Le Vide

Bonjour à tous, aujourd'hui dans ScienceClic, le vide. Dans le langage courant, le vide désigne l'absence de toute matière visible. On dit par exemple qu'un verre est vide, à partir du moment où il ne contient pas de liquide. En réalité, d'un point de vue fondamental, le verre n'est pas réellement vide. Bien au contraire, il renferme un nombre gigantesque de molécules d'air, plusieurs milliers de milliards de milliards, qui forment un gaz invisible à l’œil nu, mais qui constituent une forme de matière bel et bien réelle, et concrète. Dans l'optique de réaliser certains types d'expériences, il peut être intéressant de s'affranchir de l'air ambiant, dont la présence pourrait être dérangeante. Pour ce faire, il suffit en quelque sorte de pomper l'air, pour le faire sortir d'un récipient. Dans la pratique, il est impossible de créer un vide parfait, mais on peut aujourd'hui s'en approcher fortement, grâce à des techniques modernes qui permettent de réduire de plusieurs milliers de milliards de fois, le nombre de particules présentes dans le récipient. Cela dit, les vides de laboratoire les plus extrêmes sont quand même loin d'être parfaitement vides, Ils fourmillent encore de plusieurs milliards de particules dans chaque mètre cube. Si l'on veut trouver un milieu qui soit encore plus vide que ceux qu'on crée en laboratoire, il est nécessaire de quitter l'atmosphère terrestre, pour voyager dans l'espace. Dans l'espace entre les planètes tout d'abord, par exemple au sein de notre système solaire, les particules sont très rares. On en compte seulement quelques dizaines de millions par mètre cube. Mais c'est dans le milieu intergalactique, c'est-à-dire entre les galaxies, que l'on trouve le vide le plus parfait, avec en moyenne une seule particule par mètre cube. Avec une densité si faible, il faudrait s'intéresser à un volume capable d'englober notre planète entière, si l'on voulait retrouver le même nombre de particules que dans un verre vide. Dans le vide, en l'absence de matière, certaines propriétés qui nous sont familières cessent d'exister. Tout d'abord, si l'on essayait de jouer de la guitare dans le vide, il serait impossible d'entendre quoi que ce soit, car la vibration des cordes ne pourrait pas se propager jusqu'à nos oreilles. Plus généralement, en l'absence de toute forme de matière pour pouvoir communiquer les vibrations, le son ne peut pas se propager dans le vide. Ensuite, à la surface de la Terre, l'atmosphère exerce un poids, avec lequel elle va appuyer sur les objets qu'elle contient. Elle exerce ainsi une force d'écrasement colossale. Cette force équivaut au poids de deux éléphants adultes pour chaque mètre carré de surface. C'est ce qu'on appelle la pression atmosphérique. Si on ne la ressent pas au quotidien, c'est parce que notre corps et la plupart des objets génèrent également une pression interne, vers l'extérieur, qui s'y oppose parfaitement. Cependant, imaginons que l'on s'intéresse par exemple à une bouteille en plastique, dans laquelle on va faire le vide, en pompant l'air qu'elle contient. Maintenant qu'elle est vide, la bouteille ne peut plus s'opposer à la pression extérieure, car elle ne contient plus rien. Elle va donc se faire comprimer brutalement, par le poids de l'atmosphère. Enfin, un espace vide n'a pas de température à proprement parler. En effet, on appelle température le degré d'agitation des particules au sein d'un milieu. Dans l'air par exemple, il fait plus chaud lorsque les molécules d'air sont plus agitées, et plus froid lorsqu'elles sont plus calmes. Dans le vide, en l'absence de particules, il est impossible de mesurer le degré d'agitation de quoi que ce soit, et la notion de température, au sens d'agitation, n'a donc plus aucune valeur. Le transport de chaleur ne peut plus se faire qu'à travers la lumière et les autres ondes électromagnétiques, qui sont le seul type d'ondes, avec les ondes gravitationnelles, capables de se propager dans le vide. Imaginons désormais que l'on puisse s'intéresser au vide, non plus à notre échelle, mais à des échelles microscopiques. Toute la matière qui nous compose est faite d'atomes. Un atome consiste en un noyau, autour duquel orbitent des électrons. Le noyau est près de 100 000 fois plus petit que l'atome dans son ensemble, mais il monopolise à lui tout seul 99,9 % de sa masse totale. Le volume d'un atome est donc principalement vide, ce qui signifie, en quelque sorte, que toute la matière visible est composée en majorité de vide Pour conclure, même l'espace le plus vide possible, ne sera en réalité jamais parfaitement vide. En effet, selon la physique quantique le vide est constamment rempli d'une multitude de particules virtuelles, qui apparaissent et disparaissent en permanence. C'est ce qu'on appelle les fluctuations du vide. Une particule virtuelle, est une particule qui existe pendant une durée tellement courte, qu'il nous est absolument impossible de l'observer. Les lois de la physique quantique autorisent des particules de ce type à apparaître à partir de rien, à condition qu'elles disparaissent suffisamment vite, afin qu'il soit impossible de les observer. Les particules virtuelles ne pouvant pas être observées, elles ont le droit de posséder des propriétés étranges, qui défient les lois de la physique classique, comme par exemple le fait qu'elles apparaissent à partir du vide, ou encore le fait que certaines puissent posséder une énergie négative. Bien qu'elles soient impossibles à observer, l'existence de ces particules virtuelles entraîne cependant des phénomènes concrets et mesurables. D'une part, elles sont à la base des quatre interactions fondamentales de l'univers. C'est par exemple en s'échangeant des photons virtuels, que deux charges électriques sont capables d'interagir à distance. D'autre part, elles ont également des effets indirects, comme le fait qu'elles génèrent une certaine pression sur les objets, Ou encore le fait que les trous noirs puissent s'évaporer au cours du temps, leur attraction gravitationnelle très forte permettant de transformer les particules virtuelles en particules ordinaires, c'est ce qu'on appelle le rayonnement de Hawking. Beaucoup de scientifiques pensent que l'énergie quantique contenue par le vide, pourrait être une explication à la nature de l'énergie sombre, cette fameuse forme d'énergie inconnue qui tend à expandre l'univers de plus en plus vite. Mais lorsque l'on compare son intensité avec celle de l'énergie sombre, on trouve une valeur cent milliards de septendécillions de fois trop grande. C'est l'un des plus grands mystères non résolus de la science moderne, On l'a baptisé la catastrophe du vide.