page postée le 26 décembre 2014 et modifiée le 11 juin 2018

Après la lecture de cette rubrique consacrée aux bases de la physique quantique vous comprendrez que la dualité onde-corpuscule (expliquée ci-dessous simplement) bouleverse la physique "classique".

Note : j'assume les propos qui suivent car, s'ils s'inspirent souvent de documents trouvés sur Internet, il ne s'agit jamais de copiés/collés ... sauf si je le précise.



<<>><<>><<>>     UN PEU DE PHYSIQUE QUANTIQUE     <<>><<>><<>>

Un atome est constitué d'un noyau autour duquel gravitent des électrons.

Le noyau est composé de protons et de neutrons (toujours le même nombre de protons que d'électrons).

Voici 3 exemples :

      - 1 atome d'hydrogène comprend 1 proton, 1 électron et aucun neutron,
      - 1 atome d'oxygène comprend 8 protons, 8 électrons et 8 neutrons,
      - 1 atome d'uranium comprend 92 protons, 92 électrons et 146 neutrons.

Dans certains cas, la matière est une combinaison d'atomes que l'on appelle molécule.

L'eau, par exemple, est une matière composée de molécules. Chaque molécule d'eau comprend 2 atomes d'hydrogène et 1 atome d’oxygène (d'où le H2O, bien connu).

Les électrons, protons et neutrons sont des PARTICULES.

Les particules ne comprennent pas seulement les électrons, les protons et les neutrons.

Il existe, par exemple, une particule que l'on appelle les photons.

Les photons sont les particules qui transportent l’énergie lumineuse, c'est-à-dire les particules qui transportent la lumière.

L'interaction électromagnétique entre particules est transmise par des photons.

On peut dire que les photons sont des grains de lumière.

Par lumière (celle que nous percevons au quotidien), je parle autant de celle dont la source est le soleil que la couleur renvoyée à nos yeux par les objets qui nous entourent.

(Note non indispensable pour comprendre la suite : la lumière est les ondes électromagnétiques que nous voyons et les couleurs dépendent de la longueur de ces ondes).

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Tous les objets physiques peuvent présenter parfois des propriétés d'ondes et parfois des propriétés de corpuscules.

<> Une ondulation est un mouvement oscillatoire (un déplacement alternativement en deux sens contraires) tel l'effet sur l'eau calme quand on y jette une pierre. Cet effet porte le nom d'onde. Par extension, une ondulation est tout mouvement qui imite celui des ondes.

<> Un corpuscule est un très petit corps. Par exemple, les atomes sont des corpuscules.

Or, une particule est à la fois ondulatoire et corpusculaire.

<< Les électrons, les atomes, les molécules ou même les photons sont tout à la fois de petits corps et des ondes ! C’est la propriété de base du monde quantique. >>

On sait que les particules ne sont ni des corpuscules, ni des ondes, mais "autre chose" (les deux en même temps).

Cet "autre chose" ouvre des propriétés qui sortent des sentiers connus de la physique "classique".

La grosse difficulté avec la physique quantique est d'imager les explications car nous (les humains) avons besoin d'images pour comprendre.

Pour autant l'image simple ci-dessous renvoie assez bien la complexité de la dualité onde-corpuscule :

<> A et B (sur l'image) sont deux sources de lumière. Le cylindre regardé sous deux angles différents nous apparaît tantôt comme un cercle, tantôt comme un rectangle. Pourtant il n'est ni un cercle, ni un rectangle.

<> Ainsi en est-il du photon, de l'électron ou de toute particule élémentaire dont l'image corpusculaire ne serait qu'une facette d'une entité plus complexe.

<> D'où d'ailleurs cette question philosophique : sommes-nous condamnés à n'observer qu'un monde d'apparences trompeuses ?



Voici des applications pratiques où les propriétés des particules sont utilisées :

<> Comme les électrons sont des ondes (comme la lumière) ils éclairent les objets observés par un microscope électronique et permet ainsi des grossissements extrêmement importants.

<> Le rayon laser (la propriété des particules permet de créer un rayon lumineux cohérent (cohérent = qui ne se disperse pas)).

<> Les capteurs photographiques (CCD) des appareils à photos numériques.

La physique quantique nous fournit une description du monde qui va à l’encontre de notre expérience concrète : la téléportation ou les trous de ver dans l'espace sont des vues de science-fiction basées sur des constatations tout à fait sérieuses.

(à suivre)



<<>><<>><<>>     NOTES COMPLEMENTAIRES     <<>><<>><<>>

<<>><<>> Note du 7 mars 2015 (*) <<>><<>>

L'origine de la physique quantique remonte à Max Planck (1858-1947) et à Albert Einstein (1879-1955) qui ont fait le constat que la lumière était composée de grains (des quantas de lumière qui furent appelés "photons"). Ce constat fit apparaître un modèle très surprenant dans un monde jusque-là régi par la physique classique (ou Newtonienne) où était possible de voir cohabiter ensemble la notion d'ondes (phénomène continu) et la notion de corpuscules (phénomène discontinu). La lumière est donc par certains phénomènes une onde et par d'autres phénomènes constituée de grains qui sont des particules. Cette constatation marque le démarrage de la physique quantique. C'est un passage du continu (une onde est, par essence, continue) au discontinu (les particules sont discontinues car ce sont des éléments qui se mesurent en nombre fini et qui sont donc dénombrables). La physique quantique a également permis de constater que les électrons ne tournaient pas autour de leur noyau sur n'importe quelles orbites mais sur des orbites bien définies. Quand un paquet d'énergie (de la chaleur par exemple) vient exciter un électron celui-ci va changer d'orbite, et quand l'électron passe d'une orbite supérieure à une orbite inférieure il libère alors des photons.

(*) Cette note est inspirée de propos tenus par Serge Haroche (physicien français, colauréat du prix Nobel de physique en 2012) tenus lors d'une conférence "Lumière, théorie quantique et cosmologie : les grandes interrogations de la physique" donnée le 18 juin 2013.

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