Traduction française des deux études réunies dans la page d’archives originale, présentées dans leur contexte historique de 1997 et 2002. Le texte est traduit intégralement ; les titres des références bibliographiques restent dans leur langue de publication. Les quelques lacunes de transcription déjà présentes dans l’archive sont signalées à leur emplacement.
★ L’énergie libre de Nikola Tesla — livre papier · édition numérique.
Harold Puthoff, deuxième partie
Peut-on modifier le vide pour les applications du vol spatial ? http://www.keelynet.com/gravity/putnasa.htm
Vue d’ensemble des théories et des expériences ; H. E. Puthoff, Ph.D. ; Institute for Advanced Studies at Austin ; 4030 W. Braker Lane, bureau 300 ; Austin, TX 78759-5329 ; téléphone : (512) 346-9947 ; fax : (512) 346-3017 ; courriel : puthoff@aol.com.
De : Puthoff@aol.com ; date : lundi 18 août 1997, 16 h 21 min 16 s −0400 (EDT) ; à : vortex-l@eskimo.com ; objet : Re : la NASA publie les résultats de la conférence sur la propulsion.
Pour les personnes intéressées, voici une copie de la communication que j’ai présentée la semaine dernière à la conférence de la NASA sur les percées en physique de la propulsion, au Lewis Research Center. — Hal Puthoff
RÉSUMÉ
La théorie quantique prédit, et les expériences confirment, que l’espace vide contient une énorme énergie résiduelle de fond, appelée énergie de point zéro, ou ZPE.
On pensait initialement que cette énergie n’importait que pour des questions aussi spécialisées que les petites perturbations des processus d’émission atomique. On sait désormais qu’elle intervient aussi dans des phénomènes de plus grande échelle intéressant les technologues, tels que l’inhibition de l’émission spontanée, la production de forces attractives à courte portée, comme la force de Casimir, et, potentiellement, l’explication de la sonoluminescence.
Les sujets liés à la ZPE qui intéressent le vol spatial vont des questions fondamentales — d’où vient l’inertie, peut-on la contrôler ? — aux tentatives de laboratoire pour extraire une énergie utile des fluctuations du vide — peut-on exploiter la ZPE à des fins pratiques ? —, jusqu’aux extrapolations scientifiquement fondées sur l’« ingénierie du vide » : une propulsion spatiale par distorsion est-elle scientifiquement possible ? Les progrès récents de la recherche sur la physique de cette énergie sous-jacente indiquent des applications potentielles dans tous ces domaines.
INTRODUCTION
Le concept d’« ingénierie du vide » a été introduit par le prix Nobel T. D. Lee dans son livre Particle Physics and Introduction to Field Theory. Il y écrit : « La méthode expérimentale permettant de modifier les propriétés du vide peut être appelée ingénierie du vide… Si nous sommes effectivement capables de modifier le vide, nous pourrions rencontrer de nouveaux phénomènes totalement inattendus. » Des expériences récentes ont effectivement montré que c’était le cas.
Concernant la propulsion spatiale, la question de l’ingénierie du vide peut se formuler simplement : « L’espace vide lui-même peut-il apporter la solution ? »
Aussi surprenant que cela paraisse, certains indices suggèrent qu’une aide pourrait effectivement surgir, au sens littéral, du vide de l’espace dit « vide ». La théorie quantique nous dit que cet espace n’est pas réellement vide : il est le siège d’une multitude de processus quantiques énergétiques qui pourraient avoir des conséquences profondes pour les futurs voyages spatiaux. Pour comprendre ces implications, il est utile de retracer brièvement l’évolution historique de la conception scientifique de l’espace vide.
À l’époque des philosophes grecs, Démocrite soutenait que l’espace vide était réellement dépourvu de contenu, faute de quoi il n’y aurait pas de place pour le mouvement des atomes.
Aristote défendait avec autant de vigueur l’idée inverse : ce qui semblait vide était en réalité un plénum, un milieu rempli de substance. La chaleur et la lumière ne se propageaient-elles pas d’un endroit à l’autre comme si elles étaient transportées par un milieu ?
Le débat s’est poursuivi au fil des siècles, jusqu’à sa formalisation dans la théorie de l’éther luminifère de Maxwell : un plénum transportant les ondes électromagnétiques, dont la lumière, comme l’eau porte les vagues à sa surface. Les tentatives de mesure des propriétés de cet éther ou de la vitesse de la Terre à travers celui-ci, notamment l’expérience de Michelson et Morley, se sont toutefois soldées par des échecs.
Avec l’apparition de la relativité restreinte, qui n’exigeait pas de référence à un tel substrat, Einstein a, en 1905, effectivement banni l’éther au profit d’un espace véritablement vide. Dix ans plus tard, cependant, sa propre théorie de la relativité générale, avec ses notions d’espace courbe et de géométrie déformée, l’a obligé à revenir sur cette position et à adopter un plénum riche de propriétés, sous le nouveau nom de métrique de l’espace-temps.
C’est toutefois la théorie quantique moderne qui a établi que le vide quantique, cet espace prétendument vide, est un lieu très actif : des particules y apparaissent et disparaissent, un plasma virtuel y existe et les champs fluctuent continuellement autour de leur valeur de référence nulle. L’énergie associée à ces processus est appelée énergie de point zéro, car cette activité subsiste même au zéro absolu.
LE VIDE COMME SOURCE POTENTIELLE D’ÉNERGIE
À son niveau le plus fondamental, nous reconnaissons aujourd’hui dans le vide quantique un immense réservoir d’énergie inexploitée. Feynman et d’autres en ont estimé prudemment la densité à un ordre de grandeur comparable ou supérieur à celui de l’énergie nucléaire. Peut-on donc exploiter cette ZPE à des fins pratiques ? Si oui, elle constituerait une alimentation énergétique presque omniprésente, un véritable « Graal » pour la propulsion spatiale.
Si utopique que paraisse cette possibilité, le physicien Robert Forward, des Hughes Research Laboratories, en a présenté une démonstration de principe dans un article de 1984 intitulé « Extracting Electrical Energy from the Vacuum by Cohesion of Charged Foliated Conductors ».
Son approche exploitait l’effet Casimir, une force quantique attractive entre plaques métalliques très rapprochées, qui porte le nom de son découvreur, H. G. B. Casimir, des laboratoires Philips aux Pays-Bas.
La force de Casimir, récemment mesurée avec une grande précision par S. K. Lamoreaux à l’université de Washington, résulte du blindage partiel de la région située entre les plaques vis-à-vis des fluctuations de point zéro du champ électromagnétique du vide.
Comme l’ont montré le théoricien Milonni, de Los Alamos, et ses collègues, ce blindage crée un déséquilibre des pressions de rayonnement de la ZPE, qui pousse les plaques l’une vers l’autre. Il en résulte une conversion de l’énergie du vide en une autre forme, comme la chaleur.
La démonstration qu’un tel processus ne viole ni les contraintes énergétiques ni les contraintes thermodynamiques figure dans un article que D. Cole et moi-même avons publié en 1993 sous le titre « Extracting Energy and Heat from the Vacuum ».
