Bonjour, on entend parler tous les jours de physique quantique. Mais quelqu'un peut-il me dire avec des mots simples et des exemples ce qu'est la physique quantique car ce mot me parait totalement abstrait ? J'ai bien regardé sur quelques sites mais j'ai l'impression qu'il n'y a que des BAC + 12 qui peuvent comprendre. Qu'est ce qui différencie la physique quantique de la physique "traditionnelle" et depuis quand parle t-on de physique quantique ? Merci.
Bonjour,
Je pense que l'introduction de l'article de wikipedia est plutôt bien :
En lisant la suite, tu risques d'avoir plus de difficultés à comprendre (moi aussi), mais à ce moment-là tu poseras des questions plus précises...La physique quantique est l'appellation générale d'un ensemble de théories physiques nées au XXe siècle qui, comme la théorie de la relativité, marquent une rupture avec ce que l'on appelle maintenant la physique classique, l'ensemble des théories et principes physiques admis au XIXe siècle. Les théories dites « quantiques » décrivent le comportement des atomes et des particules, ce que la physique classique, notamment la mécanique Newtonienne et la théorie électromagnétique de Maxwell, n'avaient pu faire, et permettent d'élucider certaines propriétés du rayonnement électromagnétique. La physique quantique heurte le sens commun à plusieurs égards. Sa description du monde microscopique, radicalement nouvelle, s'appuie sur de nouveaux postulats.
Salut,
Pour des exemples : la physique quantique s'applique aux propriétés de tout ce qui est à l'échelle atomique. Aux propriétés de certains matériaux (supraconducteurs, superfluides). Aux propriétés des conducteurs, isolants et semi-conducteurs, etc....
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Bonjour,
La physique classique et ses outils mathématiques sont fondés sur l'hypothèse de milieux continus: elle prédit les phénomènes au niveau macroscopique.
Mais en "zoomant" au niveau micro-scopique ou plutôt même nano-scopique, on s'aperçoit que la matière est discontinue, constituée de particules avec énormément de vide entre elles.
La physique quantique est la physique des quanta (un quantum, des quanta); on peut traduire quantum par "unité". Au niveau mathématique, ça se traduit par la "discrétisation", donc il faut utiliser des outils mathématiques adaptés (statistique, probabilités).
Le niveau macroscopique et le niveau quantique sont reliés par le principe de correspondance (énoncé par Niels Bohr en 1923): les prédictions doivent correspondre, dès lors que le nombre de quanta en jeu est suffisamment grand.
Mais a contrario, pour un nombre de quanta insuffisant pour constituer un phénomène macroscopique, la correspondance entre les deux niveaux est impossible. D'où de soi-disant "paradoxes", qui ont fait couler tellement d'encre...
Dernière modification par Nicophil ; 29/05/2012 à 13h57.
Bonjour astrologueEnvoyé par astrologue
on en parle depuis que les physiciens se sont aperçu qu'il y a une différence entre le monde macroscopique et le monde nucléaire.
A ces distances la matière se propage comme une onde électromagnétique et se détecte comme un corpuscule, ce qui donne des comportements qui n'ont pas d'équivalent à notre échelle.
Un exemple simple : tu frappes dans un ballon pour le faire grimper au sommet d'un volcan mais tu n'as jamais assez de puissance pour y parvenir donc tu n'y parviens jamais, quel que soit le nombre d'essais.
En mécanique quantique, une particule peut se comporter comme si elle se frayait un tunnel dans la roche et se retrouve parfois dans le trou du volcan alors qu'elle n'avait pas l'énergie suffisante pour passer par le sommet. (toutes proportions gardées)
Autrement dit, si les particules n'étaient que de simples billes elles n'auraient pas ce comportement.
Voilà un des aspects de la MQ, ce n'est pas le plus bizarre.
L'electronique, c'est fantastique.
Salut,
Je n'avais pas fait attention à cette question, merci à curieuxdenature d'avoir attiré l'attention dessus.
Je ne sais pas qui ou quand on a inventé le terme.
Mais dans l'esprit, je dirais 1905.
C'est l'étude de l'effet photoélectrique par Einstein qui a montré indubitablement que la lumière se comporte autant comme une particule que comme une onde. Deux notions fortement incompatibles. Cela avait déjà été suggéré par l'étude de Planck du corps noir en 1900 mais sans franchir le pas. A partir de 1905 on pouvait vraiment parler de "quantum".
