\nVous<\/strong>(marmonnant ): <\/em>Je n’arrive tout simplement pas \u00e0 comprendre.<\/p>\n
Elle<\/strong> : Passe-moi les noix. Fin du 19\u00e8me si\u00e8cle. De nombreux physiciens ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9\u00e7us jusqu’\u00e0 ce que l’un d’entre eux brise la tendance g\u00e9n\u00e9rale: il s’agissait de l’Allemand Max Planck. En 1900, Planck a fait une perc\u00e9e conceptuelle audacieuse lorsqu’il a d\u00e9clar\u00e9 que l’ancienne th\u00e9orie n\u00e9cessitait un saut quantique (il a emprunt\u00e9 le mot quantum<\/em>, signifiant \u00abquantit\u00e9\u00bb, du latin). L’\u00e9mission de lumi\u00e8re provenant d’objets chauds, comme le bois br\u00fblant ou le soleil, est provoqu\u00e9e par des \u00e9lectrons, de minuscules charges \u00e9lectriques oscillantes. Ces \u00e9lectrons absorbent l\u2019\u00e9nergie d\u2019un environnement chauff\u00e9, comme une chemin\u00e9e, puis la restituent sous forme de rayonnement. Cette partie de l\u2019ancienne physique \u00e9tait correcte, mais la physique classique pr\u00e9disait que le rayonnement \u00e9mis devait \u00eatre riche en ultraviolet, ce que nos observations contredisaient. Planck (tr\u00e8s courageusement) a annonc\u00e9 que le probl\u00e8me de l’\u00e9mission de diff\u00e9rentes quantit\u00e9s de lumi\u00e8re ultraviolette pourrait \u00eatre r\u00e9solu en supposant que les \u00e9lectrons \u00e9mettent ou absorbent de l’\u00e9nergie uniquement dans certaines parties discr\u00e8tes, qu’il a appel\u00e9es \u00abquanta\u00bb d’\u00e9nergie.<\/p>\n Pour comprendre la signification d\u2019un quantum d\u2019\u00e9nergie, consid\u00e9rons cette analogie. Comparez le cas d’une balle roulant dans un escalier avec le cas d’une balle roulant sur un plan inclin\u00e9 (Fig. 1), qui peut occuper n’importe quelle position sur le plan inclin\u00e9, et sa position peut changer de n’importe quelle ampleur. Il s\u2019agit donc d\u2019un mod\u00e8le de continuit\u00e9 qui repr\u00e9sente notre fa\u00e7on de penser en physique classique. En revanche, une boule dans un escalier ne peut se trouver que sur une marche ou une autre; sa position (et son \u00e9nergie, qui est associ\u00e9e \u00e0 la position) est \u00abquantifi\u00e9e\u00bb.<\/p>\n Fig. 1.<\/strong> Vous pouvez objecter: que se passe-t-il lorsque la balle tombe d\u2019un pas \u00e0 un autre ? N’occupe-t-il pas des positions interm\u00e9diaires lors de sa descente ? C\u2019est l\u00e0 qu\u2019intervient le caract\u00e8re inhabituel de la th\u00e9orie quantique. Pour une boule sur une \u00e9chelle, la r\u00e9ponse doit \u00e9videmment \u00eatre positive, mais pour le cas d’une boule quantique (atome ou \u00e9lectron), la th\u00e9orie de Planck donne une r\u00e9ponse n\u00e9gative. Une boule quantique ne peut jamais se trouver dans une position interm\u00e9diaire entre deux \u00e9tapes; il est soit sur l’un, soit sur l’autre. C’est une discontinuit\u00e9 quantique.