Rubrique "Les mots de la physique". Suite du billet N°4802.

Extrait de Philosophie pour tous, Tome VIII, A.MENDIRI, Amazon.

Prochain billet demain samedi 08 juin.

Nous allons aborder quelques grands mots de la physique qui recouvrent ou qui cachent des questions fondamentales concernant la nature intime dela réalité. Ces questions sont soulevées par la physique contemporaine et à ce titre nous nous appuierons sur les analyses du physicien et grand vulgarisateur qu’est Etienne Klein.

La première notion que nous nous proposons d’examiner est celle de vide. Celle-ci a plusieurs millénaires et son sens a varié au gré des conceptions philosophiques et des progrès scientifiques. Il est opportun de commencer par les considérations des philosophes Grecs. Parménide proclame que « L’Être est et que le non-être n’est pas ». Ainsi pour Parménide « Est ce qui est d’un seul tenant, parfaitement identique à soi-même, ce à quoi il ne manque rien ». De ce fait nous dit E. Klein, l’Être parménidien n’a aucune origine puisque s’il en avait une il faudrait qu’il soit engendré par le non-être qui est posé comme impossibilité ontologique. De plus, selon Parménide le changement ou le mouvement sont des illusions, car changer supposerait que ce qui est n’est plus ce qu’il est mais autre chose et donc impliquerait un mélange d’être et de non-être.

A l’opposé de Parménide, Haraclite proclame qu’il n’y a que du devenir, il n’y a pas d’Être, tout change et se transforme en permanence. Démocrite pour sa part est d’accord avec Parménide pour dire que l’Être est plein .Mais contrairement à lui, il affirme également qu’il y a du non-être. En termes modernes précise E. Klein, il ya pour Démocrite du plein et du vide. En conséquence le vide n’est pas du non-être puisqu’on lui accorde une certaine spatialité. D’ailleurs, comme le proclamera Bergson bien plus tard l’idée de non-être assimilée au néant « est une idée destructrice d’elle-même ». Dès qu’on veut penser le rien, on se trouve contraint à ne penser à rien. « Le néant, poursuit Bergson, n’est un objet de pensée que si on n’y pense pas ».

Démocrite est considéré, avec Épicure et Lucrèce, comme le père de l’atomisme si on assimile sa conception de ce qui est avec des atomes. Aristote critiquera d’ailleurs l’atomisme qui implique l’existence du vide car selon lui le mouvement ne nécessite pas son existence mais s’explique par le remplacement d’un corps par un autre. « La nature a horreur du vide » proclame-t-il. Au Moyen-Ãge, cette horreur du vide devient un sentiment naturel et comme tel une véritable force capable d’agir sur les choses. Par exemple, au cours de cette époque l’on ignorait que l’eau était la seule réalité dont le volume du liquide était inférieur à celui du solide, c’est-à-dire de la glace. En conséquence on interprétait le fait qu’une bouteille d’eau glacée éclatait par le fait que l’eau glacée suscitait un espace vide qui entraînait le bris de la bouteille pour empêcher le vide de se manifester.

De même concernant l’action de boire de l’eau avec une paille. La pensée commune croit que le liquide monte, contre la gravité, parce qu’on l’aspire. L’explication ancienne consiste à dire que mon aspiration crée un vide que la nature comble en faisant monter le liquide dans la paille. Or en 1640, les fontainiers de Florence inventent des pompes pour extraire de l’eau du fleuve, l’Arno. Ils constatent alors qu’au-delà de 10 m, il devenait impossible de pomper l’eau. Ils recourent alors à Galilée pour lui demander une explication du phénomène. Galilée fait remarquer que ce n’est pas parce que la nature à horreur du vide sinon on ne voit pas pourquoi cela se manifesterait seulement au-delà de 10 m. C’est dû vraisemblablement au poids de l’air qui s’applique sur le liquide, ce qu’on appellera plus tard la pression atmosphérique. En-deça de 10 m c’est la pression de l’air qui s’exerce sur le liquide qui le fait monter.

Galilée est trop âgé pour faire des expériences et c’est son collaborateur Torricelli qui a l’idée d’utiliser un liquide beaucoup plus lourd que l’eau, à savoir le mercure afin de vérifier l’hypothèse de Galilée. Le mercure étant 13,6 fois plus lourd que l’eau il calcule qu’un tube de mercure d’un mètre immergé dans un bain de mercure verra le mercure monter dans le tube jusqu’à 76 cm, c’est-à-dire 10m divisé par 13,6. Il invente donc le baromètre. Il pense quentre 76cm et 1m, il doit y avoir du vide mais il ne publie par peur de l’Inquisition qui pense que Dieu n’a pu créer le vide, c’est-à-dire quelque chose d’inutile.

