Histoire quantique

Petite histoire...

 

     La physique nous permet de comprendre le monde réel dans lequel nous vivons. Mais il existe deux mondes : un qui est tangible qu'on peut appréhender grâce à nos organes sensoriels qui construisent en très grande partie notre réalité et un autre qui nous fait prendre conscience de l'inefficacité de nos organes sensoriels pour l'appréhender. Mais l'homme grâce à son intelligence a pu créer des outils lui permettant de perfectionner ses organes sensoriels : microscopes, lunettes, télescopes pour prolonger sa vue par exemple, afin d'atteindre une réalité plus large : le macrocosme et le microcosme (L'infiniment grand et l'infiniment petit). Cette science physique nous permettrait donc de comprendre le fonctionnement des choses. Il s'agirait donc d'une science unique.

Cependant nous assistons à une rupture dans le monde de la physique depuis le début du 20ème siècle.

D'un côté nous avons la physique classique amenée principalement par Isaac Newton qui décrit le monde macroscopique régit par des lois du déterminisme, et de l'autre nous avons la physique quantique amenée par Albert Einstein et qui décrit le monde microscopique régit par des lois de probabilité.

Ces deux physiques sont rigoureusement exactes et leurs applications sont concrètes et observables tous les jours... mais ces deux physiques semblent être en oppositions radicales, défiant même notre rationalité. Les physiciens doivent pourtant faire avec pour comprendre le réel... et leur objectif : trouver une physique qui allie la physique classique ET la physique quantique. La physique quantique n'est donc pas à remettre en question, il s'agit de faire évoluer notre compréhension du monde en sortant de nos croyances limitantes.

   Un physicien allemand Max Planck en 1900, avec ses travaux sur le corps noir a fait naître la physique quantique. A la fin du XIXème siècle, Lord Kelvin annonçait "La science physique forme aujourd'hui, pour l'essentiel, un ensemble parfaitement harmonieux, un ensemble pratiquement achevé !". Beaucoup à cette époque partageaient son opinion. Mais, comme le dit Lord Kelvin lui-même, il reste deux petits nuages sombres: Michelson et Morley montrent que la vitesse de la lumière est constante (indépendante du sens de rotation de la terre), et la loi de Rayleigh & Jeans, qui prévoit le rayonnement d'un corps noir en fonction de sa température, est en désaccord profond avec l'expérience.

Il est facile, aujourd'hui, de s'amuser de la naïveté de Lord Kelvin lorsque l'on sait que ces deux petits nuages, vont devenir respectivement Relativité et Mécanique quantique. Max Planck propose, en 1900, de supposer une discontinuité dans le rayonnement des corps noirs: le rayonnement ne peut se faire qu'à certaines valeurs d'énergie, multiples entières d'une constante fondamentale. Sans proposer de réelles interprétations à son idée, ni même de justification théorique, Planck constate que cette hypothèse permet de réconcilier théorie et expérience. La première discontinuité fondamentale est introduite, et avec elle la mécanique quantique pointe le bout de son nez. Einstein pose la deuxième pierre, en émettant l'hypothèse que la lumière est composée de grains (photons). Là encore, la contradiction avec la conception classique d'une lumière ondulatoire est gênante pour les physiciens. De Broglie, dans sa thèse de doctorat, va "soulever un coin du voile", comme le dira Einstein, en postulant que toute particule peut être vue comme une onde, et vice versa. La dualité onde-corpuscule permet d'expliquer des phénomènes incompris jusqu'alors.

C'est cette vision de De Broglie, que Korzybski nomme la première mécanique quantique, et que les physiciens appellent parfois mécanique ondulatoire. A partir de cette théorie de De Broglie, Schrödinger va construire la première mécanique quantique, fondée sur les fonctions d'onde et sur le Principe de Correspondance (voir plus loin).

Heisenberg, Dirac, Born et Jordan, construisent, indépendamment, en 1925, un édifice d'une complexité mathématique plus importante, mais qui s'avère plus fécond, à l'aide de la théorie des matrices (qui sont des tableaux de nombres pouvant représenter des fonctions). C'est cette "mécanique des matrices" que Korzybski appelle "newer quantum mechanics".

Enfin von Neumann et Landau en proposent une reformulation originale, offrant une plus grande souplesse et permettant de traiter de systèmes plus grands, par le biais de la physique statistique.

 

______________________

compteur site