NOMBRES - Curiosités, théorie et usages

 

Accueil                           DicoNombre            Rubriques           Nouveautés      Édition du: 04/03/2011

Orientation générale        DicoMot Math          Atlas                   Références                     M'écrire

Barre de recherche          DicoCulture              Index alphabétique                               

     

Physique

 

Débutants

Général

Physique

QUANTIQUE

 

Glossaire

QUANTIQUE

 

 

INDEX

QUANTIQUE

Notion

Introduction

Hasard

Historique

Nombres

Schrödinger

Exclusion

 

Sommaire de cette page

>>> Diptyque de la physique quantique

>>> Précision

>>> Expérience de Young

>>> Déterminisme sous-jacent

 

 

 

 

 

PHYSIQUE QUANTIQUE

& HASARD

Si on veut y voir de plus près, la nature nous offre des exemples de situations qu'elle choisit au hasard.

Il est impossible de voir toute la réalité, mais seulement l'échantillon qu'elle veut bien nous montrer.

 

 

 

DIPTYQUE de la physique quantique

Déterministe 

Probabiliste

La physique quantique est un modèle qui estime l'évolution des systèmes physiques isolés.

L'aspect probabilistique  se manifeste lors des opérations de mesure.

Elle fait intervenir un vecteur d'état.
Synonyme: fonction d'onde.

On mesure les grandeurs:
Position, vitesse, énergie …

Espace de dimension infinie (espace de Hilbert).

Équation déterministe:
équation de Schrödinger.

Projette le système dans l'un de ses états propres.

Par une sorte de tirage au sort.

La physique quantique serait purement déterministe, s'il n'y avait pas d'observateur.

Un tout global, holistique.

Mesurer, c'est tirer au sort. C'est observer le tout sous l'une de ses facettes. C'est faire un instantané photo d'un des états compris dans le tout.

Le vecteur d'état est la somme des divers états propres du système. Une somme des états propres de la grandeur que l'on va mesurer.

Faire la mesure, projette le système vers l'un de ses états propres.

Statistique de tous les états

Une instance de ces états

  

 

PRÉCISION de cette théorie

 

Exemple avec le moment magnétique de l'électron

 

Dans un champ magnétique, l'électron se comporte comme un petit aimant. Il possède un moment magnétique. Sa valeur est connue avec une grande précision qui vérifie la théorie quantique.

 

                 1,001 159 652 21 ± 4         Mesuré

                 1,001 159 652 46 ± 20       Calculé

 

Accord spectaculaire entre théorie et expérience.

Cette précision de 4 10-9 représente 1 mm sur 4 000 km.

 

Si on mesurait la distance de New York à Los Angeles avec la même précision, la différence de dépasserait pas l'épaisseur d'un cheveu !   Feynman


La physique quantique ne permet pas de prévoir le résultat d'une mesure.

Elle permet de calculer les valeurs possibles et leur probabilité.

Mais la mesure elle-même est très précise.

 

 

 

EXPÉRIENCE des trous de YOUNG (1801)

 

Un émetteur (E) de lumière et un récepteur (R). Sur la trajectoire de la lumière un cache percé de deux trous (A et B).

 

En optique géométrique: la lumière ne passe que si l'un des trous est aligné avec E et R. La lumière se propage en ligne droite.

 

 

En physique quantique: un photon émis par E a toujours une certaine probabilité de frapper le récepteur R, quelle que soit la position des trous A ou B.

Il a même une probabilité d'être passé par A et, une autre d'être passé par B. On ne pourra jamais dire quel chemin il a pris.

 

En effet, on observe en R des franges d'interférences qui prouvent que le photon est passé à la fois par A et par B. Si on cherche à piéger le photon, en plaçant un détecteur en A et un en B, le photon passe par A ou par B et les franges disparaissent ! L'observation a perturbé le phénomène. Mesurer, c'est précipiter le système dans l'un de ses états.

 

Non seulement, Young observa les interférences, mais il remarqua aussi que celles-ci étaient courbées (hyperboles). La périodicité lui permit de calculer la longueur d'onde des vibrations lumineuses (distance entre deux crêtes, par exemple) en s'appuyant sur les travaux sur la diffraction de Grimaldi et de Newton.

 

Thomas Young (1773-1829), britannique, outre la découverte des interférences lumineuses et la confirmation de la nature ondulatoire de la lumière, il contribua au déchiffrement des hiéroglyphes égyptiens avec Champollion.

 

 

  

DÉTERMINISME SOUS-JACENT

Qui tire au sort ?

 

En voulant effectuer une observation, un état propre se manifeste.

Lequel? On ne se sait pas a priori. Comme s'il était tiré au sort. Mais qui tire au sort?

 

Existe-il des variables cachées qui fixent cette sélection?

 

Comme les aiguilles de la montre qui avancent comme par mystère, tant qu'on ne connaît pas le mécanisme interne des rouages. Comme un jeu de cartes dont l'observateur ne verrait que le dos des cartes. Comme un jeu de football dont le spectateur ne verrait que les joueurs et pas le ballon.

 

Einstein a tenté désespérément de trouver une solution. Encore aujourd'hui, on ne peut que s'en remettre au hasard pour expliquer ces choix. On n'a pas réussi à trouver un déterminisme sous-jacent.

 

 

 

 

Suite

*    Équation de Schrödinger

*    Autres pages sur la physique quantique

Voir

*    Mécanique classique

*    Mécanique relativiste