Introduction à la physique quantique

Mes chers amis, ce nouveau thème totalement inédit aura pour objectif de vous présenter la physique quantique, cette théorie passionnante qui redefinira la vision scientifique au cours du XXIème siècle. Elle permet véritablement une prise de conscience différente mais également beaucoup plus réaliste concernant les phénomènes touchant notamment la nature et la perception de notre réalité. Entre comportement de la matière à l'échelle atomique ( Atomes et molécules...) et nature du rayonnement électromagnétique. Cette théorie apporte nombre de réponses et permet également de contextualiser.

En préambule je voudrais expliquer et définir le rayonnement électromagnétique. Une forme de transfert d'énergie linéaire, un champ électrique associé à un champ magnétique. Comme la lumière, les ondes radio, les rayons X, les rayons gamma... Un exemple concret : La lumière est un rayonnement électromagnétique. Précisons également que la lumière se propage à une très grande vitesse ( 300 000 km/s) elle se diffuse dans l'espace et le temps. Quelle est la composition de la lumière ? La lumière se compose de particules de lumière les photons , elles sont porteuses de lumière et également d'énergie. L'interaction entre la lumière et la matière est connu sous le nom de quantum d'energie, en réalité un echange entre un photon et un atome. Une parfaite transition pour expliquer la théorie des quanta, théorie développée à l'origine par le célèbre physicien Allemand Max Planck ( 1858-1947) lauréat du Prix Nobel en 1918. La constante de Planck notée h sert à décrire la taille des quanta. Le coefficient de proportionnalité entre un photon et sa fréquence associée  E= hv. Il faut savoir également que le Physicien Albert EInstein ( 1879-1955) en faisait réference en 1905 au sujet notamment du quantum. La théorie des quanta fait le lien entre physique classique et physique quantique, elle introduit également la mécanique quantique. 

La physique quantique, une nouvelle perception du monde et de la réalité

                                                                                                                                                                            

La définition du réel semble etre bien différente au sein du monde de l'infiniment petit                                           Max Planck (1858-1947)

                                                                                                                                                                           

                                   

Les origines de la physique quantique ou la naissance de nouvelles interprétations

La physique quantique est née au début du XXème siècle , suite à la découverte majeure concernant l'émission de paquets discontinus d'énergie, la fameuse théorie des quanta. Par exemple la lumière n'est pas à rayonnement continu mais plutot discontinue, elle l'est émise de par des paquets quantifiés et discontinus... Une fois encore la physique quantique surprend de par sa rupture avec la physique historique. Le physicien Niels Bohr (1885-1962)  pour sa découverte de la structure de l'atome en 1913 est souvent cité comme un des pionniers de la physique quantique et c'est également sa rivalité avec Albert Einstein au sujet de l'intrication quantique qui est restée dans l'histoire comme un grand débat liée à la physique quantique. Précisons que l"intrication quantique est un phénomène dans lequel deux particules partagent les memes propriétés, c'est un lien qui unit ces deux particules, elles prennent la meme valeur des qu'elles ont été en contact indépendamment de la distance qui les sépare. Une théorie très intéressante qui pourrait expliquer notamment les synchronicités, ou la relation entre deux personnes... Le prince Louis de Broglie (1892-1987) dans sa thèse en 1924 formule un concept très important qui participe pleinement à la création de la mécanique quantique : L'Hypothèse de De Broglie précise que toute matière est dotée d'une onde associée. Le principe dualité onde - corpuscule. Exemple de la lumière qui se comporte à la fois comme une onde et un flux de particules ( les photons).   Voici la formule   λ = h/p qui illustre la relation de de Broglie , l'équation qui relie la longueur d'onde à la quantité de mouvement. En novembre 1929, le mathématicien Louis de Broglie agé de 37 ans recoit le Prix Nobel pour sa découverte de la nature ondulatoire de l'électron.