Notre laboratoire et d’autres poursuivent des tentatives d’exploitation de l’effet Casimir et d’effets apparentés pour convertir l’énergie du vide. Son application potentielle à la propulsion spatiale n’a pas échappé à l’armée de l’air américaine, comme le montre son appel à propositions du programme Defense SBIR pour l’exercice 1986. Sous la référence AF86-77, laboratoire de propulsion des fusées de l’armée de l’air, rubrique « Concepts de propulsion non conventionnels », on lit : « Des concepts nouveaux, audacieux et non conventionnels de propulsion sont sollicités… Les domaines qui intéressent particulièrement l’AFRPL comprennent… (6) les sources d’énergie ésotériques pour la propulsion, notamment l’énergie quantique dynamique de point zéro de l’espace vide. »
Plusieurs configurations expérimentales permettant une utilisation pratique de la ZPE sont étudiées dans notre laboratoire. L’une des premières repose sur un effet de pincement de Casimir dans des plasmas non neutres, équivalent plasma de l’effondrement électromécanique des plaques chargées de Forward ; voir Puthoff, 1990. La physique sous-jacente est exposée dans un article que M. Piestrup et moi-même avons soumis pour publication. Il est significatif que le premier de plusieurs brevets délivrés à K. R. Shoulders, consultant de notre laboratoire, contienne cette formulation : « … de l’énergie est fournie… et sa source ultime semble être le rayonnement de point zéro du continuum du vide. »
La sonoluminescence offre une autre possibilité intrigante : l’effondrement de bulles dans un liquide soumis à des ultrasons s’accompagne d’intenses émissions lumineuses de durée inférieure à la nanoseconde. Le mécanisme de production de la lumière n’est pas encore tranché, mais le prix Nobel Julian Schwinger a défendu une interprétation fondée sur l’effet Casimir. Dans un rapport de l’EPRI, George et Stringham, d’E-Quest Sciences, déclarent avoir observé une production de chaleur excédentaire lors d’une cavitation ultrasonore dans l’eau lourde. Ces résultats pourraient être apparentés, bien qu’ils les attribuent à une microfusion nucléaire. Notre laboratoire cherche actuellement à reproduire ce résultat.
Une autre proposition d’extraction de la ZPE est décrite dans un brevet délivré à Mead et Nachamkin. Elle utilise des sphères diélectriques résonantes légèrement désaccordées entre elles pour abaisser, par battement, la fréquence des composantes les plus énergétiques de la ZPE et les rendre plus faciles à recueillir. Nous discutons d’une collaboration destinée à déterminer la faisabilité de cette approche.
Enfin, notre laboratoire examine une approche utilisant des microcavités pour perturber la stabilité de l’état fondamental de l’hydrogène atomique. Elle repose sur un article que j’ai publié en 1987, dans lequel j’ai proposé que le caractère non rayonnant de l’état fondamental résulte d’un équilibre dynamique : le rayonnement émis par le mouvement accéléré de l’électron dans cet état serait compensé par l’absorption d’énergie de point zéro.
Si cette hypothèse est correcte, une production d’énergie pourrait être obtenue par les techniques d’électrodynamique quantique en cavité. Dans celles-ci, des atomes excités traversent des cavités de type Casimir dont la structure supprime les modes électromagnétiques à la fréquence de transition entre l’état excité et l’état fondamental.
Le temps d’émission dite « spontanée » s’en trouve considérablement allongé, par exemple d’un facteur dix, car cette émission ne serait finalement pas si spontanée : elle serait entraînée par les fluctuations du vide. Supprimer les modes supprime leurs fluctuations de point zéro et inhibe donc la désexcitation.
Comme l’indique un article de synthèse de Scientific American d’avril 1993 consacré à l’électrodynamique quantique en cavité : « Un atome excité qui émettrait normalement un photon de basse fréquence ne peut pas le faire, car aucune fluctuation du vide ne vient stimuler son émission… »
Pour produire de l’énergie, la suppression de modes servirait à perturber l’équilibre dynamique hypothétique entre absorption et émission dans l’état fondamental, afin de provoquer une libération d’énergie ; une demande de brevet est en cours.
Un modèle publié par mes collègues spécialistes de la ZPE, A. Rueda, de l’université d’État de Californie à Long Beach, B. Haisch, de Lockheed-Martin, et D. Cole, d’IBM, présente un exemple où la nature elle-même pourrait exploiter les effets énergétiques du vide. Dans un article de l’Astrophysical Journal de 1995, ils proposent que les vastes étendues de l’espace constituent un milieu idéal pour accélérer des noyaux par la ZPE, fournissant ainsi un mécanisme d’alimentation des rayons cosmiques. Les détails du modèle semblent également expliquer d’autres phénomènes observés, tels que la formation des vides cosmiques.
Cela suggère la possibilité d’une approche « sous-cosmique » : accélérer des protons dans un piège à vide sans collisions, refroidi à température cryogénique, et extraire ainsi de l’énergie des fluctuations du vide.
LE VIDE COMME SOURCE DE LA GRAVITATION ET DE L’INERTIE
Qu’en est-il des forces fondamentales de gravitation et d’inertie que nous cherchons à surmonter dans le vol spatial ? Nous disposons de théories phénoménologiques décrivant leurs effets, les lois de Newton et leurs généralisations relativistes, mais quelle est leur origine ?
Le premier indice suggérant que ces phénomènes pourraient eux-mêmes trouver leur origine dans les fluctuations du vide est apparu dans une étude de 1967 du célèbre physicien russe Andreï Sakharov. Cherchant à déduire les équations phénoménologiques de la relativité générale d’Einstein à partir d’hypothèses plus fondamentales, Sakharov a conclu que l’ensemble des phénomènes de relativité générale pouvait être considéré comme des effets induits par les modifications de l’énergie des fluctuations quantiques du vide dues à la présence de matière.
Dans cette perspective, l’attraction gravitationnelle ressemble davantage à la force induite de Casimir évoquée plus haut qu’à la force fondamentale en inverse du carré de la distance entre particules chargées, à laquelle on la compare souvent. Spéculative lorsqu’elle a été introduite par Sakharov, cette hypothèse a suscité une littérature abondante et toujours active sur la gravitation induite par les fluctuations quantiques, à laquelle j’ai moi-même contribué en 1989. Elle continue d’éclairer profondément le rôle des forces du vide.
S’il existe apparemment un lien profond entre la gravitation et les fluctuations de point zéro du vide, un lien analogue doit exister entre ces mêmes fluctuations et l’inertie. En effet, l’égalité des masses gravitationnelle et inertielle est un fait expérimental, alors même que les phénomènes sous-jacents sont très différents.
Pourquoi la mesure de la résistance d’un corps à l’accélération, même loin de tout champ gravitationnel, aurait-elle la même valeur que celle associée à l’attraction gravitationnelle entre les corps ? Si l’une est déterminée par les fluctuations du vide, l’autre doit l’être également.
Pour saisir l’inertie, imaginons que vous soyez debout dans un train à quai. Lorsque le train démarre brusquement, vous pouvez être projeté au sol. Quelle est cette force qui vous fait tomber et semble surgir de nulle part ?
Ce phénomène, que nous appelons commodément inertie avant de poursuivre nos calculs, est une propriété subtile de l’univers qui a intrigué des générations de physiciens, de Newton à Einstein. Dans cet exemple, le déséquilibre soudain résulte d’une accélération « par rapport aux étoiles fixes ». En poussant la formulation, on pourrait dire que ce sont les « étoiles » qui ont porté le coup. Cette caractéristique essentielle a été soulignée par le philosophe des sciences autrichien Ernst Mach et porte aujourd’hui le nom de principe de Mach. Le mécanisme par lequel les étoiles pourraient agir ainsi n’a pourtant pas reçu d’explication convaincante.
En abordant cette question dans l’article de 1994 « Inertia as a Zero-Point Field Lorentz Force », Haisch, Rueda et moi-même sommes parvenus à relier le problème de l’inertie et son rapport au principe de Mach aux propriétés de la ZPE du vide.