<\/p>\n Alors pourquoi ne pouvez-vous pas bronzer gr\u00e2ce \u00e0 un foyer au bois? Imaginez un pendule dans le vent. Habituellement, dans une telle situation, le pendule oscille, m\u00eame si le vent n’est pas tr\u00e8s fort. Supposons cependant que le pendule ne puisse absorber de l\u2019\u00e9nergie que dans des portions discr\u00e8tes de grande ampleur. En d\u2019autres termes, c\u2019est un pendule quantique. Et alors? Il est clair que si le vent n\u2019est pas capable de produire en une seule \u00e9tape la forte augmentation d\u2019\u00e9nergie requise, le pendule ne bougera pas. Absorber de petites quantit\u00e9s d\u2019\u00e9nergie ne lui permettra pas d\u2019accumuler suffisamment d\u2019\u00e9nergie pour franchir le seuil. Il en va de m\u00eame pour les \u00e9lectrons oscillants dans une chemin\u00e9e. De petits sauts quantiques produisent un rayonnement basse fr\u00e9quence, mais le rayonnement haute fr\u00e9quence n\u00e9cessite de grands sauts quantiques. Un saut quantique important doit \u00eatre provoqu\u00e9 par une grande quantit\u00e9 d\u2019\u00e9nergie pr\u00e9sente dans l\u2019environnement entourant l\u2019\u00e9lectro; L\u2019\u00e9nergie du bois br\u00fbl\u00e9 dans un foyer n\u2019est tout simplement pas assez forte pour cr\u00e9er les conditions n\u00e9cessaires \u00e0 la production de grandes quantit\u00e9s de lumi\u00e8re bleue, sans parler de la lumi\u00e8re ultraviolette. C\u2019est la raison pour laquelle vous ne pouvez pas bronzer assis pr\u00e8s de la chemin\u00e9e.<\/p>\n Pour autant que nous le sachions, Planck \u00e9tait un scientifique assez traditionnel et h\u00e9sitait \u00e0 rendre publiques ses id\u00e9es sur les quanta d\u2019\u00e9nergie. Il faisait m\u00eame ses calculs debout, comme c’\u00e9tait l’usage en Allemagne \u00e0 cette \u00e9poque. Il n’aimait pas particuli\u00e8rement les cons\u00e9quences de son id\u00e9e innovante; cependant, il est devenu clair pour les scientifiques qui allaient pousser la r\u00e9volution beaucoup plus loin qu’ils indiquaient une mani\u00e8re enti\u00e8rement nouvelle de comprendre notre r\u00e9alit\u00e9 physique.<\/p>\n L’un de ces r\u00e9volutionnaires \u00e9tait Albert Einstein. Au moment o\u00f9 il publie son premier article de recherche sur la th\u00e9orie quantique, il travaille comme employ\u00e9 \u00e0 l’Office des brevets de Zurich (1900). Remettant en question l\u2019id\u00e9e alors populaire de la nature ondulatoire de la lumi\u00e8re, Einstein a \u00e9mis l\u2019hypoth\u00e8se que la lumi\u00e8re existe dans l\u2019id\u00e9e d\u2019un quantum \u2013 un faisceau discret d\u2019\u00e9nergie \u2013 que nous appelons maintenant un photon. Plus la fr\u00e9quence de la lumi\u00e8re est \u00e9lev\u00e9e, plus chaque faisceau poss\u00e8de d\u2019\u00e9nergie.<\/p>\n Le physicien danois Niels Bohr fut un r\u00e9volutionnaire encore plus grand. En 1913, il utilisa l’id\u00e9e du quantum de lumi\u00e8re pour formuler l’hypoth\u00e8se selon laquelle le monde atomique tout entier est rempli de sauts quantiques. On nous a tous appris que l\u2019atome est comme un syst\u00e8me solaire miniature, que les \u00e9lectrons tournent autour du noyau un peu comme les plan\u00e8tes tournent autour du soleil. Vous serez peut-\u00eatre int\u00e9ress\u00e9 de savoir que ce mod\u00e8le, propos\u00e9 par le physicien anglais Ernest Rutherford, pr\u00e9sentait un d\u00e9faut crucial que les travaux de Bohr ont corrig\u00e9.