Le quantique
L'effet Casimir et l'énergie du vide
L'effet Casimir est l'attraction que l'on constate entre deux plaques métalliques à partir "de rien", dans un vide spatial à faire reculer d'effroi un astronaute dans la force de l'âge, au zéro absolu.
Je demande pardon à Larcenet pour le détournement.
L'énergie du vide


Les niveaux d'un oscillateur harmonique sont quantifiés de manière régulière et donnés par :
m est le nombre de photons à la pulsation ω en théorie quantique du champ. Avec m=0 ─pas de photon─ on a une énergie fondamentale non nulle ½ ħ ω, reflet au principe d'incertitude d'Heisenberg. C'est l'énergie du vide.
L’effet Casimir désigne à présent tout phénomène lié à l’énergie du vide.
Pression de radiation


Quantification

Toutes les fréquences, toutes les longueurs d'onde sont permises.
Les deux côtés sont identiques, aucune force en résulte.


Valeur de la pression

il ne dépend pas de la nature de la plaque.
- [2002] Introduction à l'effet Casimir / Bertrand Duplantier
- [2020] Recent progress in engineering the Casimir effect – applications to nanophotonics, nanomechanics, and chemistry / Tao Gong et al.
Mesures expérimentales
avec une sphère de polystyrène recouverte d'aluminium.
- [1998] Precision measurement of the Casimir force from 0.1 to 0.9 μm / U. Mohideen and Anushree Roy.
- [2002] Measurement of the Casimir Force between Parallel Metallic Surfaces / G. Bressi et al.
- [2019] Building
a Casimir metrology platform with a commercial MEMS sensor / Alexander Stange et al.
Malgré le titre, cette expérience n'est pas réalisable par n'importe qui car il faut du matériel très spécifique à la microélectronique. Mais c'est intéressant de jeter un œil aux images.
Effet Casimir dynamique
L’effet Casimir dynamique est une prédiction de la théorie quantique, selon laquelle tout diffuseur en accélération non uniforme dans le vide doit subir une force dissipative liée aux fluctuations du vide, et émettre des photons.
Autrement dit, il s'agit de convertir ces fameux photons virtuels en vrais photons, initialement à l'aide d'un miroir allant à une vitesse relativiste.
- [2020] Fifty Years of the Dynamical Casimir Effect
- [2011] Observation of the dynamical Casimir effect in a superconducting circuit
- [2007] L’Effet Casimir Dynamique et son lien avec
l’Amplification Paramétrique en Optique Quantique / thèse de François-Xavier Dezael
A le bon goût d'être en français.
Pour les courageux
Si le courage vous en dit, voici quelques papiers pour creuser vos méninges sur des sujets où l'effet Casimir n'est pas loin, les titres devraient vous interpeller. Perso, je ne l'ai pas eu.
Quelques autres sujets où je vous laisserai trouver vous-même des références. C'est surtout pour dire que les idées ne manquent pas.
Effet Casimir gravitationnel
D'aucuns pensent que si la gravité est quantifiée, alors les ondes gravitationnelles donneraient un effet du même tonneau.
On pourrait les détecter grâce à des supraconducteurs où les paires de Cooper seraient sensibles à ces ondes, vu qu'il faut un genre de court-circuit au niveau des plaques...
Effet Scharnhorst
Il s'agit d'un effet où les photons iraient un poil plus vite que la vitesse de la lumière, et ça se passerait entre deux plaques comme pour l'effet Casimir, d'où l'habituelle confusion.
Cet effet n'est pas confirmé expérimentalement (ça se saurait !) et aura du mal à l'être tant l'effet est minuscule.
Effet Casimir critique
Un nom donné aux recherches relatives à l'effet Casimir dans des fluides à température critique.
Maintenant nous allons regarder quelques histoires bizarres à propos de l'effet Casimir. Vous êtes prévenus.
1+2+3+4+5+… = -1/12
Il existe toute une polémique avec les séries divergentes, ici une somme qui est manifestement infinie, entière et positive.
En effet, si on admet que 1+2+3+4+5+…=-1/12 😱 😱, alors on retrouve la valeur calculée par Casimir (vous avez un "24" au dénominateur). Cela arrive car on doit, à un moment dans les calculs, faire la somme des valeurs entières autorisées, ceci à cause de la quantification.
