« Le vide est la clé d’une compréhension totale des forces de la nature ».
P.C.W. Davies, Superforce (Simon and Schuster, New York, 1985). P.104
Il est intéressant de noter que l’énergie du point zéro est désormais associée à des scientifiques et des inventeurs fous, alors qu’elle est en fait la base absolue de la mécanique quantique, et que la théorie quantique moderne trouve son origine la plus ancienne dans la découverte de l’énergie du point zéro, très réelle et constitutive des systèmes matériels. Étant donné que les systèmes matériels ne sont que des excitations structurées de champs quantiques sous-jacents, l’énergie du point zéro s’applique également à l’état de vide de ces champs quantiques et il existe un champ du point zéro omniprésent. Il est également intéressant de constater que, bien qu’elle ait plus d’un siècle, la mécanique quantique semble être considérée par beaucoup comme une théorie avancée, voire de pointe ; peut-être parce que, bien qu’étant une théorie provisoire ancienne et connue qui sera finalement supplantée, elle contient encore de nombreux résultats apparemment mystérieux et inexplicables, comme l’énergie du point zéro des champs quantiques. En effet, le vide quantique est encore généralement mal compris, même par les physiciens, dont beaucoup semblent enclins à considérer l’énergie du point zéro de l’espace libre comme triviale ou virtuelle, et les sourcils se lèvent certainement lorsqu’il est mentionné – suivant les faits de la théorie quantique – que nous vivons dans une véritable mer d’énergie illimitée et que cette énergie peut être exploitée. Pourtant, comme nous le verrons, ces « inventeurs fous » sont déjà bien au-delà du débat sur la matérialité du vide ; ils travaillent activement à l’ingénierie de l’espace-temps avec des dispositifs qui prétendent fonctionner en exploitant les fluctuations de l’énergie du point zéro du vide quantique.
L’exploitation du potentiel du vide quantique pour la production d’énergie et la propulsion sans propergol fait l’objet d’un long développement théorique. Des études pionnières ont examiné la possibilité d’utiliser les modalités connues des techniques d’ingénierie du vide quantique pour extraire l’énergie du point zéro du champ et la stocker dans une batterie [Figure 1 – Forward 1984, Puthoff 1993]. Des travaux plus récents ont analysé le rôle des fluctuations quantiques du vide dans diverses plateformes technologiques quantiques : comme le décrit l’étude de Jordan et al. sur les moteurs à fluctuations quantiques du vide à plusieurs corps, « il a été démontré que les fluctuations du point zéro provenant d’environnements bosoniques permettent la rectification du courant électrique, produisant du travail [Henriet et al. 2015], et un moteur thermique basé sur un circuit supraconducteur reposant sur la présence de fluctuations du point zéro d’une cavité à micro-ondes [Hofer et al. 2016] ». Ces travaux ont démontré que l’incorporation des fluctuations du vide dans les principes de conception des moteurs et des batteries est une direction prometteuse et scientifiquement fondée à poursuivre au fur et à mesure que la technologie quantique continue de se développer. » Dans leur étude, Jordan et al. décrivent une méthodologie plausible pour concevoir un moteur quantique à plusieurs corps « alimenté par la différence d’énergie entre l’état fondamental intriqué du système en interaction et les états locaux séparables ».
Figure 1. Conception en spirale d’une pile à fluctuation du vide. Concept de Forward d’une batterie à fluctuation quantique du vide à énergie nulle ; schéma tiré de sa publication de recherche de 1984. R. L. Forward, Extracting electrical energy from the vacuum by cohesion of charged foliated conductors, Physical Review B 30, 1700 (1984).
Cependant, l’exploitation de l’énergie du point zéro des fluctuations quantiques du vide et de l’ingénierie géométrique a dépassé ces considérations théoriques avec des applications directes et démontrables. Au début de cette année, des chercheurs de l’université de Gand, en Belgique, ont annoncé l’invention d’un générateur de nombres aléatoires ultrarapide qui utilise les fluctuations quantiques, c’est-à-dire les variations induites par les paires de particules et d’antiparticules qui se forment puis s’annihilent, pour générer des nombres aléatoires jusqu’à 200 fois plus vite que les appareils commerciaux disponibles [1]. En juillet dernier, des chercheurs du MIT ont démontré que les fluctuations du vide quantique pouvaient être contrôlées par un laser et ont décrit l’utilisation de cette méthode pour exploiter les fluctuations aléatoires de l’énergie du vide quantique (dans l’espace libre) afin de générer des chaînes de bits aléatoires pour l’informatique probabiliste [2]. Ces méthodologies qui exploitent et utilisent directement l’énergie du point zéro du vide quantique démontrent (1) que la densité d’énergie du vide quantique n’est pas triviale ou virtuelle, et (2) que les techniques d’ingénierie des fluctuations stochastiques du champ d’énergie du point zéro du vide quantique sont réalisables, et qu’elles se dirigent effectivement vers des applications technologiques directes.
Avec l’avènement des capacités d’ingénierie de l’espace-temps qui découlent de la compréhension de l’énergie du point zéro du vide quantique et de la nature de la gravité, nous verrons apparaître des technologies qui remodèleront fondamentalement notre civilisation et nous emmèneront vers les étoiles.
