FORMULES de PHYSIQUE
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FLUCTUATIONS de l'ENERGIE du VIDE
-fluctuations de l'énergie du vide
On a pris l'habitude de désigner le contenu de l'espace-temps par le mot ''vide''
C'est un mot bien mal choisi, car vide implique l'absence de toute chose (donc ni matière, ni autres particules, ni ondes....) Il est évident que ce terme VIDE ne convient pas au monde réel, car le contenu de l'espace-temps n'est pas vide et possède au contraire des caractéristiques bien concrètes.
Il serait donc plus opportun de nommer cette notion MILIEU UNIVERSEL, plutôt que vide
Ce ''milieu universel'' est déterminable par :
1-des structures basiques :
-quatre entités d'induction, dont l'activité n'est perceptible (et donc n'est mesurable) qu'à travers leurs champs d'induction (qui sont les expressions surfacique et angulaire desdites entités)
Ces champs sont : l'accélération, la fréquence, le champ d'inductiion électrique et le champ d'induction magnétique
Et, quand les circonstances sont favorables, ce sont eux qui activent l'apparition des grandeurs induites (celles que l'on perçoit et que l'on sait mesurer, à savoir la masse, la quantité de mouvement, la charge électrique et la charge magnétique)
-quatre FACTEURS DE MILIEU (définis dans un chapitre spécial) permettant--dès lors qu'ils prennent une valeur limite, dite disruptive.--aux ci-dessus champs d'induction d'initier les créations des 4 entités induites ci-dessus désignées
-2-une consistance, nommée ETHER (qui permet d'expliquer le nécessaire support d'évolution des ondes électromagnétiques et des ondes de matière, qui ne peuvent ni vibrer ni osciller en l'absence de support)
L'éther a été contredit par les expériences de Michelson (voir chapitre spécial) mais la validité expérimentale de ce contredit n'est pas probante - et heureusement, car s'il n'y avait pas d'éther, comment expliquer les paradoxes suivants :
-l'évolution des ondes se ferait sans support (comme des trains roulant sans rails....)
-l'énergie résiduelle venant du fond des temps (dite CMB ou FDC) ne serait incluse dans rien, puisqu'il n'y aurait aucun support matériel pour qu'elle s'exprime ?
-le potentiel énergétique de l'univers (dite énergie noire, voir § ci-après) ne baignerait dans rien, puisqu'aucune trame de stockage ne lui est proposée (hormis celle des théoriciens modernes, qui essaient de ruser avec une délirante cinquième dimension, digne de la science-fiction)
- 3-un potentiel énergétique, qu'on nomme souvent ENERGIE du VIDE, qui permet d'expliquer combien est patente l'énergie qui a créé (passé) qui crée (moment présent) et qui va créer (futur) les éléments mesurables de notre monde
Cette énergie est aussi parfois nommée: énergie diffuse, ou énergie radiante, ou champ de tachyons ou champ d'énergie quantique
Sa valeur unitaire volumique est dite énergie de point zéro (Ep0)
L'énergie du milieu universel est évidente, à travers plusieurs observations >>>
--on sait que la naissance de beaucoup de particules réelles provoque (parallèlement) l'apparition de particules "virtuelles" qui n'ont pas d'origine décelable dans les phénomènes où elles surgissent. Il faut donc qu'elles proviennent d'un paquet d'énergie stocké hors de nos zones mesurables, c'est à dire situé nécessairement dans le milieu universel (le vide)
--l'effet Casimir (force entre deux plaques non chargées) prouve que l'énergie créée dans cette expérience provient du milieu universel, puisqu'il n'y a aucun autre apport énergétique connu
--l'apparition de matière (notion induite) est l'évidente conséquence d'une déstructuration d'éléments issus du "milieu universel", et cela implique que ce milieu soit énergétiquement structuré (principe d'iso-équilibre énergétique)
--l'effet Unruh (apparition de chaleur quand une particule se déplace sous forte accélération, sans autre apport externe connu) démontre également que le vide produit spontanément une énergie calorifique
Question: de quoi est constituée l'énergie du vide (énergie du milieu universel)?