<\/p>\n Imaginez un essaim de satellites en orbite qui sont lanc\u00e9s assez r\u00e9guli\u00e8rement depuis la Terre \u00e0 l’aide de fus\u00e9es spatiales. Ces satellites n’existent pas \u00e9ternellement. En raison de la collision avec l’atmosph\u00e8re terrestre, ils perdent de l’\u00e9nergie et ralentissent leur mouvement. Leurs orbites se r\u00e9tr\u00e9cissent et ils finissent par tomber sur Terre (Fig. 2).<\/p>\n Fig. 2.<\/strong> Selon la physique classique, les \u00e9lectrons entourant le noyau atomique perdraient \u00e9galement de l\u2019\u00e9nergie en raison de l\u2019\u00e9mission continue de lumi\u00e8re et finiraient par tomber dans le noyau. Le mod\u00e8le plan\u00e9taire de l\u2019atome est donc instable. Cependant, Bohr (qui aurait vu le syst\u00e8me plan\u00e9taire de l’atome dans un r\u00eave) a cr\u00e9\u00e9 un mod\u00e8le stable de l’atome en utilisant l’id\u00e9e d’un saut quantique.<\/p>\n Supposons, dit Bohr, que les orbites des \u00e9lectrons soient discr\u00e8tes, comme les quanta d’\u00e9nergie de Planck. Les orbites peuvent alors \u00eatre consid\u00e9r\u00e9es comme formant une \u00e9chelle d\u2019\u00e9nergie (Fig. 3). Ils sont stationnaires \u2013 la quantit\u00e9 de leur \u00e9nergie reste inchang\u00e9e. Lorsqu\u2019ils se trouvent sur ces orbites quantifi\u00e9es, les \u00e9lectrons n\u2019\u00e9mettent pas de lumi\u00e8re. Un \u00e9lectron \u00e9met un quantum de lumi\u00e8re uniquement lorsqu\u2019il saute d\u2019une orbite d\u2019\u00e9nergie sup\u00e9rieure \u00e0 une orbite inf\u00e9rieure (d\u2019un \u00e9chelon d\u2019\u00e9nergie plus \u00e9lev\u00e9e de l\u2019\u00e9chelle \u00e0 un \u00e9chelon inf\u00e9rieur). Ainsi, si un \u00e9lectron se trouve sur l\u2019orbite d\u2019\u00e9nergie la plus basse, il n\u2019a pas de niveau inf\u00e9rieur vers lequel sauter. Cette configuration de base est stable et l\u2019\u00e9lectron n\u2019a aucune chance de tomber dans le noyau. Tous les physiciens ont accueilli le mod\u00e8le atomique de Bohr avec un soupir de soulagement.<\/p>\n Fig. 3.<\/strong> Bohr a coup\u00e9 la t\u00eate de l’Hydre de l’Instabilit\u00e9, mais une autre a pouss\u00e9 \u00e0 sa place. Selon Bohr, un \u00e9lectron ne peut jamais occuper aucune position entre les orbites; ainsi, lorsqu’il effectue un saut, il doit d’une mani\u00e8re ou d’une autre se transf\u00e9rer directement sur une autre orbite. Il ne s\u2019agit pas d\u2019un saut orbital dans l\u2019espace, mais de quelque chose de radicalement nouveau. Bien qu’il puisse \u00eatre tentant d’imaginer le saut d’un \u00e9lectron comme un saut d’un barreau \u00e0 un autre, l’\u00e9lectron effectue le saut sans traverser l’espace entre les barreaux. Au contraire, il semble dispara\u00eetre d\u2019un pas \u00e0 l\u2019autre pour r\u00e9appara\u00eetre sur un autre \u2013 sans aucune transition continue. De plus, il est impossible de dire o\u00f9 il va sauter s’il y a plus d’une marche inf\u00e9rieure entre laquelle il peut choisir. Seules des pr\u00e9dictions probabilistes peuvent \u00eatre faites.