Planck, Einstein, Nernst & l’énergie du point Zéro
« L’existence d’une énergie du point zéro de taille 1/2 hv [est] probable ». –
Albert Einstein et Otto Stern (1913) [3]
Tous les systèmes matériels sont constitués d’oscillateurs harmoniques élémentaires – ou plus précisément de fréquences angulaires harmoniques de spin – qu’il s’agisse d’atomes ou de particules subatomiques. Au début du XXe siècle, on a découvert que ces oscillateurs harmoniques ont une valeur énergétique indélébile, même au niveau du point zéro, là où, classiquement, il ne devrait pas y avoir d’énergie. Étant donné que les systèmes matériels ne sont que des excitations structurées d’un champ quantique sous-jacent, ces éléments vibratoires s’étendent à la description des champs quantiques, de sorte que les oscillateurs harmoniques quantiques constituent le tissu/matérialité même de l’espace et que l’énergie du point zéro qui leur est associée est présente dans tous les champs. Par exemple, l’énergie du point zéro du champ électromagnétique, parfois simplement appelée champ du point zéro (ZPF). Étant donné que cette énergie subsiste même lorsque toutes les sources classiques de masse, d’énergie ou de force ont été retirées d’un espace donné – dans ce qui serait autrement un vide – l’énergie du point zéro confère au vide de l’espace une densité énergétique indélébile, de sorte que l’espace libre n’est pas vide mais est un vide quantique : rempli de fluctuations énergétiques constitutives de champs quantiques, même au niveau du vide, de l’état fondamental ou du point zéro.
La compréhension moderne du vide quantique et des fluctuations d’énergie non nulles de l’état du vide a débuté vers 1912-1913 avec les recherches de Planck, Nernst (le père du vide quantique), Einstein et Stern sur le rayonnement du corps noir, l’énergie du point zéro des oscillateurs harmoniques et le champ électromagnétique. L’élucidation de l’énergie du point zéro (nullpunktsenergie) par Planck et Einstein précède le formalisme de la mécanique quantique, bien que dans la physique contemporaine l’énergie du point zéro soit plus étroitement associée aux oscillateurs harmoniques quantiques et aux fluctuations dans le vide des champs de matière et des champs de force (dont les quanta sont respectivement des fermions et des bosons). Les fluctuations géométriques et dynamiques de l’espace-temps sont liées aux fluctuations énergétiques du vide électromagnétique et génèrent des volumes continus de courbure positive et négative élevée, ce qui entraîne une géométrie de l’espace-temps à connexions multiples, composée de microtrous de ver et de ponts d’Einstein-Rosen à l’échelle de Planck, ce que John Archibald Wheeler a appelé l’écume quantique de l’espace-temps.
Le fait que les fluctuations quantiques du vide soient décrites comme résultant du principe d’incertitude d’Heisenberg est révélateur de l’incompréhension qui prévaut au sujet de l’énergie du point zéro de l’espace libre, ce qui est une erreur. En fait, contrairement à la croyance populaire, le principe d’incertitude d’Heisenberg est une conséquence – et non la source – des fluctuations du vide du champ d’énergie du point zéro (Haramein et al., the origin of mass and nature of gravity, pre-print, 2023). Dans la formulation QFT (par exemple, pour un oscillateur dipolaire), les opérateurs de position et de quantité de mouvement ne sont pas commutatifs, ce qui signifie en gros qu’ils ne donnent pas les mêmes résultats. L’énergie du point zéro est nécessaire dans ce formalisme pour maintenir la non-commutativité des opérateurs de position et de quantité de mouvement. Il s’ensuit que les fondements de la mécanique quantique et le principe d’incertitude sont fermement ancrés dans la dynamique des fluctuations du vide ZPE qui définissent le bain (ou champ) dans lequel les particules apparaissent, évoluent et interagissent.
Le concept d’énergie du point zéro trouve son origine dans les travaux de Planck sur la quantification de l’énergie (par la constante de Planck, la naissance de la théorie quantique) pour résoudre la divergence à haute fréquence de la densité d’énergie radiative qui se produisait dans les prédictions classiques de la densité spectrale du rayonnement électromagnétique pour un corps noir, ce qui a été appelé la catastrophe de l’ultraviolet ou le problème du corps noir [4]. En analysant l’entropie des oscillateurs harmoniques composant un corps noir (les atomes d’un matériau absorbant), Planck a découvert que, contrairement à ce qui était attendu, lorsque la température d’un système matériel descend à zéro, les oscillateurs mécaniques de ce corps conservent une valeur énergétique non nulle. Ainsi, en étudiant la relation entre l’entropie et l’énergie moyenne d’un radiateur élémentaire (un oscillateur matériel), Planck a découvert l’existence de l’énergie du point zéro, car l’analyse mathématique de Planck et la solution du problème du corps noir ont révélé que même à une température nulle (le nullpunkt, ou point zéro), l’oscillateur matériel contient encore de l’énergie.
Ce résultat a été obtenu à partir de considérations théoriques visant à résoudre la catastrophe des ultraviolets, mais il existe aujourd’hui de nombreuses observations directes de l’énergie intrinsèque du point zéro, mises en évidence dans le comportement des systèmes matériels dans des conditions de surfusion : des condensats de Bose-Einstein à la superfluidité, en passant par les paires d’électrons de Cooper dans les supraconducteurs. Par exemple, l’hélium liquide ne gèle pas, quelle que soit la température à la pression atmosphérique standard, en raison de l’énergie du point zéro qui subsiste même lorsque la température s’approche du zéro Kelvin absolu ; au contraire, lorsqu’il est refroidi en dessous de son point Lambda, l’hélium devient un superfluide. Le comportement et les propriétés non classiques des systèmes superfluides et supraconducteurs ont une importance significative pour les considérations sur la nature du vide quantique, car dans certaines approches de la physique théorique, telles que la théorie du vide superfluide (théorie du vide du condensat de Bose-Einstein), le vide est modélisé comme un superfluide [5,6,7].