C'est d'une part, ce qui est déjà créé, connu et mesurable (la chaleur, les masses avec leurs mouvements ainsi qu'un lot de particules, plus ou moins rayonnantes)
Cela ne représente cependant que 4,5% du total d'énergie disponible dans ce vide
Le reste est :
--pour partie, de l'énergie potentielle (en attente de création de futures charges induites, de matière, d'électricité ou d'autres hypercharges) Cette énergie n'est pas perceptible par nos instruments de mesures, puisqu'elle n'a pas encore jailli sous les formes utilisables que nous savons mesurer
--pour deuxième autre (grosse) partie, de l'énergie totalement inconnue
Voyons-en le détail:.
L'ENERGIE TOTALE du MILIEU SPATIAL (dite ''ENERGIE du VIDE'')
Calcul de l'énergie totale du milieu universel, à partir des caractéristiques connues de l'univers
L'énergie totale régnant dans le vide est EU = KL.c4.V / G
où EU(J)= énergie universelle (du vide) (= 3,5.1071 Joules )
KL = constante cosmologique (valeur standard = 2,2.10-51 sr/m²)
V(m3) = volume de l'univers visible (= 1,7.1079 m3)
c = constante d'Einstein (# 3.108 m/s)
G = constante de gravitation [8,385.10-10 m3-sr/kg-s²]
La valeur numérique de EU en découle >> (toutes les unités en S.I.+)
EU = KL.c4.V/ G =(2,2.10-51)(81.1032).(1,7.1079)/8,38.10-10 = 3,5.1071 J
Et l'énergie volumique autour du point zéro (donc moyenne) est
= à (3,5.1071 J) /volume visible (1,7.1079 m3) soit 2.10-8 J/m3
Calcul de l'énergie totale du vide, à partir de la notion de "force de Casimir''
L'énergie de point zéro est ici calculée à partir de l'énergie (E) existant entre les plaques parallèles de l'expérience de Casimir
La force d'attraction entre les plaques est F = 2p.h.c.S / 480. l4
donc l'énergie volumique correspondante est (comme le volume entre les plaques est = S x l )
p = F / S = 2p.h.c / 480. l4
p (P) est l'énergie volumique, S(m²) est la surface des plaques, l(m) leur espacement et 1/870 est dite constante de Casimir
--avec application numérique, la formule ci-dessus devient >> F / S = 10-8 N/m² mesurée dans le cas d'une distance interplaques(l) valant 1,2.10-5 mètre et avec une S de plaques de 1 m²
Ceci correspond bien à une énergie volumique calculée au paragraphe précédent (2.10-8 J/m3)
Le total de cette énergie d'univers E U vaut donc (l'énergie volumique = 2.10-8 J/m3) x (le volume de l'univers visible = 1,7.1079 m3) soit donc # 3,5.1071 Joules
La partie énergie de la matière perceptible (connue) n'entre là-dedans que pour 4,5% soit 1,53.1070 Joules
Et parallèlement, sa masse volumique (de la matière visible) n'est que de 4,5% de ρu
soit ~ 10-26 kg/m3 C'est à dire environ une particule par mètre cube.....
On sait par ailleurs que cette énergie de la matière perceptible baryonique (1,53.1070 J) est égale à m.c² (formule d'Einstein), ce qui indique que la masse de l'univers est de (1,7.1053 kilogs)
Comment est créée une masse (un baryon) ?
Le milieu intégral (le vide) n'est pas isotrope. En effet, il y a des zones de présence excessive de masses (les galaxies) ou des zones de collisions astrales, ou des zones de perturbations de densité massique (trous noirs, trous blancs) provoquant des perturbations locales de la constante cosmologique Kλ(qui, bien que notion géométrique, est influençable par la présence de masses, puisque les masses courbent l'espace-temps).
