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Qu'est ce que le Vide ?

Les Pleins et les Vides de l'Univers

CIEL & ESPACE N°558 > Mars-Avril > 2018

Le Vide est-il vraiment Vide ?

G.C. - LA RECHERCHE N°519 > Janvier > 2017

Quelle est la Température du Vide ?

Zéro Kelvin (K), soit -273,15°C, le zéro absolu. La réponse est simple, mais cette question soulève un paradoxe : la température mesure habituellement le degré d'agitation désordonnée de particules.

Ainsi, dans un solide, les atomes ne restent pas figés : ils vibrent. De même, les molécules d'un gaz ou d'un liquide se déplacent dans tous les sens et subissent d'incessantes collisions. Or, dans le vide, s'il n'y a pas de particules, qu'est-ce qui s'agite ? Peut-on vraiment parler de température en l'absence de matière ?
Oui, car un récipient vidé de toutes ses particules n'est pas vide pour autant. Il est plein de photons, ces "grains de lumière" qui décrivent le rayonnement électromagnétique dans le cadre de la physique quantique. Et il est difficile de s'en débarrasser car toute matière émet des photons : c'est le rayonnement du corps noir ou rayonnement thermique, car c'est l'agitation thermique des particules chargées du récipient (électrons, essentiellement) qui en est à l'origine. Plus la température de ce récipient est élevée, plus le nombre de photons qu'il émet est grand.

A température ambiante terrestre (300 K), les parois internes d'un récipient vide de particules émettent donc quantité de photons, qui le remplissent d'un "gaz" immatériel, dont la température est parfaitement définie, et égale à celle des parois. C'est cette température que mesurerait un thermomètre placé dans le récipient, après avoir échangé de la chaleur avec le "gaz" de photons jusqu'à atteindre l'équilibre thermique. On est donc loin du vide total et glacial, d'autant que les meilleurs vides obtenus par pompage contiennent encore deux millions de molécules par centimètre cube ! Mais le froid absolu est peut-être à portée de fusée : dans l'espace intergalactique, la densité est inférieure à un atome par mètre cube et les sources de rayonnement sont à des milliards d'années-lumière. Pourtant, qu'indique le thermomètre ? 2,72 K ! Explication : il s'agit de la température du rayonnement fossile de l'Univers, témoignage du big bang. L'Univers entier baigne dans un gaz de photons à 2,72 K et le thermomètre n'y échappe pas.

Pour qu'un espace vide soit de température nulle, en plus d'une absence totale de particules matérielles en son sein, il faut donc construire un récipient de température nulle afin qu'il n'émette pas de photons. Là, nous aurions un vrai vide. Répondant à l'envers à cette question, la théorie quantique des champs nous dit d'ailleurs que le vide n'est rien d'autre que l'état d'équilibre à température nulle...

M.M. - SCIENCE & VIE > Mars > 2007
 

   
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