Planck a interprété ses résultats comme démontrant les particularités du système émetteur et a insisté sur le fait qu’ils ne décrivaient pas une propriété intrinsèque de la lumière elle-même (Cramer J.G., The Quantum Handshake : Entanglement, Nonlocality and Transactions. 2016). Cependant, ce point de vue a été remis en question par Einstein en 1905 avec son étude de l’émission d’électrons à partir de métaux éclairés par la lumière, connue aujourd’hui sous le nom d’effet photoélectrique. Einstein a défini les quanta de rayonnement énergétique en avançant l’argument heuristique selon lequel l’émission et l’absorption des oscillateurs de Planck changent par intervalles discrets qui sont des multiples entiers de la constante de Planck h et de la fréquence v, amorçant essentiellement le concept de discrétisation du rayonnement électromagnétique, qu’il a appelé le photon (ainsi, lorsqu’il est proclamé qu’Einstein « n’aimait pas la mécanique quantique », rappelez-vous qu’il a été le fondateur de la mécanique quantique). Cela a permis à Einstein de faire des prédictions spécifiques à partir de son effet photoélectrique élucidé, un effet qui est important dans la considération du couplage de la matière avec les fluctuations du vide quantique impliquées dans l’absorption et l’émission de quanta électromagnétiques.
En étudiant la nature des oscillateurs dipolaires, Einstein et Stern ont appliqué une énergie du point zéro à l’énergie moyenne d’un oscillateur dipolaire. Lorsqu’ils ont appliqué ce facteur d’énergie du point zéro aux oscillateurs dipolaires, ils ont pu produire exactement le spectre de Planck du rayonnement du corps noir. Il est intéressant de noter que la valeur de l’énergie du point zéro d’Einstein et de Stern était deux fois supérieure à celle trouvée précédemment par Planck. Cela signifie que, même s’ils ne l’ont pas réalisé à l’époque, Einstein et Stern ont découvert l’énergie du point zéro des modes de champ – le champ du point zéro – parce que le mouvement du point zéro d’un oscillateur dipolaire matériel est couplé aux oscillations du point zéro du champ, et que leur valeur dérivée était donc deux fois plus élevée que celle de Planck.
Cependant, bien qu’ils soient à l’origine de l’énergie du point zéro, ni Planck, ni Einstein et Stern n’ont jamais suggéré l’existence d’un champ du point zéro. La première discussion sur cette possibilité est attribuée à Walther Nernst en 1916 [7]. Bien que moins connu que ses contemporains Einstein et Planck, Nernst a été une figure de proue de la physique moderne et est considéré par beaucoup comme le grand-père de concepts tels que le vide quantique et la constante cosmologique, des sujets de recherche brûlants à ce jour.
Pourquoi l’énergie du point zéro et le vide quantique sont-ils pertinents ?
Nous voyons donc l’aspect fondamental de l’énergie du point zéro. En effet, le physicien Nassim Haramein et son équipe de recherche ont récemment décrit les origines de la masse et la nature de la gravité :
Si les équations de champ d’Einstein nous indiquent que la gravité est le résultat de la courbure de l’espace-temps à partir d’un terme source donné comme tenseur d’énergie de contrainte ou masse-énergie, elles ne nous indiquent ni l’origine de cette masse ni la nature de l’espace-temps. En outre, elle nous apprend que certaines régions de l’espace-temps peuvent atteindre une courbure infinie à partir d’une densité d’énergie infinie, comme dans la singularité d’un trou noir. D’autre part, les premières explorations de la mécanique quantique ont démontré que l’état fondamental du vide quantique électromagnétique est violemment fluctuant, ce qui se traduit, en additionnant tous les modes, par une quantité infinie d’énergie. Nous démontrons ici que cette densité d’énergie est la source de la masse et des forces qui en découlent, que ce soit à l’échelle classique, comme dans le cas de la gravité, ou à l’échelle quantique, comme dans le cas de la force de confinement.
En utilisant les fonctions de corrélation, nous examinons la découverte précoce par Max Planck de l’énergie du point zéro (EPZ) dans le contexte du rayonnement du corps noir d’un oscillateur. Nous constatons que l’énergie du point zéro, qui diverge lorsque tous les modes sont pris en compte, ce qui donne une densité d’énergie électromagnétique infinie, est en fait de l’ordre de la densité de Planck lorsque l’on tient compte de la relativité générale (RG) et de la géométrodynamique quantique, ce qui permet d’obtenir une coupure naturelle à l’échelle de Planck. Alors que dans l’espace libre, cette densité d’énergie n’est pas apparente à l’échelle classique, dans les phases hautement cohérentes comme dans les cavités résonnantes, cette densité d’énergie devient significative et mesurable, par exemple dans le cas de l’effet Casimir et de l’effet Casimir dynamique. En outre, la cohérence du cadre mathématique de la théorie quantique exige que la ZPE maintienne la non-commutativité des opérateurs, essentielle pour la stabilité des particules.
Haramein, et al, 2023. Les origines de la masse et la nature de la gravité.
Outre la résolution de considérations fondamentales au cœur de la physique, comme l’origine de la masse et la nature de la gravité, la compréhension de l’énergie du point zéro et du vide quantique permettra la mise au point de technologies qui révolutionneront la civilisation humaine : comme le contrôle de la gravité pour les systèmes de propulsion avancés (non chimiques) et l’extraction de l’énergie du champ du point zéro. La densité énergétique de l’espace libre a le potentiel d’être la source d’énergie ultime pour l’humanité, tout comme elle est la source d’énergie ultime pour tous les phénomènes physiques.
