LUMIERE ET MATIERE 1 / La notion de Vide

Le vide est avant tout un concept philosophique. Il désigne l'absence de matière. Mais concrètement il n'existe pas plus de vide que de matière. Il n'y a pas de vide mais de l'ultravide (quand on atteint la pression très faible de 10^-7 Pa). Pour ce qui est de la matière nous verrons dans un prochain post qu'elle n'existe pas "en tant que telle", que c'est un concept abstrait, qui a été mis en doute par les recherches sur la lumière. Si la matière est complémentaire soit du vide soit de l'esprit, suivant que l'on est matérialiste ou spiritualiste alors la lumière n'a pas sa place dans l'affaire. Mais revenons-en au vide pour évacuer (:-)  cette notion, en effet si le vide existait de manière absolu il y aurait pas de pompe à vide pas plus qu'il pourrait y avoir de neutrinos qui le traversent. Paris-philo

Au quotidien

Dans le sens commun, lorsque l'on dit qu'un contenant est vide, il est en fait rempli d'air qui adhère à tout. Un verre vide, une bouteille vide, un carton vide… contiennent en fait environ 2·10¹⁵ molécules par millimètre cube, deux billions de molécules.

En philosophie

La notion de vide est intimement liée à la notion d'être. Le vide est l'absence de matière, l'absence d'être. Mais peut-on parler du vide comme d'une entité en soi, ou uniquement comme une absence. Parménide disait « l'être est, le non-être n'est pas » ; le vide est-il de l'être ou du non-être ?

Le statut du vide varie beaucoup selon les cultures. Leucippe, lorsqu'il imaginait la division de la matière, concluait que l'on arrivait à une particule indivisible (a-tomos, l'atome), sinon on arriverait au vide ; il était inconcevable pour lui que la matière pût être faite de vide.

Ainsi, lorsqu'un européen voit un verre, il voit d'abord la matière, sa forme ; un taoïste y verrait d'abord le vide qui le rend utile (qui permet d'être rempli). Le vide taoïste est conçu comme un potentiel, quelque chose qui attend d'être rempli, et par extension d'être réalisé : c'est l'esprit vide de pensée dans lequel peuvent naître les idées, c'est le blanc de la feuille qui attend d'être dessiné (voir Taoïsme: Plénitude du vide et autres paradoxes).

Dans le bouddhisme, le vide désigne l'absence de nature propre de toute chose, la vacuité.

En physique

En physique, le vide est un concept qui recèle des propriétés tout à fait surprenantes et néanmoins fondamentales.

Ce n'est pas le néant (l'absence de tout). La physique moderne nous indique d'ailleurs qu'il est tout à fait pertinent de discuter de l'énergie du vide. Ce n'est pas non plus un éther, un milieu matériel, suivant les époques, mouvant ou fixe et indépendant de tout référentiel, imaginé, par exemple, comme support des ondes électromagnétiques. Faute de preuve de son existence, on a abandonné l'idée de ce dernier.

On peut dans une première approche dire que le vide est un espace dans lequel les molécules sont fortement raréfiées. Ainsi, pour « faire le vide », on prend une enceinte étanche et on pompe l'air avec une pompe à vide ; on définit la qualité du vide par la pression d'air résiduelle, exprimée en pascal (Pa, unité du système international), ou plus souvent dans le milieu industriel en millibar (mbar) ou torr (mm de mercure). On ne peut atteindre ainsi qu'un vide partiel, quelle que soit la température.

Un vide considéré comme très poussé, « ultra-vide », correspond à une pression de l'ordre de 10^-8 Pa ; on y dénombre encore 2 millions de molécules par centimètre cube^[1]. Par comparaison, la densité au sein des gaz interstellaire est de l'ordre de 1 atome par centimètre cube.

Mais qui dit absence de matière ne dit pas absence d'événement. Ainsi, les ondes électromagnétiques traversent le vide, et c'est le milieu qui s'oppose le moins à leur avancement (la vitesse de la lumière dont on parle usuellement, limite à toute transmission d'information, est celle dans le vide) ; il y a dans le vide des variations du champ électrique et du champ magnétique, mais ces champs ne nécessitent aucun support matériel. Le vide total nécéssite donc l'absence à la fois de matière mais aussi de rayonnement.

