Une révolution de la physique classique
La physique quantique est un ensemble de théories physiques nées entre 1900 et 1930 et qui cherchent à expliquer le comportement des atomes et des particules : les électrons qui tournent autour du noyau d’un atome par exemple.
Comme la théorie de la relativité, les théories dites « quantiques » marquent une rupture avec ce qu’on appelle maintenant la physique classique, qui regroupe les théories et principes physiques notamment la mécanique newtonienne et la théorie électromagnétique de Maxwell. Certaines propriétés physiques restent inexpliquées avec la physique “classique”
Entre le monde de l’infiniment petit et celui de l’infiniment grand, la physique quantique a apporté une révolution conceptuelle ayant des répercussions sur tous les domaines :
En commençant par la chimie quantique, la physique : mécanique quantique, théorie quantique des champs, physique de la matière condensée, physique nucléaire, physique des particules, physique statistique quantique, astrophysique, gravité quantique, les mathématiques par la formalisation de la théorie des champs , l’informatique ordinateurs quantiques et cryptographie quantique. Sans oublier la philosophie remise en cause du déterminisme et même la littérature avec la science-fiction .
Sans oublier son rôle aux applications technologiques : énergie nucléaire, imagerie médicale par résonance magnétique nucléaire, diode, transistor, circuit intégré, microscope électronique et laser.
Une Théorie qui remet tout en question
“Personne ne comprend vraiment la physique quantique.”
Richard Feynman, l’un des principaux chercheurs dans ce domaine
La raison principale des difficultés qu’on peut avoir face à cette nouvelle révolution de la physique est que le monde quantique (limité à l’infiniment petit, mais pouvant avoir des répercussions à plus grande échelle) se comporte très différemment de l’environnement macroscopique auquel nous sommes habitués.
Ce qui fait qu’il y a des différences fondamentales qui séparent ces deux mondes.
Principales caractéristiques du “Quantique”
- Le principe d’indétermination qui démontre que nous ne pouvons pas donner en même temps avec exactitude la position et la vitesse d’une particule, cette incertitude est structurelle et répond au hasard.
- La superposition des états qui elle démontre à son tour, qu’une particule peut être dans plusieurs états à la fois. Exemple : Un électron qui tourne autour d’un atome peut être sur tous les points de l’orbite en même temps, et à toutes ses vitesses possibles !!!
- L’intrication qui prouve que deux particules peuvent former un système lié : Quand l’une bouge, l’autre aussi. Et cela, quelle que soit la distance entre les deux mais surtout sans aucun échange d’informations.
- La dualité onde-corpuscule qui prouve que les objets quantiques peuvent être décrits au niveau microscopique comme des ondes, ce qui est le cas avec la lumière qui est portée par un photon, une particule, et qui se comporte comme une onde.
Nous avons aussi L’effet tunnel qui décrit que ces derniers peuvent traverser un obstacle, comme une partie du noyau d’un atome le fait avec la radioactivité.
Ces expériences qui ont tout changé !
Parmi les expériences qui ont permis au développement de la physique quantique celle de Thomas Young , qui avait mis en évidence le comportement ondulatoire de la lumière en montrant que deux faisceaux lumineux pouvaient entrer en interférence.
L’expérience des fentes de Young, effectuée avec une seule particule (en faisant en sorte que la source d’émission n’émette qu’un quantum à la fois), montrera qu’un seul électron « interfère avec lui-même » et produit des franges d’interférences au sortir des deux fentes, comme s’il s’agissait de deux flux de particules interférant l’un avec l’autre.
Celle de Stern et Gerlach aussi fut l’une des premières à mettre en évidence la nature purement quantique du monde microscopique et plus particulièrement du spin. Construite en 1921-1922 pour tester l’hypothèse de quantification spatiale, elle ne put obtenir une description théorique satisfaisante que cinq ans plus tard grâce au développement de la mécanique quantique.