En une phrase : un corps en mouvement uniforme ne subit pas de force de traînée due aux fluctuations du vide, invariantes par transformation de Lorentz, mais un corps accéléré rencontre une résistance proportionnelle à son accélération.
Nous entendons naturellement par accéléré : accéléré par rapport aux étoiles fixes. On peut soutenir que les fluctuations quantiques de la matière lointaine structurent le référentiel local des fluctuations du vide ; voir Puthoff, « Source… », 1989. Dans l’exemple du train, le coup serait donc porté par le mur de fluctuations du vide, représentant localement les étoiles fixes, à travers lequel on cherchait à accélérer.
La conséquence pour le voyage spatial est la suivante : les résultats de l’électrodynamique quantique en cavité évoqués plus haut apportent des éléments expérimentaux montrant que les fluctuations du vide peuvent être modifiées technologiquement. Il en découle qu’en principe les masses gravitationnelle et inertielle pourraient elles aussi être modifiées.
La possibilité de modifier la masse pour réduire les besoins énergétiques des futurs vaisseaux a été sérieusement étudiée par le bureau des concepts avancés de la direction de la propulsion du Phillips Laboratory, à la base aérienne d’Edwards. Le spécialiste de la gravitation Robert Forward a accepté d’examiner ce concept. Sa mission était de recommander un programme large et diversifié, associant des laboratoires du monde entier, afin de tester expérimentalement ce modèle de l’inertie.
Après un an d’enquête, Forward a remis son rapport à l’armée de l’air, qui l’a publié sous le titre Mass Modification Experiment Definition Study. Son résumé indique notamment :
« … De nombreux chercheurs considèrent le vide comme un élément central de la physique du XXIe siècle. Certains pensent même qu’il pourrait fournir une énergie illimitée. Ce rapport résume une tentative pour définir une expérience testant l’hypothèse de Haisch, Rueda et Puthoff, dite HRP : la masse et l’inertie d’un corps seraient des effets induits par des changements de l’énergie des fluctuations quantiques du vide… Il a été possible de trouver une expérience susceptible de confirmer ou d’infirmer que la masse inertielle d’un corps peut être modifiée en changeant le vide qui l’entoure. »
Forward recommande en réalité une liste hiérarchisée de quatre expériences, et non d’une seule, pour étudier le lien entre champ de point zéro et inertie ainsi que ses nombreuses implications. Ces recommandations comprennent l’étude du dispositif énergétique « sous-cosmique » évoqué plus haut et celle d’un hypothétique « vent d’inertie », proposé par notre laboratoire et peut-être décelé dans des travaux expérimentaux préliminaires de Forward et Miller. Cette dernière possibilité reste toutefois très spéculative à ce stade.
MODIFIER LE VIDE POUR UNE PROPULSION PAR DISTORSION
L’une des propositions les plus spéculatives, mais néanmoins fondées scientifiquement, est la propulsion par distorsion d’Alcubierre. Pour déterminer si un mode de déplacement à la Star Trek était scientifiquement possible, Miguel Alcubierre, théoricien de la relativité générale à l’université du pays de Galles, s’est demandé si un voyage plus rapide que la lumière pouvait respecter les contraintes de la théorie standard.
Si cela est manifestement impossible dans l’espace plat de la relativité restreinte, la relativité générale permet d’envisager des métriques modifiées de l’espace-temps dans lesquelles cette possibilité n’est pas exclue a priori.
Alcubierre s’est imposé d’autres contraintes : aucune distorsion temporelle nette ne devait apparaître — petit déjeuner sur Terre, déjeuner sur Alpha du Centaure et retour pour dîner avec son conjoint et ses enfants, non avec ses lointains descendants — et les occupants ne devaient pas être écrasés contre une cloison par des accélérations démesurées.
Alcubierre a trouvé une solution satisfaisant ces conditions et l’a publiée dans Classical and Quantum Gravity en 1994. Elle consiste à créer une déformation locale de l’espace-temps : celui-ci se dilate derrière le vaisseau et se contracte devant lui, produisant un mouvement comparable à celui d’un surfeur, plus rapide que la lumière pour les observateurs extérieurs à la région perturbée. Pendant son trajet aller, le vaisseau est en quelque sorte repoussé de la Terre et attiré vers sa destination lointaine par l’expansion locale contrôlée de l’espace-temps lui-même.
Pour approfondir les aspects plus généraux de l’« ingénierie de la métrique », on peut consulter mon article paru dans Physics Essays en 1996.
Fait intéressant, les exigences techniques reposent sur la production, dans le vide quantique, d’états macroscopiques à densité d’énergie négative de type Casimir, tels que ceux évoqués plus haut. Malheureusement, ces exigences dépassent les possibilités technologiques actuelles, sauf percée imprévue, comme le soulignent Pfenning et Ford dans un manuscrit récemment soumis.
Cela rejoint naturellement la possibilité, admise par la relativité générale, de trous de ver : des tunnels topologiques qui pourraient relier des régions éloignées de l’univers, une sorte de métro cosmique.
Dans l’American Journal of Physics en 1988, Morris et Thorne ont détaillé les conditions nécessaires à des trous de ver traversables. Ils ont constaté que cette possibilité existe en principe, à condition de disposer d’états du vide quantique à densité d’énergie négative de type Casimir. Une littérature abondante s’est développée depuis, récemment synthétisée dans un livre de 1996 de Matt Visser, de l’université Washington à Saint-Louis.
Là encore, les exigences techniques semblent hors de portée dans un avenir prévisible. Il faudra peut-être de nouvelles techniques permettant de rendre cohérentes les fluctuations de point zéro du vide pour atteindre les densités d’énergie requises.
CONCLUSIONS
Nous avons commencé par demander : « Peut-on modifier le vide pour les applications du vol spatial ? » La réponse est : « En principe, oui. » Sur le plan technique, le chemin reste cependant long. Selon la formule connue, un voyage de mille lieues commence par les premiers pas ; il est également clair que nous pouvons entreprendre dès maintenant ces premiers pas au laboratoire.
Les effets Casimir et apparentés indiquent la possibilité d’exploiter l’immense énergie résiduelle des fluctuations de point zéro du vide. L’électrodynamique quantique en cavité montre aussi que l’on peut manipuler des portions du spectre de la ZPE pour produire des effets technologiques macroscopiques, comme l’inhibition de l’émission spontanée des états excités de systèmes quantiques. Les premiers pas sur cette voie semblent donc identifiables.
Associés aux concepts émergents reliant gravitation, inertie et propulsion par distorsion aux propriétés du vide considéré comme un milieu modifiable, ces résultats laissent entrevoir d’autres développements technologiques. Ils exigent toutefois des percées encore imprévisibles pour parvenir à façonner les fluctuations du vide et obtenir les effets recherchés.
Où en sommes-nous donc ? Depuis le fond de notre puits gravitationnel, nous regardons le ciel en espérant une solution « magique » qui lancera nos voyageurs vers les planètes, puis les étoiles. Cela rappelle la formule d’Arthur C. Clarke : une technologie très avancée est pratiquement impossible à distinguer de la magie. Heureusement, cette magie semble attendre dans les coulisses de notre compréhension croissante du vide quantique dans lequel nous vivons.
RÉFÉRENCES
– Lee, T.D. (1988) Particle Physics and Introduction to Field Theory, Harwood Academic, London.
– Feynman, R.P., and Hibbs, A.R. (1965) Quantum Mechanics and Path Integrals, McGraw-Hill, New York.
