Le vide de l’espace est-il vraiment vide ?

Imaginez-vous aller à l’endroit le plus profond et le plus vide de l’univers et atteindre un vide parfait et total. Seriez-vous entouré de vide ? La réponse à cette question est beaucoup plus subtile que vous ne le pensez.

Le voyage moderne vers le vide a commencé au XVIIe siècle, avec une expérience flashy conçue par Otto von Guericke, maire de la ville de Magdebourg dans le Saint-Empire romain germanique. Dans le cadre d’un coup politique visant à montrer que sa ville s’était remise des ravages de la guerre de Trente Ans, von Guericke a organisé une manifestation pour l’empereur et d’autres notables afin de montrer sa pompe à vide nouvellement inventée. En plaçant deux hémisphères du cerveau ensemble et en pompant tout l’air, Otto a montré que même un attelage de chevaux ne pouvait pas séparer les hémisphères.

Contrairement aux milliers d’années de réflexion en Europe qui ont suivi l’argument d’Aristote selon lequel « la nature a horreur du vide », Von Guericke a montré que le vide était possible.

Dans les décennies qui ont suivi la démonstration de Von Guericke, les philosophes et les scientifiques se sont demandés si la vaste étendue de l’espace serait remplie d’un type de matériau connu sous le nom d’éther, qui remplirait deux objectifs : premièrement, il empêcherait toujours l’apparition d’un véritable vide. est créé, et deuxièmement, cela pourrait empêcher la formation d’un véritable vide. , il fonctionnerait comme un milieu à travers lequel les ondes lumineuses peuvent se propager.

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Cependant, à la fin du XIXe siècle, deux physiciens de Cleveland, Albert Michelson et Edward Morley, ont conçu une expérience intelligente pour mesurer les changements dans la vitesse de la lumière lorsque la Terre se déplaçait dans l’éther. Aucun changement n’a été détecté – et bientôt Einstein montrerait que le vitesse de la lumière était toujours constant – les scientifiques ont donc finalement abandonné le concept de l’éther, ouvrant ainsi la possibilité d’un véritable vide.

Encore loin de là Solil y a toutes sortes de choses qui flottent : des particules chargées qui flottent ici et là, de l’hydrogène qui flotte atomes, des morceaux de peluches et de poussière s’occupant de leurs propres affaires. Bien que la densité de l’espace interstellaire soit des milliards de fois inférieure à celle de nos chambres à vide artificielles les plus vides, il n’est pas vide à 100 %.

Pour atteindre les endroits les plus vides de l’univers, vous devez voyager vers les vides cosmiques, les vastes royaumes du néant qui dominent le volume du cosmos. Au fond des plus grandes cavités, on peut trouver des centaines de millions de personnes Années lumière du plus proche univers. Les noyaux des cavités sont si vides que même pas matière noire – la forme mystérieuse et invisible de matière qui constitue la majeure partie de chaque galaxie – n’est même pas présente.

Mais pour autant, la pièce ne serait pas vraiment vide. Le cosmos tout entier est imprégné de particules légères et neutres neutrinos ainsi que les radiations laissées par les premiers jours de l’univers. Ce rayonnement, connu sous le nom de fond cosmique de micro-ondes (CMB), est responsable de plus de 99,99 % de tous les rayonnements de l’univers, et il est impossible d’y échapper. Ainsi, même dans les vides les plus sombres, vous n’êtes pas complètement seul.

Disons que vous deviez construire une boîte géante suffisamment épaisse pour empêcher les neutrinos et le CMB d’entrer, ne laissant que vous à l’intérieur. (Techniquement, les parois de la boîte elles-mêmes émettraient des photons, mais laissons cela de côté pour cette expérience de pensée.) Seriez-vous seul ?

La physique quantique offre une réponse surprenante : non. Les physiciens ont découvert que les champs quantiques occupent tout l’espace et le temps, et que c’est de ces champs quantiques que naissent les particules de la vie quotidienne. Mais lorsqu’ils sont laissés à eux-mêmes, les champs quantiques possèdent une énergie intrinsèque connue sous le nom d’énergie du vide. Cette énergie est omniprésente dans tout l’univers. Même si vous n’avez aucune particule autour de vous, vous avez toujours l’énergie nécessaire pour être votre seul compagnon.

Et si vous inventiez un dispositif pour annuler l’énergie du vide (ce qui est techniquement impossible, mais poursuivons l’expérience de pensée) ? Seriez-vous enfin vraiment seul dans l’univers, entouré de l’idéal parfait d’un néant englobant tout ?

La réponse à cette question est… cela dépend. Vous seriez toujours un objet dans l’espace, et certains considèrent que l’espace lui-même existe. Nous aimons considérer l’espace comme une simple abstraction mathématique, un moyen de mesurer l’emplacement et la taille. Mais le concept d’espace a commencé à prendre un caractère plus concret avec les travaux de René Descartes, le génie du XVIIe siècle qui a inventé une base mathématique pour décrire l’espace. Si vous avez déjà noté les axes x et y d’une grille cartésienne, vous devez remercier Descartes.

Isaac Newton a élevé le concept d’espace pour servir de toile de fond absolue au mouvement des objets et à la lois physiques qui déterminent leur comportement. C’est en résumé la physique moderne : les objets se déplacent et interagissent les uns avec les autres dans l’arrière-plan de l’espace, supposé exister.

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Einstein est allé encore plus loin relativité générale, où l’espace passe du stade d’arrière-plan à celui de protagoniste – une entité dynamique et flexible qui répond à la présence de la matière et dirige le mouvement de cette matière. C’est l’espace lui-même, et surtout sa dynamique, qui donne naissance au pouvoir de la gravité.

L’espace est-il donc simplement une abstraction mathématique, un outil que nous utilisons pour décrire la relation entre des objets physiques, ou est-ce bien plus ? Voici une réflexion intéressante : qu’en est-il ? ondes gravitationnelles? Les ondes gravitationnelles ne nécessitent pas la présence de matière ou d’énergie pour se déplacer ; ils existent simplement sous forme de vagues dans l’espace-temps lui-même. Alors, si l’espace n’est qu’un outil mathématique, comment les ondes peuvent-elles exister par elles-mêmes ?

Il n’y a pas de réponse définitive à la question de savoir si le véritable néant peut exister. Il se pourrait que le concept d’espace ne soit qu’une astuce mathématique et n’existe pas en soi. Ou encore, où que vous alliez, vous serez toujours quelque part dans l’espace et serez donc toujours entouré de quelque chose.