Or l'énergie du vide dépend de la constante cosmologique d'après la relation E0 = KL.c4.V / G
En faisant l'application numérique de cette formule pour l'univers, on a (en unités S.I.+)
E0 = KL.c4.Vuo/ G =(2,2.10-51)(81.1032).(1,7.1079)/8,38.10-10 = 3,5.1071 J
Or quand la constante cosmologique varie, l'énergie volumique du vide varie aussi, autour de sa valeur moyenne vue ci-dessus (= à 10-8 J/m3)
En un lieu où elle dépasse un peu cette valeur, il y a alors création de matière -dès lors qu'il y a une charge mésonique unitaire disponible à cet endroit-
On a alors en effet : m = Y* / G
ou aussi m = Y*.δρ' / c2.δKL car G = c2.δKλ / δρ'
avec m(kg) = masse créée (~ 3.10-27 kg , c'est à dire la masse moyenne d'une particule élémentaire)
δp (Pa) = variation de l'énergie volumique de point zéro
δKλ(sr/m²) = fluctuation de la constante cosmologique
γ (m²/s) = champ inducteur gravitationnel
Y*(m3-sr/s²)= charge mésonique disponible dans le vide(le quantum de charge mésonique Y* vaut 2,4.10-36 m3-sr/s²)
c(m/s)= constante d'Einstein (2,99792458 .108 m/s)
δρ'(kg/m3)= variation de la masse volumique de la zone de l'espace en cause
Voilà donc comment sont créées les masses >>>
une variation (fluctuation) locale de la constante cosmologique δKL(surtout en sortie de trou blanc) entraîne en ce lieu une variation dela masse volumique de point zéro (δρ'), ce qui permet à une charge mésonique disponible Y*, de créer une masse, par développement d'un phénomène d'induction (à distance).
m = Y*.δρ' / c2.δKL (m en kilos, Y* en m3-sr/s², ρ' en kg/ m3 , c en m/s et Kλ en sr/m²)
REPARTITION de l'ENERGIE de l’UNIVERS
Equation aux dimensions de l'énergie: L2.M.T-2
Symbole de l'énergie : E Unité S.I.+ : le Joule (J)
On a vu que l'énergie totale de l'univers est de 3,5.1071 Joules,
On suppose qu'elle est pérenne et que sa valeur ne variera pas au cours des termps
Risquons-nous à en faire l’inventaire:
l'énergie globale du monde a servi dans le passé : à créer ce qui existe, puis dans le présent à entretenir le mouvement de ce qui a été déjà créé et enfin dans l'avenir à créer de nouveaux élements et poursuivre et entretenir en mouvement tout ce qui est soit déjà connu, soit encore à venir
-- (5 %) correspondent à de l'énergie connue, que l'on sait mesurer et qui provient de ce que l'espace a déjà mis sous nos yeux, y compris avec l'énergie cinétique de mouvement de la matière. Cela est un constat : il s'agit de la matière massique ou rayonnante ( 4% sont des baryons, essentiellement les étoiles // 0,2% sont des leptons et bosons // 0,3% sont les photons du rayonnement du fonds diffus cosmologique(C.M.B) // 0,5% sont des photons qui ne sont pas dirigés vers nous -et dont l'origine ne nous est sans doute pas perceptible- // et enfin quelques autres photons & neutrinos...)
--< 1% correspond au potentiel de chaleur sous-tendue par la température du fonds diffus cosmologique en provenance du big bang (de quoi réchauffer de 2,72 degrés le volume de l'univers qui est de 8,1.1080 m3)
--2% correspondent à l'énergie cinétique que le milieu (le vide) a insufflé à toute la matière créée à ce jour, pour se déplacer aux diverses vitesses que l'on constate.
--(27%) correspondent à l'énergie d'éléments mal connus et mal mesurables, que l'on dénomme matière noire. La recherche de la matière noire est l'une des grandes questions ''à la mode'' de la physique du XXI° siècle. On est sûr que cette matière-là existe bien, mais elle est absente de nos perceptions
En voici le détail :
..2% correspondent à des étoiles naines, des poussières, des corps non émetteurs d'ondes, d'autres corps sombres (on ne voit pas un tas de charbon froid sur un fond noir)
..-2% correspondent à de l'énergie d’éventuelles antiparticules supposées négatives (mais cela aggrave la différence !)
..1% est dû aux trous noirs, qui font disparaître certains supports visibles d'énergie (vraisemblablement en les retransformant plus tard, en d'autres supports mal théorisés)
..24% (soit 89 % de la matière noire) correspondent à ce qui est nommé la masse manquante.
