== Bibliographie ===
* {{Article | auteur=Timothy Boyer | titre=le vide classique | journal=Pour la science | date=octobre 1985}}
* {{Article |langue=en |auteur1=David Kaiser |titre=Physics and Feynman’s Diagrams |périodique=American Scientist |volume=93 |date=2005 |pages=156-165 |lire en ligne=http://web.mit.edu/dikaiser/www/FdsAmSci.pdf |consulté le=8 octobre 2017}}
* {{Article | auteur=Serge Reynaud | titre=la lumière comprimée | journal=la Recherche | date=février 1990}}
* [[Hubert Reeves]], « Le vide quantique » (pp. 73-88), ''In'' Marie-Odile Monchicourt (sous la direction de), ''Chaos et Cosmos'', Paris, Éditions Le Mail, 1986, {{ISBN|978-2903951054}}
* {{Ouvrage |langue=fr |auteur1=Trinh Xuan Thuan |titre=La Plénitude du Vide |lieu=Paris |éditeur=[[Éditions Albin Michel|Albin Michel]] |année=2016 |pages totales=341 |isbn=978-2-226-32642-3 |id=Thuan2016}}.

=== Articles connexes ===
* [[Énergie du point zéro]]
* [[Énergie du vide]]
* [[Effet Casimir]]
* [[Renormalisation]]
* [[Théorie quantique des champs]]
* [[Faux vide]]

=== Liens externes ===
* [https://www.franceculture.fr/emissions/la-methode-scientifique/la-methode-scientifique-emission-du-mardi-12-janvier-2021 « Vide quantique : voir le vide à moitié plein »], ''La Méthode scientifique'', [[France Culture]], {{date-|12 janvier 2021}}.
* [http://www.futura-sciences.com/comprendre/d/dossier614-8.php Singularités, trou de ver et voyage spatiotemporel] sur Futura-Sciences
* [http://www.astronoo.com/fr/articles/vide-quantique.html Le vide quantique] sur Astronoo

{{Palette|Théorie quantique des champs}}
{{portail|physique}}

[[Catégorie:Physique quantique]]
[[Catégorie:Vide]]