Bohr a sorti son modèle de l'atome mélangeant des lois classiques et quantiques (quantification des niveaux d'énergie de l'électron) en 1913. Il se basait en particulier sur la loi de Balmer (propriété des raies spectroscopiques, découverte en 1885 suite aux mesures de Angström, et sur la découverte de Rutherford en 1911 que les atomes sont constitués d'un noyaux positif petit et lourd avec des électrons légers tournant autour (ce qui est incompatible avec les lois classiques de l'électromagnétisme).
Vers 1925 Heisenberg formule la première théorie quantique véritable, matricielle.
En 1926 Schrödinger formule la mécanique quantique ondulatoire.
En 1930 Dirac montre que les deux théories sont équivalentes.
C'est très très très résumé, ce fut une naissance mouvementée pleine d'acteurs, de rebondissements, de découvertes,... Et l'ensemble plonge ses racines dans les très nombreux travaux du dix-neuvième siècle. Et l'histoire se poursuit encore de nous jours, même sur les fondements (travaux du groupe Zeilinger, par exemple, ou, plus ancien, l'épopée de Einstein - Podolsky - Bohr - Bell - Aspect).
C'est une histoire riche et passionnante.
Dernière modification par Deedee81 ; 31/05/2012 à 08h09.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Bonjour.
Pour ce type d'interrogation, le Dictionnaire de l'Académie est le bon site pour le français: 1924 (N. R. Campbell, Théorie Quantique des Spectres).
Pour l'anglais je l'ai trouvé ici:
" The word "quantum" comes from the Latin "quantus," for "how much." "Quanta" meaning short for "quanta of electricity" was used in a 1902 article on the photoelectric effect by Philipp Lenard, who credited Helmholtz for using the word in the area of electricity."
Au revoir.
Salut,
Ah, je ne savais pas. C'est intéressant merci,
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
La physique quantique présente un paradoxe unique dans l'histoire des sciences: Pour comprendre le monde macroscopique ( pourquoi par exemple une table ne s'écroule pas sur elle-même, alors que c'est justement ce qui devrait se produire avec les lois de la physique classique), il faut admettre l'inadmissible, à savoir le hasard (quantique), la dualité onde/corpuscule au niveau microscopique.
C'est tout de même fascinant que de l'incertitude microscopique puisse émerger le déterminisme macroscopique!
C'est une approche contre-intuitive, inverse de celle du chaos où l'indétermination émerge du déterminisme.
Il est peut-être utile de développer ce point pour répondre à la première partie de la question du message #1, et en particulier expliquer que la physique quantique tire son origine bien plus des théories sur la lumière que sur le monde microscopique.
Newton, fin XVIIème, pensait que la lumière était composée de particules, et avait bâti une théorie qui marchait bien pour les expérimentations connues à l'époque.
Cette théorie s'est révélée par la suite inadaptée à expliquer des phénomènes comme la diffraction ou la polarisation. Fresnel au tout début du XIXème proposa une théorie ondulatoire de la lumière, qui marchait bien, et cette théorie fut considérée comme la bonne au XIXème, surtout avec l'éclatante démonstration de Maxwell, qui unifia l'électro-magnétisme et la lumière, en montrant que la lumière se comportait exactement comme une onde électro-magnétique dans une certaine plage de fréquences.
Ce n'est que vers la fin du XIXème qu'apparurent des expériences dont les résultats étaient incompatibles avec la théorie ondulatoire de la lumière, en particulier et principalement l'effet photo-électrique, découvert en 1887.
Einstein en 1905, ce dont parle Deedee, montra qu'on pouvait expliquer l'effet photo-électrique en revenant à une théorie corpusculaire de la lumière. Mais ce faisant il ne fit que mettre à jour une énorme difficulté, puisqu'un paquet d'autres expériences n'étaient explicables que par une théorie ondulatoire de la lumière. Einstein ne proposa aucune solution, il ne fit que pointer du doigt le fait qu'on pouvait expliquer par une théorie corpusculaire les expériences rétives à une explication par la théorie ondulatoire !
Or certaines expériences sont totalement rétives à une explication par des corpuscules. Une simple, faisable par n'importe qui, consiste à prendre trois polarisateurs linéaires : on en met deux l'un derrière l'autre avec des orientations telles que la lumière ne peut pas passer à travers l'un puis l'autre. Et la constatation étonnante est que rajouter le troisième entre les deux, avec une orientation différente de l'un ou l'autre des deux premiers fait qu'une partie de la lumière passe. Le rajouter devant ou derrière ne change rien, mais le rajouter entre les deux fait passer de "rien ne passe" à "quelque chose passe". Une explication par une théorie ondulatoire est disponible, mais pas avec une théorie corpusculaire.
La situation en 1905 était donc que la plupart des expériences sur la lumière s'expliquaient bien avec une théorie ondulatoire, et que celles qui faisaient exception pouvaient s'expliquer par une théorie corpusculaire qui, par contre, était totalement incapable d'expliquer toutes les expériences.