– Forward, R.L. (1984) « Extracting electrical energy from the vacuum by cohesion of charged foliated conductors », Phys. Rev. B, Vol. 30, No. 4, pp. 1700-1702.
– Casimir, H.G.B. (1948) « On the attraction between two perfectly conducting plates », Proc. Kon. Ned. Akad. van Weten., Vol. 51, No. 7, pp. 793-796.
– Lamoreaux, S.K. (1997) « Demonstration of the Casimir force in the 0.6 to 6 mm range », Phys. Rev. Lett., Vol. 78, No. 1, pp. 5-8.
– Milonni, P.W., Cook, R.J., and Goggin, M.E. (1988) « Radiation pressure from the vacuum: Physical interpretation of the Casimir force », Phys. Rev. A, Vol. 38, No. 3, pp. 1621-1623.
– Cole, D.C., and Puthoff, H.E. (1993) « Extracting energy and heat from the vacuum », Phys. Rev. E, Vol. 48, No. 2, pp. 1562-1565.
– Puthoff, H.E. (1990) « The energetic vacuum: Implications for energy research », Spec. in Sci. and Tech., Vol. 13, No. 4, pp. 247-257.
– Puthoff, H.E., and Piestrup, M.A. (1997) « On the possibility of charge confinement by van der Waals/Casimir-type forces », subm. to Phys. Lett. B.
– Shoulders, K.R. (1991) « Energy conversion using high charge density », U.S. Patent No. 5,018,180, issued May 21, 1991.
– Schwinger, J. (1993) « Casimir light: The source », Proc. Natl. Acad. Sci., Vol. 90, pp. 2105-2106.
– George, D.R., and Stringham, R.S. (1996) « Technical report on the demonstration of new technology producing heat and nuclear products via cavitation induced micro-fusion in the E-Quest Sciences Mark II research device », EPRI Project Final Report, Work Order #3170-28, Palo Alto, CA, May 1996.
– Mead, Jr., F.B., and Nachamkin, J. (1996) « System for converting electromagnetic radiation energy to electrical energy », U.S. Patent No. 5,590,031, issued Dec. 31, 1996.
– Puthoff, H.E. (1987) « Ground state of hydrogen as a zero-point-fluctuation- determined state », Phys. Rev. D, Vol. 35, No. 10, pp. 3266-3269.
– Haroche, S, and Raimond, J.-M. (1993) « Cavity quantum electrodynamics », Sci. Am., April 1993, pp. 54-62.
– Rueda, A., Haisch, B. and Cole, D.C. (1995) « Vacuum zero-point field pressure instability in astrophysical plasmas and the formation of cosmic voids », Astrophys. J., Vol. 445, pp. 7-16.
– Sakharov, A. (1968) « Vacuum quantum fluctuations in curved space and the theory of gravitation », Sov. Phys.-Dokl., Vol. 12, No. 11, pp. 1040-1041.
– Puthoff, H.E. (1989, 1993) « Gravity as a zero-point-fluctuation force », Phys. Rev. A, Vol. 39, No. 5, pp. 2333-2342; Vol. 47, No. 4, pp. 3454-3455.
– Haisch, B., Rueda, A., and Puthoff, H.E. (1994) « Inertia as a zero point field Lorentz force », Phys. Rev. A, Vol. 49, No. 2, pp. 679-694.
– Puthoff, H. E. (1989, 1991) « Source of vacuum electromagnetic zero-point energy », Phys. Rev. A, Vol. 40, No. 9, pp. 4857-4862; Vol. 44, No. 5, pp. 3385-3386.
– Forward, R.L. (1996) « Mass modification experiment definition study », J. Sci. Exploration, Vol. 10, No. 3, pp. 325-354.
– Forward, R.L., and Miller, L.R. (1967) « Generation and detection of dynamic gravitational-gradient fields », J. Appl. Phys., Vol. 38, No. 2, pp. 512- 518.
– Alcubierre, M. (1994) « The warp drive: Hyper-fast travel within general relativity », Class. Quant. Grav., Vol. 11, pp. L73-L77.
– Puthoff, H.E. (1996) « SETI, the velocity-of-light limitation, and the Alcubierre warp drive: An integrating overview », Phys. Essays, Vol. 9, No. 1, pp. 156-158.
– Pfenning, M.J., and Ford, L.H. (1997) « The unphysical nature of ‘warp drive' », subm. to Class. Quant. Grav.
– Morris, M., and Thorne, K.S. (1988) « Wormholes in spacetime and their use for interstellar travel: A tool for teaching general relativity », Am. J. Phys., Vol. 56, No. 5, pp. 395-412.
– Visser, M. (1996) Lorentzian Wormholes, AIP Press, Woodbury, NY.
Ingénierie du champ de point zéro et du vide polarisable pour le vol interstellaire – KeelyNet 04/06/02 – http://www.keelynet.com/energy/engzpf.htm
Introduction
Une communication que j’ai présentée au premier atelier international sur la propulsion par champs, au Royaume-Uni, il y a un peu plus d’un an, vient de paraître, après évaluation par les pairs et modifications, dans le Journal of the British Interplanetary Society (JBIS). Vous en trouverez une copie jointe. Nous sommes très heureux de cette publication, qui présente un point de vue très équilibré.
Nous examinons d’abord les perspectives de la manipulation de l’énergie du vide pour l’énergie et la propulsion spatiales, tout en proposant une analyse très lucide des difficultés considérables qu’elle soulève.
Nous étudions ensuite la « propulsion par champs électromagnétiques E × H », qui intéresse beaucoup de monde, pour constater malheureusement qu’elle est défectueuse dans son principe même, pour des raisons assez subtiles. Nous espérons que ce résultat encouragera d’autres chercheurs à orienter leurs efforts vers des pistes plus fécondes.
Enfin, le tableau 2 présente les bases d’une propulsion véritablement exotique, reposant sur une approche de la relativité générale par « ingénierie de la métrique », dont nous espérons qu’elle débouchera un jour sur des réalisations techniques.
Bien cordialement ; vous pouvez le publier. Je ne dispose que du PDF.
Amicalement, Hal.
– Voir la transcription ci-dessous ou télécharger le document : Ingénierie du champ de point zéro http://www.keelynet.com/energy/engzpf.pdf
Ingénierie du champ de point zéro et du vide polarisable pour le vol interstellaire, H.E. PUTHOFF, S.R. LITTLE and M. IBISON, dans JBIS, Vol. 55, pp. 137-144, 2002
Un thème s’est imposé dans les études prospectives consacrées à l’exploration spatiale lointaine : la « propulsion sans propergol » ou « propulsion par champs ». L’une de ses variantes envisage de manipuler l’espace vide lui-même — le vide quantique ou la métrique de l’espace-temps — pour fournir de l’énergie ou une poussée aux futurs véhicules spatiaux [1]. Aussi ambitieuse soit-elle, cette proposition s’appuie solidement sur les théories modernes décrivant le vide comme un milieu polarisable qui entretient des fluctuations quantiques énergétiques. La possibilité de concevoir des interactions matière-vide pour le vol spatial n’est donc pas exclue a priori, bien que certaines contraintes doivent être reconnues. Nous examinons ici la structure et les implications de cette hypothèse.
Mots-clés : énergie de point zéro, propulsion par distorsion, propulsion sans propergol, ingénierie de la métrique, vol interstellaire.
