NOMBRES – Curiosités, Théorie et Usages Accueil DicoNombre Rubriques Nouveautés Édition du: 14/02/2022 Orientation générale  DicoMot Math Atlas Actualités M'écrire Barre de recherche DicoCulture Index alphabétique Références Brèves de Maths
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		Sommaire de cette page >>> Approche >>> Théorie des quanta >>> Cas de l'électron >>> Bizarre tout de même! >>> Spin >>> Postulats – Bilan >>> Superposition et intrication >>> Mécanique quantique – INDEX

Oui ma chère, j'étais en panne de voiture sur la route. Je savais qu'il travaillait dans la mécanique. Alors, tu comprends, je l'ai appelé. Pas de chance, il s'agissait de la mécanique quantique …

Une chose doit être vraie ou fausse, sauf en mécanique quantique où le vrai et le faux coexiste. – Attends voir, ça veut dire que les politiciens sont des experts en mécanique quantique?

Voir Pensées & humour

PHYSIQUE QUANTIQUE

ou théorie quantique

ou mécanique quantique

ou mécanique ondulatoire

ou physique nucléaire

Principes et équations pour modéliser les phénomènes microscopiques, à l'échelle des atomes et des particules élémentaires.

Interrogation sur la lumière et les phénomènes électromagnétiques en général:

Particule Non, pas vraiment,

Ondes Non, pas vraiment,

Alors quoi? Autre chose: un champ, des probabilités …

Anglais : Quantum theory, quantum mechanics,

QED: Quantum Electrodynamics

Visualiser l'échelle des infiniment petits >>>

APPROCHE de la physique quantique
Explications Classiques	Description du monde visible en se basant sur les lois de la mécanique générale. Lois accessibles à tous: il est possible d'apprécier, d'expliquer, de visualiser … Description du monde lointain en se basant sur les lois de la relativité notamment pour tenir compte des grandes vitesses: l'interprétation de ces lois est déjà plus difficile, mais encore à portée de nos cerveaux. Oui mais, ces lois ne rendent pas comptent du comportement des atomes. Exemple: comment les atomes peuvent-ils émettre de la lumière ?
Théorie Quantique	La théorie quantique s'applique à l'infiniment petit. C'est une modélisation qui rend compte des phénomènes de l'infiniment petit. Modèle révolutionnaire et qui marche extraordinairement bien! Mais ce ne sont que des équations. De surcroit, des équations impliquant la notion de probabilités, nous privant, du coup, de toute possibilité de représentations concrètes. Théorie difficile à comprendre. Ce qui explique qu'elle soit pratiquement inconnue du grand public.
Grosso modo	La théorie quantique, c'est: Une description du comportement et des interactions des particules dans les atomes, des protéines dans les cellules. etc. De manière particulièrement précise, elle permet: de comprendre la chimie, la découverte du transistor, la mise au point des lasers, le développement de la physique nucléaire, d'expliquer l'univers de façon cohérente, etc. Mais, elle échappe à l'entendement. Elle est très difficile à comprendre. Elle ne traite pas de notre univers quotidien. Aucune image possible. C'est une création de l'esprit humain: Avec utilisation de mathématiques sophistiquées; Sans relation directe avec la réalité; Théorie faite de symboles; et Utilisant une équation donnant des probabilités: l'équation de Schrödinger.

THÉORIE DES QUANTA
Quanta Planck 1900 Einstein 1905	Théorie formulée par Planck en 1900 perçue comme subversive à cette époque. Max Planck démontre que les échanges d'énergie entre la matière et le rayonnement s'effectuent non de façon régulière, mais par paquets, par quantités discontinues; d'où le nom de quantum donné à chacun de ces paquets. Albert Einstein démontre à son tour que la lumière, que l'on croyait fermement être une onde, est formée de grains d'énergie qu'on appellera plus tard des photons. La physique quantique vient de naître.

Suite en Historique

CAS DE L'ÉLECTRON
Une particule l'Électron	L'électron n'est plus une sorte de planète qui tourne autour d'un astre, le noyau de l'atome. Il ne parcourt pas un chemin précis, mais une série de trajectoires possibles. Ce n'est plus un objet: c'est un nuage. Il est invisible et insaisissable. C'est une onde, un paquet d'onde. C'est un champ qui peut exister même si la particule n'est pas là, même si elle n'est pas matérialisée. C'est une sorte de chose qui influence le milieu, qui l'imprègne, qui lui donne une propriété intrinsèque globale. Vous étiez prévenus: pas très facile à imaginer!