Il faut rappeler ici que la masse réelle connue (baryonique) est une notion induite. Ce qui signifie qu'une masse unitaire (un baryon) est fabriquée (quand les fluctuations de la constante de gravitation sont favorables) par une autre entité inductrice, dite charge mésonique qui --elle--est la première arrivée dans la création du monde. Le baryon n'existe pas à l'état originel ou initial du Big bang, il est le fils de la charge mésonique (en termes de physique, on dit qu'il en est induit)
Et ce qu'on appelle la masse manquante, est en fait une masse incréée, encore en instance dans le giron de la charge mésonique.
Il n'y a donc pas, au sens littéral, de la masse manquante, mais un potentiel énergétique, sous-tendant de la masse en attente de création. Comme les charges mésoniques n'ont pas d'interactions visibles dans le monde induit dans lequel nous savons lmesurer des interactions, elles restent cachées dans le vide
La charge mésonique a pour dimension L3.T-2.A où l'on voit bien qu'il n'y a pas présence de masse (m). Mais la création de m s'en déduit, car elle est provoquée par une variation (fluctuation) locale de la constante cosmologique δKL (surtout en sortie de trou blanc) entraîne en ce lieu une variation de la masse volumique de point zéro(δρ'), ce qui permet à une charge mésonique disponible Y*, de créer une masse, par développement d'un phénomène d'induction (à distance). On a en effet :
m = Y*.δρ' / c2.δKL (m en kilos, Y* en m3-sr/s², ρ' en kg/ m3 , c en m/s et KL en sr/m²)
..5% correspondent à de l'énergie électrique qui --pour les mêmes raisons que pour les masses ci-dessus-- n'est pas encore créée.Il existe dans l'espace des entités-charges d'induction électrique P (dimension L3.M.T-3.I-1.A) qui n'ont pas encore induit de chargesélectriques, car les conditions de création des charges électriques ne sont pas encore réalisées (cette création interviendra quand l'inductivité prendra une valeur discursive) Auparavant, elles sont cachées à nos perceptions, mais n'en sont pas moins détentrices potentiellement de parts d'énergie
La création d'une charge Q (électrique) provient de Q = (δKL.δEo.V / δ²ζ')1/2
δKL est la variation de la constante cosmologique, entraînant la variation-fluctuation de l'énergie de point zéro δEo(J) et cela cause aussi la disruption du facteur de milieu (l'inductivité δζ')
..10% correspondent à de l'énergie de couleur qui --pour les mêmes raisons que pour les masses ci-dessus-- n'est pas encore créée.Il existe dans l'espace des entités-charges de dièdre fréquentiel (dimension L2.T-1.A) qui n'ont pas encore induit de couleurs (Q'), tant que le facteur de Yukawa n'a pas atteint une valeur disruptive. Elles n'en sont pas moins des grandeurs potentiellement énergétiques
qui seront les apports de couleur au moment opportun (rappelons que la couleur représente 98% de l'énergie des nucléons, donc 98% de leur masse -les 2 derniers % étant constitués de masse baryonique, un peu de masse dans la charge électrique et un soupçon de masse de la saveur)
La création d'une couleur provient en effet de Q'= (δKL.δEo.V / δ²Y)1/2
V est le volume de la zone impliquée, Y est le facteur de Yukawa(9,32.10-27 m-sr/kg)
..8% correspondent à de l'énergie de saveur qui --pour les mêmes raisons que pour les masses ci-dessus-- n'est pas encore créée.Il existe dans l'espace des entités-charges magnétiques d'induction c (dimens° L2.M.T-2.I-1.A) qui n'ont pas encore induit de saveurs, mais qui n'en sont pas moins des grandeurs potentiellement énergétiques. Ces saveurs potentielles seront éventuellement créées (induites) quand le facteur de Yukawa deviendra disruptif.
On aura alors K = (δKL.δEo.V / δ²μ]1/2
δKλ est la variation de la constante cosmologique, entraînant la variation-fluctuation de l'énergie de point zéro δEo et cela cause aussi la disruption du facteur de milieu (la perméabilité μ)
..2% correspondent à de l'énergie de bouillonnement, correspondant à la permanente création-disparition des pseudo-particules (celles qu'on nomme virtuelles, formant le cortège des vraies particules). Elles sont créées dans les zones de fluctuation de l'énergie spatiale de point zéro (dite fluctuation du vide quantique)
En considérant que cette zone forme un système, son énergie fluctue de ΔE, pendant un temps Δt, et comme il y a incertitude entre E et t (d'après l’équation du quantum d'action h # ΔE.Δt)
ceci permet d'estimer le temps d'apparition-disparition de ces particules fugaces >>
c'est t = h / 2m0.c² où h(J-s)= quantum d'action = constante de Planck = 6,62606876.10-34 J-s),
m0 (kg)= masse de la particule (~2,86.10-27 kg) et c(m/s)= const°d'Einstein (3 .108 m/s)
Ce temps est donc t # 10-24 s.