<\/p>\n Vous avez peut-\u00eatre remarqu\u00e9 quelque chose d’\u00e9trange \u00e0 propos du concept quantique de la lumi\u00e8re. Dire que la lumi\u00e8re existe sous forme de quanta, de photons, revient \u00e0 dire que la lumi\u00e8re est constitu\u00e9e de particules comme des grains de sable. Cependant, une telle affirmation contredit largement l’exp\u00e9rience quotidienne que nous acqu\u00e9rons lorsque nous traitons de la lumi\u00e8re.<\/p>\n Imaginez, par exemple, regarder un r\u00e9verb\u00e8re lointain \u00e0 travers le tissu d’un parapluie en tissu. Vous ne verrez pas passer un flux continu de lumi\u00e8re, comme on pourrait s’y attendre si la lumi\u00e8re \u00e9tait compos\u00e9e de minuscules particules (mettez du sable dans un tamis et vous verrez ce que je veux dire). Au lieu de cela, vous verrez un motif de bordures sombres et claires altern\u00e9es, techniquement appel\u00e9 motif d\u2019interf\u00e9rence. La lumi\u00e8re se courbe dans et autour des fils du tissu, cr\u00e9ant un motif que seules les vagues peuvent cr\u00e9er. Ainsi, m\u00eame notre exp\u00e9rience quotidienne montre que la lumi\u00e8re se comporte comme une onde.<\/p>\n Cependant, la th\u00e9orie quantique insiste sur le fait que la lumi\u00e8re se comporte \u00e9galement comme un faisceau de particules, ou photons. Nos yeux sont un instrument si merveilleux que nous pouvons observer par nous-m\u00eames la nature quantique et granuleuse de la lumi\u00e8re. La prochaine fois que vous vous s\u00e9parerez d’un \u00eatre cher au cr\u00e9puscule, faites attention \u00e0 la fa\u00e7on dont vous voyez une silhouette qui s’\u00e9loigne. Notez que le contour de l’objet en retrait appara\u00eet fragment\u00e9. Si l’\u00e9nergie lumineuse rebondissant sur cet objet et frappant les r\u00e9cepteurs optiques de votre r\u00e9tine avait une continuit\u00e9 ondulatoire, alors au moins un peu de lumi\u00e8re provenant de chaque partie de l’objet devrait toujours exciter vos r\u00e9cepteurs optiques. Vous verriez toujours l\u2019image compl\u00e8te. (Certes, en basse lumi\u00e8re, le contraste entre l’obscurit\u00e9 et la lumi\u00e8re ne serait pas tr\u00e8s net, mais cela n’affecterait pas la clart\u00e9 des contours.) Cependant, ce que vous voyez \u00e0 la place ne sont pas du tout des contours clairs, car les r\u00e9cepteurs dans vos yeux r\u00e9pondre \u00e0 des photons individuels. La lumi\u00e8re faible contient moins de photons que la lumi\u00e8re vive; Ainsi, dans cette hypoth\u00e9tique situation cr\u00e9pusculaire, seuls quelques-uns de vos r\u00e9cepteurs seront stimul\u00e9s \u00e0 un moment donn\u00e9 \u2013 trop peu pour d\u00e9tecter le contour d\u2019une silhouette faiblement \u00e9clair\u00e9e. Par cons\u00e9quent, l\u2019image que vous voyez sera fragment\u00e9e.