BIZARRE TOUT DE MÊME
Hasard	Le monde n'est plus ordonné, déterministe: il est incertain, soumis au hasard. Le fait n'est plus la conséquence d'une cause précise: il est aléatoire (Dieu joue aux dés…). La réalité nous échappe à jamais: une particule peut apparaître, disparaître, changer de direction sans raison … Une mesure sur une particule influence une autre particule (accrochez-vous!) immédiatement, sans délai; à n'importe quelle distance.
Envahissant	La nouvelle théorie considère que: tout point du système se trouve, à tout instant, dans tout l'espace qui est mis à sa disposition Max Planck
Incertitude	On ne peut pas déterminer avec précision: la position et la vitesse d'une particule. On ne peut même jamais les mesurer simultanément. Même avec les plus grands progrès des instruments de mesure. Le monde de l'infiniment petit échappe à la mesure, et donc à la prédiction. Il faut s'en remettre aux statistiques, aux probabilités. Tout ce que l'on sait est que la particule a des chances de se trouver à un endroit donné, et c'est tout !
Paradoxe	Malgré cela, la théorie donne des certitudes. C'est une sorte de déterminisme statistique. Et, le modèle de la mécanique quantique se révèle être: d'une très grande précision (10 décimales!), et jamais à ce jour, mis en défaut.
Cachottier	Ce qui se passe dans le monde quantique dépend de la façon dont on l'observe. On ne peut pas isoler le phénomène observé de l'appareil avec lequel on le mesure. On dit parfois que la réalité est créée par l'observateur. Je laisse méditer votre esprit philosophe …

SPIN

Le spin est le moment cinétique (ou angulaire) intrinsèque des particules. Sorte de caractérisation d'un mouvement de rotation sur elles-mêmes. Oui, mais, ce n'est pas un mouvement dans l'espace! La particule se comporterait en fait comme un minuscule aimant. On tourne autour d'une interprétation intuitive impossible. Le spin est une qualité propre à la particule quantique qui se manifeste lorsque l'atome est soumis à un champ magnétique. Pauli à généralisé l'équation de Schrödinger (équation de Pauli) pour qu'elle prenne en compte cette interaction entre particules et champs magnétique. L'introduction du spin se manifestant en plus et en moins permet d'interpréter l'apparition d'un dédoublement des raies (effet Zeeman). La valeur du spin caractérise les familles de particules: 0 Champ scalaire qui confère la masse 0,5 FERMIONS: particules composantes de la matière électrons, protons, neutrons 1 BOSONS: Champs vectoriels qui véhiculent les interactions 2 GRAVITON: Particule supposée vecteur de la gravitation

Voir SPIN, le titre d'un roman de science-fiction

Mécanique quantique non relativiste Principaux postulats

Longueur d'onde de Louis De Broglie À toute particule est associé un phénomène ondulatoire. Sa longueur d'onde est: . Avec h constante de Planck et p impulsion de la particule (produit de la force par la durée d'application). Fonction d'onde La fonction d'onde décrit l'état du système. Elle est solution de l'équation de Schrödinger. Le carré du module de la fonction d'onde représente la densité de probabilité de présence d'un système dans un volume élémentaire entourant le point de l'espace. Symétrie Les fermions, de spin demi-entier, sont des particules dont les fonctions d'onde sont complètement antisymétriques. Les bosons, de spin entier, sont des particules dont les fonctions d'onde sont complètement symétriques. Exclusion de Pauli – Inégalités d'Heisenberg Plusieurs fermions dans un système ne peuvent pas occuper simultanément le même état quantique. >>> Les inégalités d'Heisenberg précisent qu'il existe un antagonisme entre la précision d'une mesure effectuée à un instant donné sur la position d'une particule et celle d'une mesure de son impulsion (produit force par durée de son action).