C'est une valeur beaucoup trop faible pour qu'on puisse la constater par une mesure.
Certaines de ces particules virtuelles sont (très rarement) stabilisées = c'est un apportde l'énergie du vide. Et ceci explique que parfois, dans certaines interactions, les masses des résultants soient plus élevées que les masses des constituants.
..3% correspondent à l'énergie potentielle des facteurs de milieu, qui créeront des futurs bosons de jauge (photons, gluons, bosons de Higgs et gravitons) quand ils seront mandatés à induire des futures charges induites.
..il reste 38% de l'énergie de l'univers qu'on nomme énergie noire proprement dite, parfaitement inconnue.
Pour l'expliquer, on évoque des particules spéciales,dites exotiques, ou Machos, ou Wimps, ou Axions, etc...
On évoque aussi des replis de l'espace, qui impliqueraient de l'énergie lovée en attente.........
Mais cela revient à expliquer l'inconnu avec de l'inconnu.
Toutefois l'énergie noire, de par son importance (38% du total de l'énergie universelle) représente un enjeu important de l'avenir de l'univers, car c'est vraisemblablement elle qui favorise l'augmentation du taux d'expansion Et si ce dernier augmentait trop, il y aurait diminution de la cohésion de la matière, entraînant sa dislocation (pour une fin du monde nommée Big Rip)
LES FLUCTUATIONS de CETTE ENERGIE du MILIEU (fluctuations du vide)
On peut dire que tous les composants de l’univers fluctuent (c’est à dire qu’ils oscillent autour d’une valeur moyenne) et chaque surpassement (au-delà) ou chaque diminution (en deçà) fait en général l’objet d’un phénomène nouveau.
-le temps oscille autour d’une valeur moyenne et il le fait d’autant plus que la masse qui s’y trouve est plus petite.
-l’énergie de point zéro (énergie minimale stockée dans un élément unitaire minimal de l'univers) fluctue autour de la valeur Up0 =3,5.10-10 Joule
c'est donc Epo = EU / nb = 3,5.1071/1081 = 3,5.10-10Joule
Le volume unitaire impliqué fait fonction de mini-oscillateur harmonique, dont l'énergie (sorte de quantum fondamental, valant h.n / 2) est dénommée "énergie de point zéro" ou "énergie intrinsèque"
Le dédoublement de certaines raies d'émission, est causé par les fluctuations d'énergie du vide (c'est l'effet Lamb)
Des fluctuations locales ont en outre lieu, car elles proviennent des irrégularités dans telle région du vide (par ex. en une zone dite trou blanc)
Les fluctuations de l’énergie de point zéro font apparaître des particules fugaces (dites virtuelles) créées sous forme de paires (électron-positron par exemple) ce qui les fait apparaître et disparaître en permanence
Ceci se fait pendant un temps Δt, selon l'équation d'incertitude ΔE.ΔT # h (quantum) d’où il ressort que c’est pendant une durée # 10-24 s.
-la fréquence de fluctuation du vide est donc d’environ nU # 1024 Hz
-la constante de gravitation G fluctue et cela enclenche la création d’une masse, à partir d’une charge mésonique qui, elle, est la première arrivée dans la création du monde.
-la constante cosmologique δKL fluctue, car elle dépend de G
en effet KL = G.r' / c²
Les particules réelles sont des particules virtuelles qui ont su (à l'occasion de la disruption de la constante de gravitation G) extirper leur masse du champ des charges mésoniques. Mais comme on ne sait pas agir sur la cause de ces stabilisations (aboutissant aux particules réelles), il nous est impossible de les solliciter artificiellement pour en tirer une énergie utilisable (on ne sait pas extraire volontairement l'énergie du milieu universel -on se contente de la constater-)