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		Sommaire de cette page >>> Approche >>> Théorie des quanta >>> Cas de l'électron >>> Bizarre tout de même! >>> Spin >>> Postulats – Bilan >>> Mécanique quantique – INDEX

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.

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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, mise 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 0 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

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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 Infini et mécanique quantique Longueur d'onde de Compton 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 Révolutions lumineuses Vérification & supercalculateurs Vide quantique

Voir	Mécanique classique Mécanique relativiste
Livre	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.