Mousse quantique - Quantum foam

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La mousse quantique (également connue sous le nom de mousse spatio - temporelle ou bulle spatio - temporelle ) est la fluctuation quantique de l' espace - temps à très petite échelle due à la mécanique quantique . La matière et l'antimatière sont constamment créées et détruites. Ces objets subatomiques sont appelés particules virtuelles . L'idée a été conçue par John Wheeler en 1955.

Fond

Avec une théorie incomplète de la gravité quantique , il est impossible de savoir à quoi ressemblerait l' espace - temps à petite échelle. Cependant, il n'y a aucune raison définitive que l'espace-temps doive être fondamentalement fluide. Il est possible qu'au lieu de cela, dans une théorie quantique de la gravité, l'espace-temps soit constitué de nombreuses petites régions en constante évolution dans lesquelles l'espace et le temps ne sont pas définis, mais fluctuent à la manière d'une mousse.

Wheeler a suggéré que le principe d'incertitude pourrait impliquer que sur des distances suffisamment petites et des intervalles de temps suffisamment brefs, la « géométrie même de l'espace-temps fluctue ». Ces fluctuations pourraient être suffisamment importantes pour provoquer des écarts significatifs par rapport à l'espace-temps régulier observé à des échelles macroscopiques, conférant à l'espace-temps un caractère « mousseux ».

Résultats expérimentaux

Ce que Hendrik Casimir a prédit et peut être vérifié avec l' expérience Casimir est une preuve solide que les particules virtuelles existent. Une autre mesure soutient l'idée de la particule virtuelle, en prédisant la force d'un aimant formé par un électron ou un muon. L' expérience g2 cible cette mesure.

En 2005, les télescopes MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov) ont détecté que parmi les photons de rayons gamma provenant du blazar Markarian 501 , certains photons à différents niveaux d'énergie sont arrivés à des moments différents, suggérant que certains des photons s'étaient déplacés plus lentement et donc contredire la notion de la théorie de la relativité générale selon laquelle la vitesse de la lumière est constante, un écart qui pourrait s'expliquer par l'irrégularité de la mousse quantique. Des expériences plus récentes n'ont cependant pas pu confirmer la variation supposée de la vitesse de la lumière due à la granulation de l'espace.

D'autres expériences impliquant la polarisation de la lumière provenant de sursauts gamma lointains ont également produit des résultats contradictoires. D'autres expériences terrestres sont en cours ou proposées.

Contraintes et limites

On s'attendrait à ce que les grandes fluctuations caractéristiques d'une mousse d'espace-temps se produisent sur une échelle de longueur de l'ordre de la longueur de Planck . Un espace-temps mousseux aurait des limites sur la précision avec laquelle les distances peuvent être mesurées, car la taille des nombreuses bulles quantiques à travers lesquelles la lumière voyage variera. Selon le modèle spatio-temporel utilisé, les incertitudes spatio-temporelles s'accumulent à des rythmes différents au fur et à mesure que la lumière parcourt de vastes distances.

Rayons X et les observations de rayons gamma de quasars ont utilisé les données de la NASA Chandra Observatoire de rayons X , l' espace rayons gamma Fermi Telescope et observations de rayons gamma au sol du Telescope Array Imaging rayonnement très énergétique (VERITAS) montrent que l' espace - temps est uniforme jusqu'à des distances 1000 fois plus petites que le noyau d'un atome d'hydrogène.

Observations de rayonnement de proximité quasars par Floyd Stecker de la NASA Goddard Space Flight Center ont placé expérimentales fortes limites sur les éventuelles violations de Einstein théorie de la relativité implicite par l'existence de mousse quantique. Ainsi, jusqu'à présent, les preuves expérimentales ont donné une gamme de valeurs dans lesquelles les scientifiques peuvent tester la mousse quantique.

Modèle de diffusion aléatoire

La détection par rayons X de quasars par Chandra à des distances de milliards d'années-lumière exclut le modèle où les photons se diffusent de manière aléatoire à travers la mousse de l'espace-temps, semblable à une lumière se diffusant en passant à travers le brouillard.

Modèle holographique

Les mesures de quasars à des longueurs d'onde gamma plus courtes avec Fermi, et à des longueurs d'onde plus courtes avec VERITAS, excluent un deuxième modèle, appelé modèle holographique avec moins de diffusion.

Relation avec d'autres théories

Les fluctuations du vide fournissent au vide une énergie non nulle connue sous le nom d' énergie du vide .

La théorie de la mousse filante est une tentative moderne de rendre l'idée de Wheeler quantitative .

Voir également

Remarques

Les références