Bien qu’au départ, une valeur d’espérance du vide de densité d’énergie infinie au point zéro puisse sembler être un résultat non physique, il existe des raisons théoriques (ainsi que des observations) de croire que l’état du vide possède réellement une densité d’énergie au point zéro extrêmement importante. Dès 1907, Oliver Lodge avait calculé des valeurs pour l’énergie de l’espace libre par le biais de calculs naïfs de la densité de l’éther[1] – le vide quantique étant un éther – de 1026 J/cm-3 ou (par l’équivalence E = mc2 ) 10 000 tonnes cm-3 [8]. Il décrit ainsi la densité d’énergie de l’espace : « Cela revient à dire que 3 X 1017kWh, ou la production totale d’une centrale électrique d’un million de kilowatts pendant 30 millions d’années, existe en permanence, et actuellement de manière inaccessible, dans chaque millimètre cube de l’espace » [9, 10].
[1] Au début du XXe siècle, il était admis que les ondes électromagnétiques se propageaient dans un milieu substantiel appelé l’éther luminifère.
En ce qui concerne les valeurs extrêmement élevées de la densité d’énergie qu’il a calculées (compte tenu des conceptions précoces et limitées de la nature du champ et de la densité d’énergie du point zéro de son époque), Lodge a également fait le commentaire suivant : « Il n’y a rien de paradoxal, ni, pour autant que je puisse le voir, d’improbable, dans ces chiffres… et l’inertie [c’est-à-dire la masse] de la matière doit être une simple fraction résiduelle de l’inertie du fluide complexe continu et incompressible dont elle est hypothétiquement composée et dans lequel elle se déplace. Le calcul par Lodge de la densité d’énergie de l’espace libre était basé sur les propriétés alors présumées de l’æther omniprésent et sur les constantes æthéréennes de perméabilité magnétique et d’inductivité électrique de l’espace libre. Il est donc intéressant de constater que, bien qu’il ait calculé une densité d’énergie apparemment extrêmement importante, celle-ci est encore ~1087 fois plus petite que les calculs contemporains de la VEV (lorsque la fréquence de Planck est utilisée comme valeur limite pour les modes de champ admissibles du champ ZPE).
Si nous pouvions exploiter ne serait-ce qu’une infime fraction de cette densité d’énergie, cela permettrait de répondre indéfiniment à tous les besoins énergétiques de l’humanité et nous élèverait au moins au rang de civilisation de type I sur l’échelle de Kardashev (à l’heure actuelle, nous sommes une civilisation de type 0, car nous dépendons essentiellement de la combustion de matières végétales mortes pour produire de l’énergie). Avant même de considérer les méthodologies technologiques qui permettent déjà d’accéder directement à l’énergie substantielle de l’espace libre et de l’exploiter, il convient de noter qu’il n’existe aucune objection théorique qui nierait la capacité de concevoir et d’exploiter l’énergie du vide. Comme l’affirme le physicien Harold Puthoff, « la thermodynamique de base impliquée dans ces propositions [pour extraire l’énergie du rayonnement électromagnétique du point zéro] est analysée et clarifiée ici, avec la conclusion que, oui, en principe, ces propositions sont correctes » [11].
Même parmi les sceptiques les plus ardents, comme Matt Visser de l’Université de Washington à St Louis, on reconnaît qu’il est possible de manipuler le rayonnement électromagnétique du point zéro : « Il est tout à fait possible de manipuler l’énergie du vide. Tous les objets qui modifient l’énergie du vide (conducteurs électriques, diélectriques et champs gravitationnels, par exemple) déforment l’état du vide en mécanique quantique. Ces modifications de l’énergie du vide sont souvent plus faciles à calculer que l’énergie totale du vide elle-même. Parfois, nous pouvons même mesurer ces changements dans l’énergie du vide lors d’expériences en laboratoire. » Qu’est-ce que l' »énergie du point zéro » (ou « énergie du vide ») en physique quantique ? Est-il vraiment possible d’exploiter cette énergie ?
Nous voyons donc que l’énergie du point zéro du vide quantique n’est pas triviale et qu’elle peut être obtenue par des moyens technologiques. Nous avons mis en évidence un certain nombre de méthodologies qui utilisent et exploitent directement la densité d’énergie de l’espace libre, comme la diode de Casimir, le protocole de téléportation de l’énergie quantique et l’effet Schwinger dans les super-réseaux de graphène, pour ne citer que quelques exemples (en plus des applications récentes évoquées dans l’introduction).
Comprendre la nature des fluctuations du vide quantique du champ d’énergie du point zéro est fondamental pour comprendre la théorie quantique des champs, le spin et la géométrisation de l’espace, et l’unification des deux dans la gravité quantique et la physique unifiée. Nous entrons à présent dans une ère où la compréhension de la QVF et de la ZPF est suffisante pour que l’application des modèles de la physique unifiée donne lieu à des avancées technologiques directes. Nous examinerons ici certaines théories et applications de l’extraction d’énergie du vide quantique et de l’ingénierie de l’espace-temps qui sont des techniques de première itération démontrables ouvrant la voie à de futures technologies qui permettront d’exploiter pleinement le champ d’énergie du point zéro et de contrôler la métrique gravitationnelle de l’espace-temps.
Extraction de l’énergie du vide quantique
L’effet Casimir est de loin le phénomène le plus utilisé dans les propositions et les techniques appliquées pour extraire ou exploiter l’énergie du champ du point zéro [12]. En 1948, Hendrick Casimir a décrit comment une force d’attraction serait générée entre deux plaques parfaitement conductrices en vertu de la suppression de certains modes de fluctuations du vide quantique, ce que l’on appelle aujourd’hui l’effet Casimir. Casimir a découvert cette force après avoir étudié les mathématiques de l’électrodynamique classique pour le changement de l’énergie électromagnétique du point zéro lorsque la configuration des plaques parfaitement conductrices avait un volume d’espace spécifique (cavité cubique) entre elles. L’effet Casimir a depuis été observé et validé expérimentalement [13], y compris l’effet Casimir dynamique, dans lequel des miroirs oscillant rapidement génèrent une condition limite du champ électromagnétique du point zéro dépendant du temps, amplifiant les fluctuations du vide et entraînant la production de photons [14].