1 — Introduction
Le concept d’« ingénierie du vide » est apparu dans la littérature physique conventionnelle lorsque T. D. Lee l’a introduit dans son manuel Particle Physics and Introduction to Field Theory [2]. Il y écrivait : « La méthode expérimentale permettant de modifier les propriétés du vide peut être appelée ingénierie du vide… Si nous sommes effectivement capables de modifier le vide, nous pourrions rencontrer de nouveaux phénomènes totalement inattendus. » Cette légitimation reposait sur la reconnaissance que les paramètres et la structure du vide en font incontestablement un milieu énergétique à part entière. Au premier rang figurent deux propriétés : (1) dans la théorie quantique, le vide est le siège de fluctuations énergétiques de particules et de champs ; (2) dans la relativité générale, il est le siège d’une structure d’espace-temps, la métrique, qui encode la distribution de matière et d’énergie. Sur la page de garde d’un recueil d’essais d’Einstein et d’autres auteurs sur le vide, on lit d’ailleurs : « Le vide s’impose rapidement comme la structure centrale de la physique moderne » [3].
Connaissant ces propriétés, on peut raisonnablement se demander pourquoi la manière de déclencher des interactions fortes utiles au vol spatial n’est pas immédiatement évidente. Concernant les fluctuations quantiques, des incertitudes subsistent sur les contraintes globales thermodynamiques et énergétiques. De plus, les composantes énergétiques potentiellement utiles impliquent des champs à très courte longueur d’onde et très haute fréquence, qui ne se prêtent pas à des solutions techniques simples. Pour perturber la métrique de l’espace-temps, les densités d’énergie requises dépassent de nombreux ordres de grandeur celles accessibles aux techniques actuelles. Nous pouvons néanmoins examiner les contraintes, les possibilités et les conséquences, en espérant que les progrès technologiques permettront de trouver des moyens d’exploiter l’immense potentiel encore inutilisé de l’espace dit « vide ».
2 — Propulsion sans propergol
2.1 — Contrainte globale
Quel que soit le mécanisme envisagé pour propulser un vaisseau « sans propergol » ou « par champs », certaines contraintes, faciles à négliger, doivent être prises en compte. La conservation de la quantité de mouvement impose notamment que le centre de masse-énergie d’un système isolé initialement immobile ne puisse changer de position en l’absence de forces extérieures. Une propulsion sans propergol ou par champs doit donc, quelle que soit sa forme, se coupler à l’univers extérieur : le déplacement du centre de masse-énergie du vaisseau doit être compensé par un effet opposé dans l’univers auquel il est couplé, afin de respecter cette contrainte globale.
Avant d’étudier en détail un mécanisme de propulsion proposé, il est donc instructif de lui appliquer ce principe comme contrainte générale pour déterminer s’il le viole. Cette évaluation peut receler des subtilités surprenantes, comme le montre l’exemple suivant.
2.2 — Un exemple : la propulsion par champs électromagnétiques E × H
L’utilisation de champs électrique et magnétique croisés pour produire une force propulsive est un thème récurrent : nous l’appellerons propulsion E × H. L’idée repose sur le fait que les champs électromagnétiques qui se propagent, les photons, possèdent une quantité de mouvement associée aux champs E et H croisés, ou orthogonaux, décrits par le vecteur de Poynting. Cela soulève une question : des champs E × H statiques, donc non propagatifs, portent-ils aussi une quantité de mouvement, comme les mathématiques semblent l’indiquer ? Et des variations de ces champs peuvent-elles transmettre cette quantité de mouvement à une structure associée ? La réponse peut être affirmative, comme l’illustre le paradoxe du disque de Feynman [4]. Une charge électrique répartie sur le bord d’un disque immobile produit un champ électrique statique dirigé vers l’extérieur. Une bobine parcourue par un courant et montée perpendiculairement au plan du disque produit un champ magnétique dipolaire statique. Leur combinaison crée une distribution E × H statique entourant le disque. Bien que rien ne semble bouger, prendre au sérieux la notion de quantité de mouvement E × H suggère qu’un moment cinétique « circule » autour du disque dans ces champs statiques. Cela se manifeste lorsque l’on coupe le courant de la bobine : le champ magnétique disparaît et le disque commence à tourner. Ce comportement confirme que les champs statiques contiennent un moment cinétique, transmis au disque pour en assurer la conservation lorsque celui du champ disparaît [5]. On peut alors se demander si des variations de champs statiques E × H convenablement disposés produiraient aussi une poussée linéaire.
L’étude de cette possibilité conduit toutefois à une littérature abondante sur la « quantité de mouvement cachée », qui exclut cette conclusion, peut-être de façon surprenante [6]. Cette expression signifie que, même si les champs E × H portent une quantité de mouvement linéaire comme ils portent un moment cinétique dans le cas précédent, les symétries du cas linéaire imposent une quantité de mouvement mécanique compensatrice dans les structures, alors même que leur centre de masse est immobile ; voir l’annexe A.
On peut plus précisément montrer, à partir de considérations très générales, que, contrairement au moment cinétique du disque de Feynman, la quantité de mouvement linéaire totale de toute distribution stationnaire de matière, de charges, de courants et de champs associés doit être nulle.
Autrement dit, sauf découverte modifiant les lois actuelles de la physique, une telle distribution ne peut produire de force propulsive sans émettre une masse ou une énergie de réaction, ou sans transmettre autrement de la quantité de mouvement à un autre système [7].
3 — Le vide quantique
3.1 — Contexte de l’énergie de point zéro
Selon la théorie quantique, l’espace dit « vide » n’est pas réellement vide : il est le siège d’innombrables processus quantiques énergétiques. La théorie quantique des champs précise que, même dans cet espace, les champs, par exemple le champ électromagnétique, fluctuent continuellement autour de leur valeur de référence nulle. L’énergie associée est appelée énergie de point zéro, ou ZPE, car cette activité subsiste même au zéro absolu. Ce concept aura presque certainement des conséquences profondes pour les futurs voyages spatiaux, comme nous allons l’examiner.
Lorsqu’un hypothétique vaisseau alimenté par la ZPE lutte contre la gravitation et l’inertie, cette technologie pourrait en principe agir sur trois éléments : (1) un découplage de la gravitation ; (2) une réduction de l’inertie ; (3) une production d’énergie permettant de surmonter les deux.
3.2 — Gravitation
Le physicien russe Andreï Sakharov a été le premier à proposer que, dans un certain sens, la gravitation ne soit pas une interaction fondamentale, mais un effet induit par la modification de l’énergie des fluctuations quantiques du vide en présence de matière [8]. L’attraction gravitationnelle ressemblerait alors davantage aux forces induites de van der Waals et de Casimir qu’à la force fondamentale de Coulomb. Très spéculative lors de sa formulation en 1967, cette hypothèse a suscité une littérature abondante sur la gravitation induite par les fluctuations quantiques. Celle-ci comprend une tentative de l’un des auteurs pour préciser la proposition de Sakharov [9], bien que des difficultés subsistent [10]. S’il existe un lien profond entre gravitation et fluctuations de point zéro, le contrôle de ces fluctuations pourrait donc constituer une voie vers un découplage gravitationnel.
3.3 — Inertie
L’éventualité d’une origine de l’inertie dans la ZPE est étroitement liée à celle d’une origine similaire de la gravitation. Cela n’est pas surprenant : les masses gravitationnelle et inertielle ont expérimentalement la même valeur, malgré la différence des phénomènes. L’une est associée à l’attraction entre les corps, l’autre mesure la résistance à l’accélération, même loin d’un champ gravitationnel. Pour traiter cette question, l’auteur et ses collègues ont élaboré un modèle de l’inertie fondé sur la ZPE : un corps en mouvement uniforme ne subit pas de traînée due aux fluctuations du vide, invariantes par transformation de Lorentz, tandis qu’un corps accéléré rencontre une force résistante proportionnelle à son accélération [11]. Cette approche a reçu un accueil favorable dans la communauté scientifique [12]. Comme pour la gravitation, le contrôle des fluctuations du vide apparaîtrait donc comme une voie possible pour réduire la masse inertielle.
