Un vide plein

La physique quantique prend un tournant décisif en 1927 lorsque l’allemand Werner Heisenberg présente son principe d’incertitude, maintenant défini sous le vocable «inégalité d’Heisenberg». Il affirme qu’il existe une limite inhérente à tout système de mesure, créant une incertitude minimale sur la position ainsi que sur la vitesse de toute particule.

Cette incertitude, contrairement à ce que certains pensent, ne provient pas de défauts ou de mauvais calibrages des appareils. Elle accompagne la mesure elle-même, elle en fait partie comme la queue d’une fraise fait intégralement partie de la fraise.

Autrement dit, il sera toujours impossible de déterminer la position d’une particule ainsi que sa vitesse avec une précision meilleure qu’une certaine valeur. Si on améliore la mesure de la vitesse, c’est la précision sur la position de la particule qui écope, et vice-versa. Ce principe maintes fois démontré engendre un curieux effet qui s’avère au bout du compte assez troublant.

Prenons un milieu donné constitué d’un vide absolu. Le principe d’incertitude ne permet pas ce vide absolu puisqu’on obtiendrait une précision parfaite sur la vitesse à zéro mètre par seconde.

Cela signifie qu’un vide total ne peut pas rester dans cet état. Un vide absolu est intrinsèquement instable. Quelque chose doit se passer hors de toute interaction externe. Le vide ne peut pas rester totalement vide. Il crée donc des paires de particules-antiparticules.

Ces paires de matières-antimatières ayant une masse, elles ont donc un équivalent énergie selon la formule E = mc2. Et d’où vient cette énergie? Du seul endroit possible, du vide puisque ces paires sont dues uniquement à des interactions internes. Le vide est donc plein, plein d’énergie. Cette énergie engendre des paires de particules-antiparticules qui s’annihilent et se recréent sans cesse. Le «vide» spatial absolu est donc une aberration, un état inexistant dans notre Univers.

Le vide fluctue. Il est comme une sorte de bouillonnement ininterrompu. Cet état instable systémique du microscopique prouve que rien dans la Nature ne possède de stabilité absolue. Tout bouge tout le temps, car tout doit bouger, même les trous noirs. Oui, même ces monstres ne peuvent échapper à l’inégalité d’Heisenberg et Stephen Hawking l’a bien compris en définissant que les trous noirs s’évaporent.

Image : cosmobranche.free.fr

Un bien grand carré de sable

Ça commence à être connu, l’antimatière est semblable à de la matière ordinaire sauf pour les charges électriques qui sont inversées. Ses électrons sont des positrons et les noyaux de l’antimatière sont négatifs plutôt que positifs. Jusqu’ici rien de très excitant si ce n’est que l’une déteste l’autre. Matière et antimatière s’annihilent joyeusement dès qu’elles entrent en contact. Cette transformation de masse en énergie ne laisse aucun résidu, aucun produit dégénéré, aucun déchet. Toute la masse se transforme en énergie pure et nous en connaissons la quantité ainsi produite. Il suffit de la calculer en utilisant la fameuse loi « E = mcc » de mon bon ami Einstein. C’est la quintessence de la transformation énergétique. Il n’existe absolument rien de plus performant. Cela attribue à un gramme de plutonium exactement la même énergie qu’à un gramme de plumes d’oie. Lorsqu’un gramme de matière (n’importe laquelle) est mixé avec un gramme d’antimatière, il en résulte 25 000 kilowattheures, de quoi alimenter annuellement 2 000 foyers.

Toutefois, il reste bien des mystères à élucider à propos des deux sœurs presque jumelles. Elles ne sont pas rigoureusement identiques, sinon notre Univers entier se serait transformé en énergie totale lorsqu’elles se sont crêpé le chignon tout de suite après le big bang. Et puisque nous vivons dans un univers peuplé de matière, celle-ci a donc gagné son combat fratricide. Toutefois, on ne l’explique pas encore tout à fait. On ignore exactement comment l’avantage de l’une sur l’autre est survenu. On a bien quelques pistes de solutions du côté de ce qu’on appelle des brisures de symétries, mais ça ressemble plus à une tautologie qu’à une explication. On estime qu’il est resté une particule de matière pour un milliard de particules détruites. Ça semble peu, mais c’est beaucoup lorsqu’on regarde avec la lorgnette du « pourquoi ».

L’antimatière n’est pas totalement absente de notre quotidien. L’énergie du vide se transforme spontanément en matière sous forme de paires particules-antiparticules qui se retransforment en énergie en s’annihilant. Cette danse funeste nous rappelle que rien dans l’univers n’est stable, pas même le vide, surtout pas le vide.

Produire suffisamment d’antimatière nous permettrait d’embarquer une quantité restreinte de carburant dans nos vaisseaux spatiaux qui pourraient voyager plus vite, donc plus loin. Les scientifiques y travaillent, mais le défi reste de taille. Deux gros problèmes doivent être résolus. Le premier vient du confinement, éviter que l’antimatière touche aux parois de ses contenants qui sont inévitablement faits de matière. Le second est une question de quantité. Si l’on parvient aujourd’hui à fabriquer de l’antimatière, par contre la quantité produite ne permet que des expérimentations très sommaires. Pas plus que quelques atomes. Rien de comparable à ce qui serait nécessaire pour alimenter des moteurs d’engins spatiaux.

Pour l’instant, cette énergie formidable continue de nous échapper, mais on peut logiquement prétendre que des civilisations plus avancées que la nôtre ont déjà les technologies requises pour produire une bonne quantité d’antimatières tout en la confinant adéquatement. N’y voyez aucun miracle, juste une question de savoir-faire. Un jour viendra où nous y arriverons et dès lors, notre Galaxie tout entière deviendra à nous aussi notre carré de sable.