Figure 2. Dans la théorie quantique des champs, l’effet Casimir (ou force de Casimir) est une force physique agissant sur les limites macroscopiques d’un espace confiné, qui résulte des fluctuations quantiques d’un champ. Il doit son nom au physicien néerlandais Hendrik Casimir, qui l’a prédit pour les systèmes électromagnétiques en 1948. Un exemple typique est celui de deux plaques conductrices non chargées dans le vide, placées à quelques nanomètres l’une de l’autre. Dans une description classique, l’absence de champ extérieur signifie qu’il n’y a pas de champ entre les plaques et qu’aucune force ne peut être mesurée entre elles. Lorsque ce champ est étudié à l’aide du vide électrodynamique quantique, on constate que les plaques affectent les photons virtuels qui constituent le champ et génèrent une force nette – soit une attraction, soit une répulsion, en fonction de la disposition spécifique des deux plaques. Bien que l’effet Casimir puisse être exprimé en termes de particules virtuelles interagissant avec les objets, il est mieux décrit et plus facilement calculé en termes d’énergie du point zéro d’un champ quantifié dans l’espace intermédiaire entre les objets. Cette force a été mesurée et constitue un exemple frappant d’un effet capturé formellement par la seconde quantification. Source : Wikipedia : Wikipedia Effet Casimir.
En tant que tel, l’effet Casimir est un exemple bien connu de violation de la condition d’énergie forte, générant une densité d’énergie négative locale dans l’espace, qui peut avoir des effets naturels tels que la stabilisation des tunnels des ponts d’Einstein-Rosen et d’autres configurations géométrodynamiques exotiques. En tant que tel, il sert de preuve de concept vérifiée expérimentalement pour de nombreuses technologies avancées de propulsion spatio-temporelle telles que les trous de ver, les moteurs de distorsion, et pour la modulation des modes de champ du vide pour l’extraction de ZPE.
L’une des méthodes les plus prometteuses pour convertir l’énergie du vide quantique électromagnétique consiste à faire passer des gaz dans des cavités Casimir de manière à supprimer le décalage de Lamb dans les niveaux d’énergie de leurs orbitales électroniques – en raison de l’annulation des modes de champ du vide interagissant normalement au sein de la cavité Casimir – ce qui entraîne une émission ou une libération d’énergie par les atomes du gaz [15]. Comme le décrit le brevet américain 7,379,286, « lorsque des atomes pénètrent dans des cavités micro-Casimir appropriées, une diminution des énergies orbitales des électrons dans les atomes se produit » et cette énergie peut être captée [16]. Les inventeurs, par l’intermédiaire de leur société Jovion Corporation, ont construit de tels dispositifs et testé leurs capacités de conversion de l’énergie électromagnétique du vide quantique.
Les inventeurs expliquent en outre qu' »à l’émergence de ces micro-cavités de Casimir, les atomes seront ré-énergisés par le vide quantique électromagnétique ambiant. De cette manière, l’énergie est extraite localement et reconstituée globalement à partir du vide quantique électromagnétique et par celui-ci. Ce processus peut être répété un nombre illimité de fois. Ce processus est également compatible avec la conservation de l’énergie, dans la mesure où toute l’énergie utilisable est produite au détriment du contenu énergétique du vide quantique électromagnétique. Des effets similaires peuvent être produits en agissant sur les liaisons moléculaires. Des dispositifs sont décrits dans lesquels le gaz est recyclé à travers une multiplicité de cavités Casimir. Les dispositifs décrits sont évolutifs en termes de taille et de production d’énergie pour des applications allant du remplacement de petites batteries à des générateurs d’électricité de la taille d’une centrale électrique ».
Figure 3 : Représentation schématique du processus d’extraction d’énergie sous vide. Représentation schématique du processus d’extraction d’énergie sous vide. Le gaz circule dans le système. Les orbitales électroniques des atomes de gaz passent à un niveau inférieur lorsque le gaz pénètre dans la cavité de Casimir, rayonnant l’énergie excédentaire vers l’absorbeur. À la sortie de la cavité, les orbitales sont réactivées par le champ ambiant du point zéro. De cette manière, l’énergie est collectée à partir du champ ambiant du point zéro et déposée sur l’absorbeur. Source : [15] O. Dmitriksson [15] O. Dmitriyeva et G. Moddel, « Test of Zero-point Energy Emission from Gases Flowing Through Casimir Cavities, » (Test de l’émission d’énergie du point zéro à partir de gaz circulant dans des cavités Casimir).Physics Procedia, vol. 38, pp. 8–17, 2012, doi: 10.1016/j.phpro.2012.08.007.