L’examen de cette possibilité par le bureau des concepts avancés de l’armée de l’air américaine, à la base d’Edwards, a conduit au rapport Mass Modification Experiment Definition Study [13]. Celui-ci recommandait notamment des mesures précises de la force de Casimir : une attraction quantique entre plaques métalliques ou diélectriques très proches, ou entre d’autres structures, résultant du blindage partiel de la région intérieure contre les fluctuations de point zéro du champ électromagnétique du vide, et du déséquilibre des pressions de rayonnement qui en découle [14]. Depuis la parution du rapport, de telles mesures ont confirmé l’effet Casimir avec une grande précision [15], suscitant même une forte attention médiatique [16]. Cet effet nous intéresse parce qu’il démontre expérimentalement que les fluctuations du vide peuvent être modifiées par des moyens technologiques. Selon les modèles évoqués, cela suggère que les masses gravitationnelle et inertielle pourraient elles aussi être modifiées. Le contrôle des fluctuations au moyen de cavités trouve déjà des applications pratiques en électrodynamique quantique en cavité, où l’on peut modifier les taux d’émission spontanée des atomes [17].
Il n’est donc pas déraisonnable d’envisager un tel contrôle dans le domaine de la propulsion spatiale.
3.4 — Extraction d’énergie
Dans certaines conditions, aucune contrainte énergétique ou thermodynamique n’interdit la libération d’énergie depuis le réservoir des fluctuations du vide [18]. Certaines analyses publiées suggèrent même que de tels mécanismes agissent déjà dans la nature : alimentation énergétique des rayons cosmiques [19], énergie libérée par les supernovæ [20] ou les sursauts gamma [21].
Notre question est de savoir si la ZPE peut être exploitée à un niveau utile pour la propulsion spatiale. Sa densité d’énergie étant prudemment estimée à un ordre de grandeur égal ou supérieur à celui des énergies nucléaires [22], elle constituerait une alimentation apparemment omniprésente, un véritable « Graal » énergétique.
Robert Forward, des Hughes Research Laboratories à Malibu, en Californie, a été l’un des premiers à attirer l’attention sur l’effet Casimir comme source potentielle d’énergie [23].
Bien qu’il fournisse une démonstration de principe, contrairement aux phénomènes astrophysiques cités plus haut, le dégagement d’énergie des structures mécaniques en laboratoire est minuscule. Le rapprochement de deux plaques de Casimir d’un centimètre carré, passant par exemple de deux à un micromètre en une microseconde, produit environ un dixième de microwatt. De plus, le caractère conservatif de l’effet semble empêcher le fonctionnement cyclique, même si des suggestions pour contourner cet obstacle ont été avancées [24]. Notre laboratoire et d’autres ont étudié des solutions non cycliques, comme le pincement de plasmas [25] ou l’effondrement de bulles en sonoluminescence [26], sans perspectives réellement prometteuses jusqu’ici pour des applications énergétiques.
D’autres voies d’extraction de l’énergie du vide, indépendantes de l’effet Casimir, sont également envisagées.
L’étude Mass Modification… de l’armée de l’air [13] a notamment suggéré de tester en laboratoire le modèle des rayons cosmiques alimentés par la ZPE, afin de déterminer si le mécanisme proposé pouvait accélérer des protons dans un piège à vide sans collisions, refroidi à température cryogénique. Une autre proposition, brevetée, repose sur l’abaissement par battement de la fréquence des composantes les plus énergétiques de la ZPE au moyen d’antennes sphériques diélectriques légèrement désaccordées [27].
Dans notre laboratoire, nous avons envisagé de perturber les états fondamentaux d’atomes ou de molécules, supposés être des états d’équilibre comportant un échange dynamique de rayonnement et d’absorption avec les fluctuations du vide [28]. Selon ce modèle, des atomes ou molécules placés dans une cavité de Casimir limitant la ZPE devraient subir des déplacements énergétiques modifiant les signatures spectroscopiques des excitations impliquant l’état fondamental. Nous avons lancé des expériences dans une installation synchrotron pour explorer cette relation, sans succès jusqu’ici. Outre nos propres expériences, notre laboratoire évalue aussi les concepts et dispositifs d’autres chercheurs travaillant dans des directions similaires. Des détails figurent sur notre site : www.earthtech.org.
Reste à déterminer si l’exploitation de la ZPE comme source d’énergie, ou sa manipulation pour contrôler gravitation et inertie, n’est qu’un rêve de concepteur de vaisseaux ou une voie royale vers une propulsion spatiale pratique. Seules des recherches comme celles décrites ici apporteront la réponse. En attendant, cette citation de l’historien des sciences russe Roman Podolny paraît appropriée : « Il serait aussi présomptueux de nier la possibilité d’une application utile qu’irresponsable de la garantir » [29].
4 — La métrique de l’espace-temps : l’approche par ingénierie de la métrique
Malgré les besoins énergétiques apparemment considérables d’une perturbation significative de la métrique de l’espace-temps, examinons la forme que prendraient ces perturbations dans des conditions utiles au vol spatial : une démarche de prospective ouverte, en quelque sorte.
La relativité générale utilise habituellement des formulations tensorielles dans un espace-temps courbe. Pour notre propos, il sera toutefois commode d’employer l’une des méthodes alternatives de traitement des modifications métriques apparues au fil des études sur les théories gravitationnelles.
Cette approche, appelée représentation de la relativité générale par le vide polarisable, ou PV, traite le vide comme un milieu polarisable [30]. Elle exprime les changements métriques en termes de permittivité et de perméabilité du vide, ε0 et µ0, suivant essentiellement la méthode THεµ utilisée pour comparer les théories gravitationnelles [31]. Puisqu’elle repose sur des paramètres familiers aux ingénieurs, on peut la considérer comme une approche d’« ingénierie de la métrique ».
En bref, les équations de Maxwell dans l’espace courbe sont traitées par l’isomorphisme d’un milieu polarisable à indice de réfraction variable dans l’espace plat [32]. La déviation d’un rayon lumineux près d’un corps massif est modélisée par une variation spatiale induite de l’indice de réfraction du vide ; la diminution de la vitesse de la lumière dans un potentiel gravitationnel est représentée par une augmentation effective de cet indice, et ainsi de suite. Comme le détaille la référence 30 et les travaux qui y sont cités, bien que cette modélisation diffère sur certains points de la relativité générale, elle peut être menée de façon cohérente pour les cas étudiés, de manière à reproduire à l’ordre approprié les équations de cette théorie et leur accord avec les tests expérimentaux classiques.
Plus précisément, l’approche PV exprime la vitesse de la lumière, la longueur des règles — les longueurs des liaisons atomiques —, la fréquence des horloges, les masses des particules, etc., au moyen d’une constante diélectrique variable K du vide. La permittivité se transforme selon ε0 → Kε0, et la perméabilité selon µ0 → Kµ0. Dans un potentiel gravitationnel planétaire ou solaire, K ≈ 1 + 2GM/rc2, et les résultats sont ceux du tableau 1. La vitesse de la lumière diminue, la lumière émise par un atome est décalée vers le rouge par rapport à celle d’un atome à l’infini, où K = 1, les règles se raccourcissent, etc.