Pascal s’empare du problème et fait l’hypothèse que si Toricelli a raison, en altitude la pression de l’aitr devrait être plus basse. D’ailleurs dans une correspondance avec un père jésuite il avait avancé que le vide était sans doute l’intermédiare entre le néant et la matière. Il charge son beau-frère de tenter l’expérience dans le col du Puy de Dôme afin de compare la hauteur du mercure en bas et en hautdu col ainsi que les variations lors de l’ascension. Il refait l’expérience lui-même à Paris vraisemblablement à la tour St Jacques d’une hauteur de 54 m et confirme les résultas de l’expérience du Puy de Dôme. Il démontre ainsi l’existence du vide.

Mais il faut définir ce qu’est le vide. Est-ce ce qui reste quand on a tout enlevé, c’est-à-dire rien ? Or le vide ce n’est pas le néant. Il faut donc dire que le vide c’est ce qui reste lorsqu’on a tout enlevé sauf le vide. Mais cette définition n’est pas satisfaisante. La définition du vide dépend de la théorie physique qui interprète ce phénomène. Il y aura autant de conceptions du vide que de théories physiques. Car une théorie physique nous dit les choses qu’il y a dans le monde. Par exemple les équations de Newton nous disent qu’il y a l’espace, le temps et des objets physiques dotés de masse dans cet espace-temps. En conséquence, le vide pour Newton c’est ce qui reste quandon a enlevé tous les objets physiques c’est-à-dire l’espace-temps. L’espace n’est donc pas ce qui relie les objets, c’est, pour Newton, une ralité indépendante des objets qui l’occupent.

^...En revanche avec Maxwell et la théorie de l’électromagnétisme, on comprend que la lumière est un phénomène ondulatoire qui semble requérir un milieu pour se propager, au même titre que le son dans l’air. Ce milieu est appelé l’éther luminifère et donc le vide newtonien est colonisé par l’éther et il n’y a plus de vide. Mais l’éther n’a aucune propriété sauf le fait qu’il est absolument immobile. Cette conclusion entait en contradiction avec la mécanique de Newton et le principe de relativité du mouvement défini par Galilée, à savoir que le mouvement est comme rien : lorsqu’on est en mouvement tout se passe comme si on ne l’était pas. En conséquence tous les référentiels ont le même statut et il n’y a aucun référentiel absolument immobile.

Cette contradiction est à l’origine d’une crise et nombre de physiciens ont tenté de faire rentrer l’électromagnétisme dans la mécanique. Ce n’est qu en 1905 qu’Einstein décide de dire que puisque l’éther nous pose des problèmes, le plus simple est de considérer que l’éther n’existe pas. Cela implique que la lumière n’a pas besoin de l’éther pour se proppager et dès lors la lumière devient une entité physique à part entière.

Einstein propose alors en 1905 la théorie de la relativité restreinte et en 1915 la théorie de la relativité générale. La relativité restreinte s’applique à toutes les interactions, l’électromagnétisle, les interactions fortes et faibles mais pas à la gravitation. Dans le cadre de cette théorie l’espace n’est plus vide mais il est le réceptacle de tous les évènements qui se produisent dans l’Univers. Le vide c’est alors l’espace-temps vidés de tous les évènements.

Acvec la relativité générale, théorie de la gravitation, celle-ci n’est plus une force comme chez Newton mais une déformation de l’espace-temps. Les objets suivent alors des trajectoires commandées par les déformations de l’espace-temps. Le contenu matériel de l’univers est adhésif à l’espace-temps. Dè lors si on retire le contenu matériel, il ne reste plus rien même pas l’espace-temps. Mais les interprétations sont diverses. Certains continuent à considérer que dans ce cas il resterait l’espace-temps.

Reste la physique quantique. On y représente l’état physique des systèmes, les particules , par des entités mathématiques qui sont capables de s’ajouter entre elles. C’est le fameux phénomène de superposition. On va faire comme si tous les objets physiques étaient des ondes et les ondes sont capables de s’ajouter entre elles. Dès lors si A est un état possible de l’électron, si B est un autre état possible de l’électron alors A+B est également un état de l’électron. Avant toute mesure l’électron est dans l’état A+B. A la suite de la mesure il est en A ou en B. La mesure n’est donc plus une sténographie de la réalité.

Cela révolutionne l’idée du vide. Si on enlève les particules il reste l’espace-temps mais également le champ quantique, autremen dit des particules virtuelles de basse énergie qui attendent un apport d’énergie pour émerger de ce champ. Car les particules virtuelles ont une énergie plus basse que leur énergie de masse. Le vide quantique peut se manifester par des effets comme l’effet Casimir. Mais le roblème de la physique contemporaine c’est que la physique quantique s’applique à toutes les interactions sauf la gravitation, objet de la relativité générale. En conséquence il y a deux conceptions du vide, celle de la relativité générale et celle de la physique quantique. Certains, mais cela reste une hypothèse purement spéculative, avancent que le vide quantique serait assimilable à l’énergie noire, responsable hypothétique de l’accélération de l’expansion de l’Univers.