Propulsion spatiale avancée basée sur l’ingénierie du vide (métrique de l’espace-temps)
Le concept d' »ingénierie du vide » a trouvé sa première expression dans la littérature physique lorsqu’il a été introduit par le prix Nobel T.D. Lee dans son manuel « Particle Physics and Introduction to Field Theory » (Physique des particules et introduction à la théorie des champs) [17]. Il y déclarait « La méthode expérimentale permettant de modifier les propriétés du vide peut être appelée ingénierie du vide…. Si nous sommes en effet capables de modifier le vide, nous pourrons rencontrer de nouveaux phénomènes, totalement inattendus ». Cette légitimation du concept d’ingénierie du vide repose sur la reconnaissance du fait que le vide est caractérisé par des paramètres et une structure qui ne laissent aucun doute sur le fait qu’il constitue un milieu énergétique et structuré à part entière. Parmi ces paramètres, les plus importants sont les suivants : (1) dans le contexte de la théorie quantique, le vide est le siège des fluctuations énergétiques des particules et des champs, et (2) dans le contexte de la relativité générale, le vide est le siège d’une structure spatio-temporelle (métrique) qui codifie la distribution de la matière et de l’énergie[18]. [18]
Figure 4. Métrique de distorsion d’Alcubierre. Alcubierre a dérivé une métrique de l’espace-temps motivée par l’inflation cosmologique qui permettrait des temps de voyage arbitrairement courts entre deux points éloignés dans l’espace. Le comportement de la métrique de distorsion prévoit l’expansion simultanée de l’espace derrière le vaisseau spatial et une contraction correspondante de l’espace devant le vaisseau. Le vaisseau spatial à distorsion semble donc « surfer sur une vague » de la géométrie de l’espace-temps. Grâce à une structuration appropriée de la métrique, le vaisseau spatial peut présenter une vitesse apparente arbitrairement plus rapide que la lumière, vue par des observateurs externes, sans violer la contrainte locale de la vitesse de la lumière dans la région spatio-temporelle modifiée. En outre, la solution d’Alcubierre a montré que l’accélération propre (ressentie) le long de la trajectoire du vaisseau spatial serait nulle et que le vaisseau spatial ne subirait pas de dilatation temporelle, caractéristiques hautement souhaitables pour les voyages interstellaires. Pour mettre en œuvre un moteur de distorsion, il faudrait construire une « bulle de distorsion » entourant le vaisseau spatial en générant une fine enveloppe ou une couche superficielle de matière exotique, c’est-à-dire un champ quantique ayant une énergie négative et/ou une pression négative. Source de l’image et description : [18].
Les capacités d’ingénierie de la métrique de l’espace-temps découlent de la possibilité de manipuler la densité d’énergie des fluctuations quantiques du vide, par exemple en générant une densité d’énergie négative pour la courbure gravitationnelle de la métrique de distorsion – la densité d’énergie négative ou la violation de la condition d’énergie forte étant réalisable par le biais de la force de Casimir, à titre d’exemple. De cette manière, l’extraction d’énergie du vide, ou plus précisément l’extraction de travail du champ du point zéro, ne fait qu’un avec l’ingénierie géométrique et dynamique pour la propulsion avancée via le contrôle gravitationnel, c’est-à-dire l’ingénierie de la métrique de l’espace-temps. Il existe de nombreux moyens potentiels de générer des gradients dans la densité d’énergie du vide quantique pour l’ingénierie de l’espace-temps (et l’extraction d’énergie) ; nous en examinerons ici quelques-uns qui sont déjà en pratique et proches d’applications fonctionnelles.
Résonance dans les systèmes électriques fermés pour moduler le QVF
Depuis de nombreuses années, des indications validées expérimentalement montrent que la poussée peut être obtenue à partir de systèmes électriques fermés, ce qui ouvre la voie à de nouvelles méthodes de propulsion qui ne reposent pas sur la combustion chimique ou les émissions d’agents propulsifs. L’EmDrive [19] en est un exemple : il s’agit d’une cavité résonnante à micro-ondes de forme conique dans laquelle il a été démontré dans des prototypes que le système produit une poussée sans propergol vers son extrémité étroite. Ce résultat a été reproduit indépendamment dans au moins deux laboratoires, le laboratoire Eagleworks de la NASA [20] et l’Académie chinoise de technologie spatiale [21].
Figure 5. Schéma de base de la cavité résonnante EmDrive. Le système utilise une cavité de résonance cylindrique conique comme propulseur et utilise une source de micro-ondes intégrée pour générer une onde électromagnétique continue de sorte que l’onde électromagnétique est rayonnée dans le propulseur puis réfléchie par celui-ci pour former une onde stationnaire pure avec une amplitude d’onde amplifiée. L’onde stationnaire pure produit une distribution de pression EM non uniforme sur la surface interne du propulseur. Par conséquent, une poussée EM nette non nulle s’exerçant sur l’axe symétrique et se dirigeant vers la plaque d’extrémité mineure du propulseur apparaît. Dans les expériences, un magnétron est utilisé comme source de micro-ondes avec une puissance de sortie de 2,45 GHz. La poussée EM nette générée est mesurée à l’aide d’un banc d’essai à retour de force. Le système de propulseur développé est démontré expérimentalement pour produire une poussée de 70 à 720 mN lorsque la puissance de sortie des micro-ondes est de 80 à 2500 W. Description de : Juan Y., Yu-Quan W., Peng-Fei L., Yang W., Yun-Min W., et Yan-Jie M., « Net thrust measurement of propellantless microwave thruster, » Acta Phys. Sin., vol. 61, no. 11, pp. 110301-110301, Jun. 2012, doi : 10.7498/aps.61.110301.
Sonny White, qui a dirigé les tests empiriques au laboratoire Eagleworks de la NASA, explique la poussée apparemment anormale de l’EmDrive comme un résultat naturel des ondes stationnaires micro-ondes anisotropes qui peuvent être décrites de manière opérationnelle dans les théories d’ondes pilotes basées sur le vide ou l’électrodynamique stochastique [22], dans lesquelles il est possible de faire/extraire du travail sur/du vide (ingénierie de l’espace-temps), et donc de repousser le vide quantique et de préserver les lois de la conservation de l’énergie et de la conservation de la quantité de mouvement. Sonny a attribué la poussée propulsive du résonateur à micro-ondes à la capacité de l’EmDrive à « repousser » les fluctuations du vide quantique du champ du point zéro, de sorte que le propulseur génère une force corporelle volumétrique et se déplace dans une direction, tandis qu’un sillage hydrodynamique dans le vide quantique superfluide est établi et se déplace dans l’autre direction.