La dépendance des mesures fondamentales de longueur à K, illustrée par le raccourcissement des règles, montre que les dimensions des objets matériels s’adaptent aux variations locales de polarisabilité du vide : une barre parfaitement rigide n’existe donc pas. Dans l’approche PV, c’est l’origine de la métrique variable si importante en relativité générale. Elle permet aussi de préciser ce que signifie « espace courbe ». À proximité d’une planète ou d’une étoile, où K > 1, si l’on mesure avec une règle un rayon R jusqu’à une orbite circulaire, puis la circonférence C de cette orbite, on obtient C [l’inégalité qui suit est manquante dans la page d’archives].
Cela s’explique par le fait que la règle est relativement plus courte pendant la mesure radiale, lorsqu’elle est proche du corps et que K est plus grand, que pendant la mesure de la circonférence, plus loin du corps. L’influence des modifications de polarisabilité du vide sur le processus de mesure conduit à la notion, correcte, que la présence du corps « influence la métrique ».
Nous pouvons maintenant envisager l’application de ce formalisme d’ingénierie de la métrique aux questions de propulsion spatiale.
Comme nous le montrons à l’annexe B, la métrique peut, dans certaines conditions et en principe, être modifiée pour abaisser la constante diélectrique K du vide au-dessous de l’unité. Revenant au tableau 1, nous voyons qu’une valeur de K [la suite de cette phrase est tronquée dans la page d’archives] :
Dans ces conditions de perturbation extrême de l’espace-temps, la vitesse locale de la lumière, vue d’un référentiel à l’infini, augmente, la masse diminue et les énergies de liaison augmentent, entre autres propriétés a priori attrayantes pour le voyage interstellaire.
Un exemple qui a suscité de nombreux commentaires techniques est la propulsion par distorsion d’Alcubierre, nommée d’après son concepteur, Miguel Alcubierre, théoricien de la relativité générale [33, 34]. Il a montré qu’une déformation déterminée de la métrique locale de l’espace-temps autour d’un vaisseau pourrait en principe permettre un mouvement plus rapide que la lumière pour les observateurs extérieurs à la région perturbée, sans violer à l’intérieur la limite locale de la vitesse de la lumière.
Sa solution montre aussi que l’accélération propre, celle ressentie le long de la trajectoire, serait nulle et que le vaisseau ne subirait aucune dilatation du temps : deux propriétés très souhaitables pour le vol interstellaire.
La réalisation technique de cette solution se heurte toutefois à des obstacles apparemment insurmontables. Pour une bulle de distorsion de 100 mètres, l’épaisseur de sa paroi approche la longueur de Planck, environ 10−35 m, et l’énergie négative requise est d’environ dix ordres de grandeur supérieure à l’équivalent de la masse totale de l’univers [35] ! Des travaux théoriques ultérieurs ont réduit ce besoin à un peu moins d’une masse solaire : un progrès impressionnant, mais toujours très peu pratique [36].
L’analyse de solutions apparentées, comme le tube de Krasnikov [37] ou les trous de ver traversables, n’a pas donné de meilleurs résultats [38]. Un succès devrait donc reposer sur une percée encore imprévue, par exemple une technologie rendant cohérente l’énergie normalement aléatoire des fluctuations du vide.
Les calculs de ces géométries ne sont donc aucunement directement applicables à la conception d’un propulseur spatial. Ils indiquent néanmoins des tendances potentiellement utiles, déduites des principes de la relativité générale dans une approche d’ingénierie de la métrique. Les résultats ne sont limités que par les réalisations techniques possibles, ce qui constitue toutefois une contrainte redoutable.
5 — Conclusions
Nous avons brièvement abordé des formes innovantes de propulsion spatiale, en particulier celles susceptibles d’exploiter fondamentalement les propriétés du vide quantique ou de la métrique de l’espace-temps. À ce stade de développement de concepts naissants, il serait prématuré de deviner une stratégie optimale, et plus encore d’établir un chemin critique ; leur faisabilité même reste à déterminer. Seule une étude rigoureuse permettra toutefois d’évaluer correctement ces possibilités et de choisir la meilleure voie pour explorer d’abord notre système solaire, puis atteindre un jour les étoiles.
Annexe A — Quantité de mouvement cachée
Considérons une boucle de courant stationnaire constituée d’un fluide incompressible de densité de charge positive ρ, circulant à la vitesse v dans le sens horaire dans un tube isolant de section a. La boucle est plongée dans un champ électrique constant et uniforme E.
Le sens est de gauche à droite. On en conclut qu’une quantité de mouvement linéaire nette et constante est stockée dans les champs électromagnétiques. Nous allons montrer qu’une autre quantité de mouvement, égale et opposée, existe également.
Le courant dans la boucle étant I = ρav, la vitesse du fluide est partout v = I/ρa. Le champ électrique extérieur E crée entre le bas et le haut du fluide une différence de pression P = ρEh. Il existe donc vers la gauche un flux net d’énergie S, énergie par unité de surface et de temps, donné par :
Puisque l’énergie possède une masse, l’équation (A4) peut être convertie en une expression de quantité de mouvement. Il suffit d’écrire la relation d’Einstein E = mc2 sous la forme de densités de flux S = gc2, où g est la quantité de mouvement par unité de volume. Les différences de pression entre le haut et le bas de la boucle imposent donc une quantité de mouvement nette, dirigée vers la gauche, donnée par :
L’indice « mech » souligne l’origine apparemment entièrement mécanique de cette quantité de mouvement.
Les équations (A5) et (A3) montrent que la quantité de mouvement électromagnétique est compensée par une quantité de mouvement mécanique égale et opposée. En raison de son caractère peu intuitif, la littérature la qualifie de « quantité de mouvement cachée ».
C’est un exemple particulier du résultat général selon lequel une quantité de mouvement linéaire nette portée par un champ statique est toujours compensée par une quantité de mouvement mécanique cachée égale et opposée. En pratique, la création d’une quantité de mouvement linéaire du champ ne peut donc produire de déplacement : elle est automatiquement neutralisée par une quantité de mouvement mécanique cachée dans la structure, et le système entier reste immobile.
Cette impossibilité d’utiliser la quantité de mouvement linéaire du champ pour la propulsion découle de la conservation de la quantité de mouvement.
Annexe B — Solutions d’ingénierie de la métrique
Dans l’approche du vide polarisable, l’équation jouant le rôle de l’équation d’Einstein — courbure engendrée par le tenseur des contraintes et de l’énergie-impulsion — pour une particule massive unique à l’origine est la suivante, d’après la référence 30 :
La solution satisfaisant à la limite newtonienne est :
On peut montrer qu’elle reproduit, à l’ordre approprié, les propriétés de la métrique standard de Schwarzschild de la relativité générale dans les conditions de champ faible du système solaire.
Références
– 1. H.E. Puthoff, ‘ Can the vacuum be engineered for spaceflight applications? Overview of theory andexperiments ‘, Jour. Sci. Exploration, 12, p.295, 1998.
Voir aussi H.E. Puthoff, ‘ Space propulsion: Can empty space itself provide a solution? ‘ , Ad Astra, 9, (National Space Society), p.42, Jan/Feb 1997.
– 2. T.D. Lee, » Particle Physics and Introduction to Field Theory « ,Harwood Academic Press, London, 1988.
– 3. S. Saunders and H. R. Brown, » The Philosophy of Vacuum « , Eds., Clarendon Press, Oxford, 1991.
– 4. R.P. Feynman, R.B. Leighton and M. Sands, » The Feynman Lectures on Physics « , Addison-Wesley, Reading, MA, Vol. II, p.17-5, 1964.