Et en utilisant des arguments mathématiques un peu limites, en particulier en redéfinissant ce qu'est réellement une addition (propriété de commutation), on peut arriver à ce genre de résultat. De toutes manières, ces suites divergentes sont de véritables engeances de la nature, on peut leur faire dire à peu près ce qu'on veut avec des arguments plus ou moins fallacieux en assemblant les termes comme ça nous arrange, et ce n'est pas si facile de définir des règles dans ces cas tordus.
Je vous rappelle que l'on a une limite physique qui intervient : aux très hautes fréquences, tous les conducteurs réels deviennent transparents.
Et ce n'est pas parce que l'on a vérifié expérimentalement une formule que l'on prouve que cette somme infinie vaut une valeur particulière. Mais on trouve régulièrement des gens qui ne captent pas et prennent des vessies pour des lanternes.
Un article en français qui vous détaillera le problème, avec les précautions d'usage :
- [2002] L’effet Casimir… et le retour de 1+2+3+4+5+…=-1/12 ! / David Louapre
Regardez aussi sa page sur les séries divergentes pour comprendre le cheminement de pensée qui peut mener à ça. Et faites-vous votre avis.
Effet Casimir maritime
Un bon gros 😹 mythe 😼 inventé par un physicien de surcroit.
Voici l'histoire.
L'article A maritime analogy of the Casimir effect publié en 1996 par Sipko Boersma (un Hollandais ne volant pas très haut apparemment) indique que le français P.C. Caussée écrivit en 1836 dans son livre L'album du marin que deux navires proches pouvaient être attirés par une certaine force d'attraction (page 27). Et Boersma suggéra que c'était analogue à l'effet Casimir.
Cette ânerie a même été répétée dans la fameuse revue Nature comme quoi il faut toujours se méfier, et au passage, on peut féliciter les pairs relecteurs qui ont accepté le papier.
Caussée n'a jamais écrit qu'il existait une force attractive par forte houle, mais uniquement par calme plat. Mais cet âne de Boersma a recopié l'image de bateau par forte houle, et écrivit : "The old tales were true. Rolling ships do attract each other". Il s'est simplement mélangé un peu les pinceaux (et a refusé de reconnaitre son erreur, malgré la remarque d'un certain Pinto).
Il n'existe aucune (autre) référence un peu sérieuse indiquant ce genre de problème où deux bateaux seraient attirés par une mystérieuse force. Et pourquoi pas van der Waals pendant qu'on y est, comme pour les geckos... Z'avez qu'à vérifier avec votre architecte naval préféré.
Propulsion dans l'espace et le temps
Évidemment, avec une force qui vient du vide, certains sont tentés d'en extraire de l'énergie et de l'exploiter, ce serait quand même bien commode pour réaliser un vaisseau spatial.
D'abord, ce n'est pas parce que vous avez une force que vous pouvez en extraire un travail utile, ce n'est pas si simple. Prenez deux aimants par exemple. Vous avez une force magnétique, mais pas question d'en extraire un travail sans en payer le prix : une fois que les aimants se sont rapprochés, il faudra les séparer pour recommencer... et fournir l'énergie correspondante. Et avec une perte de surcroit.
La NASA a exploré cette direction (quantum vacuum thruster) sans résultat probant, et vous trouverez ici et là des articles tournant autour de ce sujet, généralement peu convaincants. Au mieux l'effet Casimir pourrait être une aide dans certaines configurations, et encore.
Il y a même eu des brevets déposés, mais bon, un brevet n'est pas une démonstration ni une preuve, je le sais, regardez ma bio...
Il existe même des propositions pour faire des voyages dans le temps, car cela produirait une masse négative à même de stabiliser un trou de ver. Accrochez-vous.
D'autres espèrent extraire l'énergie du vide pour faire du mouvement perpétuel, autrement dit un moteur sans essence. Cela laisse quand même assez perplexe.
Eh bien voilà, vous en savez assez pour impressionner votre auditoire avec votre science lors de votre prochain apéro 😇