<\/p>\n Une autre question que vous vous posez peut-\u00eatre est la suivante: pourquoi les r\u00e9cepteurs ne peuvent-ils pas stocker les donn\u00e9es ind\u00e9finiment jusqu’\u00e0 ce que le cerveau ait collect\u00e9 suffisamment d’informations pour rassembler toutes les images fragment\u00e9es? Heureusement pour les physiciens quantiques, qui recherchent toujours d\u00e9sesp\u00e9r\u00e9ment des exemples quotidiens de ph\u00e9nom\u00e8nes quantiques, les r\u00e9cepteurs optiques ne peuvent stocker des informations que pendant des fractions de seconde. Dans une p\u00e9nombre, \u00e0 un moment donn\u00e9, les r\u00e9cepteurs de vos yeux ne seront pas stimul\u00e9s suffisamment pour cr\u00e9er une image compl\u00e8te. La prochaine fois que vous direz au revoir \u00e0 la silhouette sombre et en retrait d\u2019un \u00eatre cher au cr\u00e9puscule, n\u2019oubliez pas de penser \u00e0 la nature quantique de la lumi\u00e8re; cela r\u00e9duira s\u00fbrement la douleur de votre s\u00e9paration.<\/p>\n Lorsque la lumi\u00e8re est consid\u00e9r\u00e9e comme une onde, elle est capable d’\u00eatre pr\u00e9sente \u00e0 deux (ou plusieurs) endroits en m\u00eame temps – comme c’est le cas lorsqu’elle passe \u00e0 travers les trous du tissu d’un parapluie et forme un motif de diffraction; cependant, lorsque nous le capturons sur un film photographique, il appara\u00eet discr\u00e8tement, en points s\u00e9par\u00e9s, comme un flux de particules. La lumi\u00e8re doit donc \u00eatre \u00e0 la fois une onde et une particule. Paradoxal, n’est-ce pas? L\u2019affaire concerne l\u2019un des bastions de la physique ancienne: la description sans ambigu\u00eft\u00e9 en langage naturel. De plus, c\u2019est l\u2019id\u00e9e m\u00eame d\u2019objectivit\u00e9 qui est en jeu: la nature de la lumi\u00e8re \u2013 ce qu\u2019est la lumi\u00e8re \u2013 d\u00e9pend-elle de la mani\u00e8re dont nous l\u2019observons?<\/p>\n Comme si les paradoxes entourant la lumi\u00e8re n’\u00e9taient pas assez complexes, une autre question se pose in\u00e9vitablement: un objet mat\u00e9riel, comme un \u00e9lectron, peut-il \u00eatre \u00e0 la fois une onde et une particule? Peut-il avoir une dualit\u00e9 comme la dualit\u00e9 de la lumi\u00e8re? Le physicien qui a pos\u00e9 cette question le premier et y a donn\u00e9 avec persistance une r\u00e9ponse positive, ce qui a choqu\u00e9 tous ses coll\u00e8gues, \u00e9tait l’aristocrate fran\u00e7ais Louis Victor de Broglie.<\/p>\n Lorsque de Broglie r\u00e9digeait sa th\u00e8se de doctorat vers 1924, il faisait un parall\u00e8le entre la discr\u00e9tion des orbites stationnaires de l’atome de Bohr et la discr\u00e9tion des ondes sonores produites par une guitare. Le parall\u00e8le s\u2019est av\u00e9r\u00e9 fructueux.<\/p>\n Imaginez le mouvement d’une onde sonore dans un milieu (Fig. 4). Le d\u00e9placement vertical des particules du milieu passe de z\u00e9ro \u00e0 un maximum (cr\u00eate), de nouveau \u00e0 z\u00e9ro, \u00e0 un maximum n\u00e9gatif (creux), de nouveau \u00e0 z\u00e9ro, et ainsi de suite avec l’augmentation de la distance. Le d\u00e9placement vertical maximal dans une direction (de z\u00e9ro \u00e0 une cr\u00eate ou un creux) est appel\u00e9 amplitude. Les particules individuelles du milieu se d\u00e9placent d’avant en arri\u00e8re par rapport \u00e0 leur position de repos. Or, une vague traversant un milieu se propage. Une onde est une perturbation qui se propage. Le nombre de cr\u00eates traversant un point donn\u00e9 par seconde est appel\u00e9 fr\u00e9quence d’onde, et la distance d’une cr\u00eate \u00e0 l’autre est appel\u00e9e longueur d’onde.