D'après le livre cité en référence ci-dessous

Deux phénomènes quantiques bien étranges!
Superposition quantique Habituellement, une bille rouge mise dans une boite restera une bille rouge dans cette boite. Dans le monde quantique, une bille est recouverte de toutes les couleurs en même temps (imaginons!). Elle est placée dans une boite. Là, la couleur est une notion curieuse. Les couleurs sont toutes là en superposition quantique. Lorsque la boite est ouverte, une couleur se révèle. La superposition quantique disparait. C'est la mesure qui fait disparaître la superposition quantique. Ce panneau routier fantaisiste indique que vous devez prendre les deux routes à la fois à ce carrefour quantique.	Les propriétés des atomes, ions, … sont le spin, la polarisation, l'énergie … Ces propriétés n'existent pas tant que la mesure n'est pas faite. Avant la mesure, les atomes sont dans plusieurs états quantiques en même temps. Voir Le chat de Schrödinger La superposition quantique est à la base de la conception des ordinateurs quantiques.
Intrication quantique Habituellement, deux billes l'une rouge et l'autre verte sont placées dans deux boites que l'on éloigne. Les billes conservent leur couleur, leurs propriétés propres. En sachant laquelle est ici, on en déduit quelle est l'autre là-bas. Dans le monde quantique, deux billes quantiques sont placées dans une boite. Sans regarder, on tire une bille et on la place dans une autre boite, puis on éloigne les boites. Maintenant, on observe la bille ici. Elle prend un certain état quantique. Alors, l'autre bille, là-bas, prend instantanément un état complémentaire. C'est la mesure qui a révélé un état quantique à une bille et son complémentaire à l'autre, et cela quelle que soit la distance.	Deux photons, par exemple, forment parfois un seul système et, alors, leurs états physiques sont corrélés. La corrélation subsiste quelle que soit la distance séparant les deux photons et, cela, plus rapidement que la vitesse de la lumière. Un des propriétés les plus importantes de l'équation de Schrödinger en mécanique quantique est de conduire au phénomène d'intrication quantique (ou non-localité). En fin 2015, un groupe de physiciens a montré que l'intrication quantique pouvait être obtenue avec des électrons distants de presque deux kilomètres. Ce phénomène ne permet pas la communication à vitesse instantanée. Elle permet la téléportation quantique.

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Index QUANTIQUE

Calculateur quantique Chromodynamique Quantique Complexité Constante de Planck Constante de structure fine Constantes de la physique Effet tunnel Einstein et mécanique quantique EPR Heisenberg et Indétermination Higgs – Champ et boson Infini et mécanique quantique Longueur d'onde de Compton Majorana Ettore Masse des particules Mécanique quantique – Glossaire Modèle standard Notions de la physique moderne Nombres quantiques (Pauling) Physique amusante Particule de Planck Principe d'exclusion de Pauli qubit Révolutions lumineuses Vérification & supercalculateurs Vide quantique

Voir	Mécanique classique Mécanique relativiste
Livres	La physique quantique pour les nuls en 50 notions clés – Blandine Pluchet – First – 2019 – 8,95 euros La physique quantique – 50 concepts pour comprendre – Comprendre les sciences – sept. 2019 – 9,95 euros Ces deux ouvrages se ressemblent et sont parfaits. Abordables par tous. Le premier donne l'essentiel; le second est un peu plus narratif. Pour comprendre simplement les origines et l'évolution de la Physique quantique – Jean Hladik – ellipses – 2008 – 320 pages Très complet. Reprend bien les bases historiques. De même que toutes les notions indispensables pour comprendre cette discipline. Abordable dès le niveau de terminale pour une compréhension générale. Nécessite un niveau supérieur pour apprécier pleinement. L'étrange subtilité quantique – Quintessence de poussières – Amaury Mouchet – Dunod – 2010 – Pour bien comprendre les propriétés quantiques Superposition – David Walton – Roman de science-fiction s'appuyant sur la connaissance actuelle de la mécanique quantique.
Sites	La physique quantique pour les nuls – Serge Boisse Les 7 merveilles de la mécanique quantique – David – Science étonnante Mécanique quantique pour les (quasi) nuls ! Le monde quantique : étrange, méconnu et pourtant familier – Jean-Pierre NOUGIER Mécanique quantique – Wikipédia Quelques éléments sur la mécanique quantique – Nombreux liens vers explications et vidéo
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