– 5. Pour une confirmation expérimentale, voir par exemple G.M. Graham and D.G. Lahoz, ‘ Observation of static electromagnetic angular momentum in vacuo ‘, Nature, 285, p.154, 1980.
– 6. V. Hnizdo, ‘ Hidden momentum of a relativistic fluid carrying current in an external electric field ‘, Am. J. Phys., 65, p.92, 1997.
– 7. Les propositions visant à pousser directement contre la métrique de l’espace-temps ou le vide quantique, autrement dit à utiliser le reste de l’Univers comme tremplin par des moyens actuellement inconnus, appartiennent à cette dernière catégorie.
– 8. A.D. Sakharov, ‘ Vacuum quantum fluctuations in curved space and the theory of gravitation ‘, Dokl. Akad. Nauk SSSR, [Sov. Phys. – Dokl. 12, p.1040, 1968].
Voir aussi C. W. Misner, K. S. Thorne and J. A. Wheeler, » Gravitation « , Freeman, San Francisco, pp.426-428,1973.
– 9. H.E. Puthoff, ‘ Gravity as a zero-point-fluctuation force ‘, Phys. Rev. A, 39, p.2333, 1989.
– 10. H.E. Puthoff, ‘ Reply to Comment on Gravity as a zero-point-fluctuation force ‘, Phys. Rev. A, 47, p.3454, 1993.
– 11. B. Haisch, A. Rueda and H.E. Puthoff, ‘ Inertia as a zero-point field Lorentz force ‘, Phys. Rev. A, 49, p.678, 1994;
A. Rueda and B. Haisch, ‘ Inertia as reaction of the vacuum to accelerated motion ‘, Phys. Lett. A, 240, p.115, 1998.
– 12. M. Jammer, » Concepts of Mass in Contemporary Physics and Philosophy « , Princeton University Press, Princeton, pp.163-167, 2000.
– 13. R.L. Forward, ‘ Mass modification experiment definition study, ‘ Phillips Laboratory Report PL-TR-96-3004, Air Force Materiel Command, Edwards AFB, CA 93524-5000 (Feb 1996). Reproduit dans Jour. Sci. Exploration, 10, p.325, 1996.
– 14. P.W. Milonni, R.J. Cook and M.E. Goggin, ‘ Radiation pressure from the vacuum: Physical interpretation of the Casimir force ‘, Phys. Rev. A, 38, p.1621, 1988.
– 15. S.K. Lamoreaux, ‘ Demonstration of the Casimir force in the 0.6 to 6 mm range ‘, Phys. Rev. Lett., 78, p.5, 1997;
U. Mohideen and A. Roy, ‘ Precision measurement of the Casimir force from 0.1 to 0.9 mm ‘, Phys. Rev. Lett., 81, p.4549, 1998.
– 16. M.W. Browne, ‘ Physicists confirm power of nothing, measuring force of quantum foam ‘, New York Times, p.C1, 21 January 1997.
– 17. Voir, par exemple, S. Haroche and J.-M. Raimond, ‘ Cavity quantum electrodynamics ‘, Sci. Am., p.54, April 1993.
– 18. D.C. Cole and H.E. Puthoff, ‘ Extracting energy and heat from the vacuum ‘, Phys. Rev. E., 48, p.1562, 1993.
– 19. A. Rueda, B. Haisch and D.C. Cole, ‘ Vacuum zero-point field pressure instability in astrophysical plasmas and the formation of cosmic voids ‘, Astrophys. J., 445, p.7, 1995.
– 20. I.Tu. Sokolov, ‘ The Casimir effect as a possible source of cosmic energy ‘, Phys. Lett. A, 223, p.163, 1996.
– 21. C.E. Carlson, T. Goldman and J. Peres-Mercader, ‘ Gamma-ray bursts, neutron star quakes, and the Casimir effect ‘, Europhys. Lett., 36, p.637, 1996.
– 22. R.P. Feynman and A.R. Hibbs, ‘ Quantum Mechanics and Path Integrals ‘, McGraw-Hill, New York, 1965.
– 23. R.L. Forward, ‘ Extracting electrical energy from the vacuum by cohesion of charged foliated conductors ‘, Phys. Rev. B, 30, p.1700, 1984.
– 24. F. Pinto, ‘ Engine cycle of an optically controlled vacuum energy transducer ‘, Phys. Rev. B, 60, p.14740, 1999.
– 25. H.E. Puthoff, ‘ The energetic vacuum: implications for energy research ‘, Spec. in Sci. and Tech., 13, p.247, 1990;
K.R. Shoulders, ‘ Method and apparatus for production and manipulation of high density charge ‘, U.S. Patent No. 5,054,046, 1991.
– 26. J. Schwinger, ‘ Casimir light: the source ‘, Proc. Nat’l Acad. Sci., 90, p.2105, 1993;
C. Eberlein, ‘ Sonoluminescence as quantum vacuum radiation ‘, Phys. Rev. Lett., 76, p.3842, 1996.
– 27. F.B. Mead and J. Nachamkin, ‘ System for converting electromagnetic radiation energy to electrical energy ‘, U.S. Patent No. 5,590,031, 1996.
– 28. H.E. Puthoff, ‘ Ground state of hydrogen as a zero-pointfluctuation-determined state ‘, Phys. Rev. D, 35, p.3266, 1987.
– 29. R. Podolny, » Something Called Nothing – Physical Vacuum: What is It? « , Mir Publishers, Moscow, 1986.
– 30. H.E. Puthoff, ‘ Polarizable-vacuum approach to general relativity, ‘ in » Gravitation and Cosmology: From the Hubble Radius to the Planck Scale « , Eds. R. L. Amoroso, G. Hunter, M. Kafatos, and J.-P. Vigier, Kluwer Academic Press, Dordrecht, the Netherlands, sous presse, 2001.
Voir aussi H.E. Puthoff, ‘ Polarizable-vacuum (PV) representation of general relativity, ‘ http://xxx.lanl.gov/abs/gr-qc/ 9909037.
– 31. A.P. Lightman and D.L. Lee, ‘ Restricted proof that the weak equivalence principle implies the Einstein equivalence principle ‘, Phys. Rev. D, 8, p.364, 1973.
– 32. A.M. Volkov, A.A. Izmestíev and G.V. Skrotskii, ‘ The propagation of electromagnetic waves in a Riemannian space ‘, Sov. Phys. JETP, 32, p.686, 1971.
– 33. M. Alcubierre, ‘ The warp drive: Hyper-fast travel within general relativity ‘, Class. Quant. Grav., 11, L73, 1994.
– 34. H.E. Puthoff, ‘SETI, the velocity-of-light limitation, and the Alcubierre warp drive: An integrating overview ‘, Phys. Essays, 9, p.156, 1996.
– 35. M.J. Pfenning and L.H. Ford, ‘ The unphysical nature of warp drive ‘, Class. Quant. Grav., 14, p.1743, 1997.
– 36. C. Van Den Broeck, ‘ A ‘warp drive’ with more reasonable total energy requirements ‘, Class. Quant. Grav., 16, p.3973, 1999.
– 37. A.E. Everett and T.A. Roman, ‘ A superluminal subway: The Krasnikov Tube ‘, Phys. Rev. D, 56, p.2100, 1997.
– 38. M. Visser, » Lorentzian Wormholes: From Einstein to Hawking « , AIP Press, Woodbury, New York, 1996.
– 39. C.W. Misner, K.S. Thorne, and J.A. Wheeler, » Gravitation « , Freeman, San Francisco, 1973, p. 841.
Reçu le 2 août 2001.
★ Lire la première partie des archives de Harold Puthoff en français.
Dernière mise à jour : 13 novembre 2026.