                                                                                   

 

                                                                                                                                                              Louis de Broglie ( 1892 - 1987)

Dans un champ allié les grands travaux du co- lauréat du Prix Nobel de physique 1933, le physicien et mathématicien britannique Paul Dirac ( 1902-1984) il formule en 1928 la célèbre équation de Dirac , incorporer la relativité restreinte d'albert Einstein à un modèle quantique. Il est également célèbre pour avoir formulé l'existence de l'antimatière .Elle résulte en un monde mirroir du notre et donc potentiellement de monde parralèle...

                                                                                                                                                                   Paul Dirac ( 1902 - 1984)

Une nouvelle ère technologique pleine d'innovations pour faire triompher l'humanité 

La physique quantique au cours du XXème siecle a permis très concrètement à des innovations majeures de voir le jour.  Le domaine quantique et sa capacité infinie pour creer des inventions extraordinaires. Le GPS, le Laser ou encore le nucléaire ou les horloges atomiques... le domaine microscopique au service de l'humanité. Au sujet du nucléaire, le physicien italien et " l'architecte de l'ère nucléaire"  Enrico Fermi ( 1901 - 1954) créateur de la première pile atomique de l'histoire et donc du premier réacteur nucléaire le 2 décembre 1942. Ces travaux exceptionnels ouvrent la voie à l'énergie nucléaire (l'exploitation commerciale ainsi que la bombe atomique). Se souvenir de la célèbre lettre datant du 2 aout 1939 de Albert Einstein et de Leo Szilard au président américain Franklin D Roosevelt. Cette correspondance est à l'origine du Projet Manhattan.

 

Enrico Fermi lauréat du Prix Nobel est également le directeur de thèse du physicien de génie mystérieusement disparu le 27 mars 1938, Ettore Majorana . A propos d'innovation futuriste, l'ordinateur quantique pourrait utiliser ultérieurement les fermions de Ettore Majorana. 

Une nouvelle théorie pour unifier relativité générale et mécanique quantique

Mes chers amis, nous allons tenter de percer ensemble les ultimes secrets de la physique 

quantique, meme si le grand physicien Richard Feynman disait a son sujet qu'elle etait très

difficilement compréhensible " personne ne comprend vraiment la physique quantique " 

Une nouvelle théorie physique peut - elle etre en capacité d'unifier relativité générale et

mécanique quantique ?

La fameuse " théorie du tout " pourrait unifier ces deux théories physique en apparence si 

éloignées l'une de l'autre.

Je vais donc expliquer brièvement la thèorie de la relativité générale ( 1907 - 1915) et bien

entendu également la théorie de la relativité restreinte (1905) 

                                                                                                                                                               Enrico Fermi ( 1901 - 1954)

La relativité restreinte de Albert Einstein ( Annus Mirabilis 1905) plus précisement le 28 septembre 1905 va engendrer une révolution dans l'histoire contemporaine. Les postulats de Einstein alors agé de 26 ans et employé de l'Office des brevets de Berne en Suisse sont à l'origine d'une toute nouvelle vision scientifique. Cette théorie qui transforme historiquement la physique,  énonce que la vitesse dilate le temps : en effet le temps s'ecoule de facon plus lente pour un observateur qui se déplace rapidement que pour un autre oberservateur resté fixe ou se déplacant de facon plus lente. L'experience des horloges atomiques fut probante mais nous devons incorporer la vitesse de la lumière ( 300 000 km/s) à l'observation pour pouvoir réelement constater ce phénomène surprenant . La dilatation du temps et donc la déformation de l'espace-temps. Trois dimensions de l'espace et également celle du temps. Depuis l'oeuvre de Albert Einstein nous savons que la l'espace et le temps sont liés intimement , ils forment un tout : l'espace - temps. Une rupture est donc marquée depuis la physique newtonienne. La celèbre formule  e=mc2  exprime l'équivalence entre la masse et l'énergie. 

     Albert Einstein ( 1879-1955)