À l’instar du système EmDrive, un condensateur asymétrique produisant une poussée sans propergol, appelé propulseur à effet Mach (MET), est en cours de développement [23, 24] et est présenté sur le site Web Spacetech de la NASA comme une nouvelle forme de propulsion « basée sur une physique techniquement crédible et évaluée par des pairs ». La poussée peut être obtenue si un courant alternatif est envoyé dans un matériau piézoélectrique (PZT) pris en sandwich entre une plaque conductrice épaisse et une plaque mince. La poussée est toujours dirigée vers la plaque épaisse.
Figure 6. Schéma du propulseur à effet Mach par J.F. Woodward : La version actuelle du propulseur à effet Mach consiste en une pile de disques piézoélectriques dont la conception est similaire à celle des actionneurs typiques utilisant des matériaux ferroélectriques (PZT = titanate de zirconate de plomb), qui sont vendus par de nombreux fournisseurs, par exemple pour les applications ultrasoniques. En général, si un champ électrique est appliqué sur ces disques PZT, ils se dilatent et se contractent en fonction de l’intensité et de la direction du champ. L’empilement piézo/PZT est constitué de plusieurs disques connectés mécaniquement en série mais électriquement en parallèle (c’est-à-dire que tous les disques ont le même potentiel électrique appliqué entre leurs électrodes). Pour ce faire, il faut toujours inverser la polarité d’un disque à l’autre de manière à ce que chaque électrode soit en face d’une autre électrode ayant la même polarité, afin d’éviter les courts-circuits électriques. Woodward utilise des électrodes en laiton qui sont collées à l’époxy entre chaque disque. L’ensemble est fixé à l’aide de vis en acier inoxydable entre deux embouts, l’un plus grand en laiton avec des trous filetés et l’autre plus petit en aluminium. Les vis sont serrées pour s’assurer que la pile piézoélectrique est bien comprimée entre les capuchons rigides. Source : Brian Wang, 2017 : Brian Wang, 2017. Propulsion par effet Mach Réplication et modélisation correspondant à l’expérimentation. NextBIGfuture.com
Martin Tajmar, du projet SpaceDrive, a reproduit des rapports publiés et évalués par des pairs sur des essais qui ont mesuré de petites poussées apparemment produites par les dispositifs EmDrive et Mach Effect Thruster. Bien que son équipe de recherche ait mesuré les mêmes valeurs que celles rapportées dans les rapports précédents, elle a attribué la force anormale à des artefacts vibratoires qu’elle a pu identifier grâce à la précision et au contrôle extrêmement élevés de sa balance de torsion et de son dispositif d’essai (First Results on EmDrive and Mach-Effect Thrusters, et Mach-Effect Thruster Experiments on High-Precision Balances in Vacuum). Les résultats des essais du projet SpaceDrive démontrent qu’il est difficile de confirmer les résultats positifs d’une poussée de micro-force dans des expériences de laboratoire sur Terre (même dans des conditions de vide). Comme nous le verrons, c’est l’une des raisons pour lesquelles le laboratoire ultime pour tester ces systèmes de propulsion non conventionnels (sans propergol) est de les tester dans l’environnement de microgravité et de faible champ magnétique de l’espace. Il est intéressant de noter qu’un tel test dans l’espace est prévu pour octobre 2023.
Inertie modifiée par un effet Casimir à l’échelle de Hubble : L’Horizon-Drive
L’inventeur Mike McCulloch a démontré que l’hypothèse de Woodward JF concernant l’inertie de Mach modifiée par la gravitation ne permet pas de prédire avec précision la poussée observée, car elle est erronée de plusieurs ordres de grandeur [25] ; et a au contraire prédit avec précision l’effet Mach, ainsi que la poussée de l’EmDrive, grâce à sa théorie de l’inertie quantifiée dans laquelle la dynamique résulte uniquement d’une poussée du vide quantique sur les objets, qui peut être rendue plus intense par une forte accélération (rayonnement Unruh) et rendue non uniforme dans l’espace soit par la matière (pour expliquer la gravité), soit par des horizons de Rindler dépendant de l’accélération relativiste (pour expliquer l’inertie). Mike McCulloch affirme que sa théorie prédit la rotation des galaxies sans matière noire et sans aucun ajustement [26-29], et que la théorie de l’inertie quantifiée implique qu’il est possible de produire une nouvelle dynamique en créant artificiellement des horizons qui amortissent le vide quantique, le rendant inhomogène et donc capable de pousser les objets. Ce type de propulsion – une propulsion QI ou à horizon – est l’incarnation de l’ingénierie de l’énergie du vide dans l’espace-temps et, lorsqu’il sera opérationnel, il permettra de propulser des vaisseaux spatiaux sans propergol et d’effectuer des voyages interstellaires puisque des vitesses proches de c pourraient être atteintes sans qu’il soit nécessaire de surmonter l’inertie du carburant lourd [18].
Contrairement à la force générée dans des volumes nanométriques par les forces de Casimir conventionnelles, l’Horizon Drive est un effet Casimir à l’échelle de Hubble qui génère un amortissement du vide quantique en produisant un horizon de Rindler qui résulte de l’accélération, générant des ondes d’Unruh ; McCulloch a théorisé que l’inertie est due au rayonnement d’Unruh [30] (en raison du principe d’équivalence d’Einstein, l’accélération et un champ gravitationnel sont équivalents, donc tout comme un horizon des événements sera généré à partir du champ gravitationnel d’un trou noir, entraînant un rayonnement de Hawking, l’accélération générera un horizon de Rindler produisant l’équivalent du rayonnement de Hawking dans un cadre de référence accéléré : le rayonnement Unruh).