Le vide absolu défini ci-dessus est donc un milieu statistiquement sans particules élémentaires. La physique quantique, qui définit le vide comme l'état d'énergie minimale de la théorie, montre qu'il reste néanmoins le siège de matérialisations spontanées et fugaces de particules et de leur antiparticules associées, on parle de particules virtuelles, qui s'annihilent presque immédiatement après leur création. Ces fluctuations quantiques sont une conséquence directe du principe d'incertitude d'Heisenberg qui affirme qu'il n'est jamais possible de connaître avec une certitude absolue la valeur précise de l'énergie. On appelle ce phénomène les fluctuations quantiques du vide^[2].

Einstein consacre l'annexe 5 de son livre Relativité - Théories spéciale et générale (Relativity - The Special and the General Theory, traduction de Robert Lawson, 1961) à la relativité et [au] problème de l'espace. Il y cite Descartes et Kant et donne raison au premier contre le second, en niant l'existence du vide, c'est-à-dire, précise-t-il, l'existence d'un espace vide de champ. Il note dans sa préface à la 9^e édition du livre : « les objets physiques ne sont pas dans l'espace, mais ces objets ont une étendue spatiale. De la sorte, le concept d' « espace vide » perd son sens. »

La pression du vide

Une des propriétés les plus curieuses du vide quantique est mise en évidence par l'effet Casimir : lorsque le vide est réalisé entre deux plaques conductrices, et en l'absence de toute contrainte mécanique externe, une pression est exercée sur les plaques dont la valeur dépend de la géométrie particulière du système. Cet effet est expliqué dans le cadre de la théorie quantique des champs qui affirme que la notion de vide dépend de la géométrie. Ainsi le vide enfermé entre les deux plaques conductrices possède une densité d'énergie différente du vide extérieur à l'enceinte. Cette différence de densité d'énergie a pour conséquence directe l'apparition d'une force mécanique exercée sur l'interface séparant les deux milieux.

Propriétés physique du vide

perméabilité magnétique du vide μ0

≡ 4π×10-7 kg·m/A²s² (ou H/m)

Conductance du vide

= 1/119,916 983 2·π S
≈ 2,654 418 729 438 07×10-3 A²s³/kg·m²
≡ 1/μ0c

permittivité du vide ε0

= 1/35 950 207 149·π F/m
≈ 8,854 187 817 620 39×10-12 A²s?/kg·m³
≡ 1/μ0c²

Impédance caractéristique du vide Z0

= 119,916 983 2·π Ω
≈ 376,730 313 461 770 68 kg·m²/A²s³
≡ μ0c

Petite histoire du vide

• 1644: Découverte de la notion physique du vide par Torricelli
• 1646: Pascal confirme et affine cette théorie
• 1654: Otto von Guericke fabrique la première pompe à vide
• 1855: Geissler fabrique la première pompe à vide à déplacement de mercure. Le vide obtenu est proche de 1/10 de Torr (= 0,1 mm Hg ou 0,133 mbar)
• 1865: Sprengel invente la trompe à mercure
• 1905: Gaede crée la pompe à vide rotative à mercure
• 1910: Gaede invente la pompe à palettes (principe inchangé à nos jours !)
• 1913: Gaede invente la pompe turbomoléculaire, puis, dans la foulée, la pompe à diffusion, qui sera perfectionnée par la suite par Langmuir.

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Comments

[Ritoyenne]

(Je suis hors sujet mais ... pourquoi le site est-il gris, noir, et moche depuis quelques jours

[Anthony]

Je sais pas sans doute un essaye. Tu es volubile chez ce cher Sancho :)

[oyseaulx]

Lecture recommandée : l'article de Pierre Macherey, « Entre Pascal et Spinoza : le vide » (1982), repris dans « Avec Spinoza/études sur la doctrine et l'histoire du spinozisme », Presses universitaires de France, 1992, p. 152-167.

[Anthony]

Merci pour la référence