La physique quantique est la réponse à cette contradiction apparemment insoluble.
D'autres contradictions sont apparues à peu près à la même époque, avec la théorie atomique. La question clé était "pourquoi les électrons ne tombent pas sur le noyau ?". L'électro-magnétisme de Maxwell, qui est aussi la version aboutie de la théorie ondulatoire de la lumière, prédisait cette chute et donc l'instabilité d'un atome tel qu'il était proposé à l'époque. Ce qui, évidemment, était en pleine contradiction avec l'évidence de la stabilité des atomes supposés par la théorie atomique.
Les physiciens se sont donc penchés sur l'électro-magnétisme, et sur comment combiner les équations de Maxwell ("ondulatoires") avec des interactions entre le champ électro-magnétique et la matière qui s'expliquaient mieux avec une théorie corpusculaire du champ électro-magnétique, ou, plus précisément, avec une théorie décrivant l'interaction entre le champ électro-magnétique et la matière (les électrons, le noyau, ...) comme l'émission et l'absorption de particules.
Combiner les deux tel quel était impossible, et ce qui a été obtenu, la physique quantique, n'est ni une théorie ondulatoire, ni une théorie corpusculaire, mais une théorie telle qu'une approche ondulatoire en est une bonne approximation dans certains cas (on retrouve ainsi Maxwell et Fresnel), et une approche corpusculaire une bonne approximation dans d'autres (l'effet photo-électrique). L'avantage est que l'approche "physique quantique" explique aussi les cas rétifs aux approximations classiques, comme la stabilité du noyau.
Le succès de la physique quantique a été énorme lorsqu'elle a été étendue, suite à la réflexion de de Broglie, à toutes les particules. La lumière, archétype de l'ondulatoire, se voyait parée de "propriétés corpusculaires" (i.e., des expériences s'expliquaient par une approximation de type corpusculaire pour décrire la lumière), et réciproquement l'électron, archétype du corpusculaire, se voyait paré de "propriétés ondulatoires" (i.e., des expériences s'expliquaient par une approximation de type ondulatoire pour décrire l'électron).
La physique quantique est une sorte d'unification "contre-nature", par des mathématiques de haut niveau, de théories approximatives de type ondulatoire et de théories approximatives de type corpusculaire. L'aboutissement du dilemme posé fin XIXème par la théorisation de la lumière et de l'électro-magnétisme, est une théorie de physique quantique, la QED, abréviation anglophone pour l'électro-dynamique quantique.
"Contre-nature" du moins pour nous pauvres humains qui sont à l'aise avec les visions classiques, la corpusculaire et l'ondulatoire, mais pas du tout avec la physique quantique. Manque de pot, les expériences sont compatibles avec la physique quantique, reléguant les visions classiques au rang de simples approximations (ce qui ne les rend pas moins utiles) ...
Dernière modification par Amanuensis ; 31/05/2012 à 11h09.
Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.
Salut,
Le passage du quantique au classique n'est en effet pas si trivial et nécessite d'examiner pas mal de choses (cela rend le sujet assez vaste).
Par contre on a déjà cette émergence au niveau classique (c'est aussi un des points à prendre en compte pour le passage du quantique au classique) : la physique statistique. Elle explique pourquoi un gaz (par exemple) si chaotique au niveau moléculaire a, au niveau macroscopique, un comportement bien déterminé (avec température, pression, etc... global et stable).
Pour le quantique il faut aussi ajouter les statistiques quantiques, le principe de correspondance, l'équivalent de l'optique géométrique (pour les trajectoires), la décohérence, et même l'interprétation de la MQ intervient.
Amanuensis,
Merci pour cette longue description. Ce serait bien qu'astrologue vienne faire un petit coucou pour lui dire si toutes ces explications lui conviennent
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
bonjour
A mon niveau,je vais dire que la physique quantique est la branche de la physique qui permet d'expliquer au mieux les échanges d'informations entre la matière et le rayonnement.elle se base sur la quantification(les échanges d'énergie entre la matière et le rayonnement ne peuvent se faire que par paquets ou quanta d'énergie de valeur E=h.f ),sur le principe d'incertitude de heisenberg (qui rend compte des erreurs de mesure sur les grandeurs physiques à l'échelle microscopique)... elle a été adoptée au détriment de la mécanique classique car celle-ci ne permettait pas d'expliquer certains phénomènes(effet photoélectrique...) de nature microscopique.
Salut,
la MQ c'est des calculs dont personne ne comprend le sens
Cordialement
Ludwig