Figure 7. Équivalence des rayonnements de Hawking et d’Unruh, puisque le champ gravitationnel et l’accélération sont équivalents. Le rayonnement est unique et identique, il est donc appelé rayonnement de Hawking-Unruh.
L’Horizon Drive, ou propulseur à vide quantique, est censé fonctionner en réduisant le rayonnement Unruh du côté d’un objet en accélération où se forme l’horizon des événements dynamique de Rindler : par exemple, si un objet est accéléré vers la droite, un horizon des événements de Rindler se forme sur sa gauche. Le rayonnement d’Unruh est réduit du côté gauche de l’objet accéléré par un effet Casimir à l’échelle de Hubble, par lequel un déséquilibre de la pression de rayonnement sur l’objet, dû aux fluctuations du vide quantique du champ d’énergie du point zéro, génère une force nette qui s’oppose à l’accélération, c’est-à-dire l’inertie. L’inertie peut être surmontée et une force nette générée dans le sens de l’accélération par l’utilisation de métamatériaux ou d’une cavité résonante asymétrique qui produit une force de Casimir asymétrique. En ce qui concerne cette dernière, imaginons qu’au lieu que les plaques parallèles de la force de Casimir soient parfaitement parallèles, elles soient placées dans une configuration en forme de V, de sorte que la force de Casimir soit asymétrique et génère une force nette à l’une des extrémités du système. De même, un horizon artificiel peut être généré lorsque de la matière à forte accélération ou des rayonnements électromagnétiques sont confinés à l’intérieur d’une cavité asymétrique, produisant ainsi une poussée [31] (figure 8).
Figure 8. Une cavité métallique résonnante asymétrique. Des expériences en laboratoire ont montré que de telles cavités métalliques asymétriques avec de forts champs électromagnétiques résonnant à l’intérieur (emdrives) produisent une poussée inattendue vers les extrémités les plus étroites. L’inertie quantifiée prédit que si les cavités métalliques asymétriques sont aussi petites que 129 nm, une poussée comparable à la gravité peut être obtenue même à partir du champ du point zéro non excité. Cela implique que si un matériau était construit avec des réseaux de nanocavités asymétriques, la force serait suffisante pour faire léviter ce matériau. Source : M. E. McCulloch M. E. McCulloch, « Can Nano-Materials Push Off the Vacuum », PROGRESS IN PHYSICS. Volume 16 (2020). PP-60-02.PDF (ptep-online.com)
Mise à l’épreuve de l’ingénierie spatio-temporelle et de l’inertie quantifiée
Comme l’EmDrive de Sawyer, le propulseur à effet Mach de Woodward et d’autres technologies de modulation du vide quantique, l’Horizon Drive / Quantum Vacuum Thruster de McCulloch n’est pas une simple théorie. La société IVO Ltd. a développé cette technologie dans un appareil appelé Quantum Drive. Le Quantum Drive a été testé et la poussée qui en résulte a été analysée pendant près de 100 heures d’expériences en chambre à vide. L’équipe de recherche d’IVO est maintenant prête à mettre la technologie de propulsion purement électrique (zéro carburant) à l’épreuve ultime avec un lancement prévu en octobre 2023 à bord d’une fusée SpaceX. Le Quantum Drive sera testé en octobre pour voir s’il peut générer la poussée la plus faible possible et manœuvrer un satellite en orbite terrestre basse.
Figure 9. Prototypes du moteur quantique, qui seront testés en orbite terrestre basse en octobre 2023. Conçu par IVO Ltd, une société de prototypage électronique, l’entraînement quantique, prometteur mais controversé, pourrait changer l’avenir des voyages spatiaux et, s’il est prouvé qu’il fonctionne, il pourrait réécrire ou étendre de nombreux principes acceptés d’inertie et de mouvement qui existent depuis des siècles.
Une fois en orbite terrestre basse, les moteurs quantiques attachés au satellite – pour des raisons de redondance, il y a deux moteurs dans deux configurations différentes – seront mis sous tension (en exploitant l’énergie électromagnétique captée par les panneaux solaires) et tout changement de l’altitude orbitale mesuré par les capteurs embarqués démontrera la fonctionnalité des systèmes de propulsion sans hélice. Des résultats positifs annonceront une véritable nouvelle ère pour l’exploration spatiale de l’humanité, car nous sommes extrêmement limités dans notre rayon d’action en raison de l’obligation de transporter d’énormes quantités de propergol chimique. Une propulsion « sans réaction », même si elle ne produit qu’une poussée minimale comme l’itération actuelle de la propulsion quantique, changera la donne. En effet, dans l’environnement à faible gravité de l’espace, une petite poussée continue permet d’atteindre rapidement des vitesses extrêmement élevées, en particulier lorsqu’elle ne nécessite pas l’accélération du carburant lui-même et qu’elle est limitée par la quantité de propergol chimique disponible. Plus encore, un dispositif fonctionnel est une preuve de concept des technologies de l’ingénierie du vide, et lorsqu’il apparaîtra que le champ d’énergie du point zéro est une source très réelle d’énergie et de propulsion novatrice sans produits chimiques (comme le contrôle de la gravité), il y aura inévitablement un afflux d’intérêt pour le développement de ces technologies et la formalisation de la physique unifiée qui les sous-tend – dans laquelle la masse, l’inertie, la gravité et même la vitesse de la lumière sont produites à partir des propriétés de la densité d’énergie du vide quantique.
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