<\/p>\n Fig. 4.<\/strong> Pincer une corde de guitare la met en mouvement, mais les vibrations qui en r\u00e9sultent sont dites stationnaires (ondes stationnaires) car elles ne se propagent pas au-del\u00e0 de la corde. \u00c0 n\u2019importe quel endroit donn\u00e9 de la corde, le d\u00e9placement des particules de la corde change avec le temps: une ondulation se produit, mais les ondes ne se propagent pas dans l\u2019espace (Fig. 5). Les ondes qui se propagent que nous entendons sont entra\u00een\u00e9es par des ondes stationnaires de cordes vibrantes.<\/p>\n Fig. 5.<\/strong> Une note de musique sur une guitare se compose d’une gamme de sons, d’un spectre de fr\u00e9quences. De Broglie s’int\u00e9ressait au fait que les ondes stationnaires d’une corde de guitare cr\u00e9ent un spectre discret de fr\u00e9quences appel\u00e9es harmoniques. Le son de la fr\u00e9quence la plus basse est appel\u00e9 la premi\u00e8re harmonique, qui d\u00e9termine le ton que nous entendons. Les harmoniques sup\u00e9rieures \u2013 les sons musicaux qui donnent \u00e0 une note sa qualit\u00e9 caract\u00e9ristique \u2013 ont des fr\u00e9quences multiples de la premi\u00e8re harmonique.<\/p>\n La stationnarit\u00e9 est une propri\u00e9t\u00e9 des ondes dans un espace confin\u00e9. De telles vagues peuvent facilement \u00eatre produites dans une tasse de th\u00e9. De Broglie a demand\u00e9 si les \u00e9lectrons d’un atome sont des ondes localis\u00e9es (confin\u00e9es)? Si oui, forment-ils des mod\u00e8les d\u2019ondes stationnaires discrets? Par exemple, l\u2019orbite atomique la plus basse est peut-\u00eatre celle dans laquelle un seul \u00e9lectron produit une onde stationnaire de la fr\u00e9quence la plus basse \u2013 la premi\u00e8re harmonique \u2013 et les orbites sup\u00e9rieures correspondent \u00e0 des ondes \u00e9lectroniques stationnaires d\u2019harmoniques sup\u00e9rieures (Figure 6).<\/p>\n Fig. 6.<\/strong> Bien s\u00fbr, de Broglie a utilis\u00e9 des arguments beaucoup plus complexes pour \u00e9tayer son id\u00e9e, mais il a encore du mal \u00e0 faire approuver sa th\u00e8se. Finalement, il a \u00e9t\u00e9 envoy\u00e9 \u00e0 Einstein pour examen. Einstein, qui fut le premier \u00e0 reconna\u00eetre la double nature de la lumi\u00e8re, n\u2019eut aucune difficult\u00e9 \u00e0 comprendre que de Broglie avait peut-\u00eatre raison: la mati\u00e8re pourrait bien \u00eatre aussi double que la lumi\u00e8re. De Broglie a obtenu son dipl\u00f4me lorsque Einstein a comment\u00e9 sa th\u00e8se: \u00abCela peut para\u00eetre fou, mais c’est en fait logique.\u00bb<\/p>\n En science, l\u2019exp\u00e9rience est toujours l\u2019arbitre final. L’exactitude de l’id\u00e9e de de Broglie sur la nature ondulatoire de l’\u00e9lectron a \u00e9t\u00e9 brillamment d\u00e9montr\u00e9e par une exp\u00e9rience dans laquelle un faisceau d’\u00e9lectrons a travers\u00e9 un cristal (un \u00abparapluie\u00bb tridimensionnel adapt\u00e9 \u00e0 la diffraction \u00e9lectronique) et photographi\u00e9. Le r\u00e9sultat \u00e9tait un diagramme de diffraction (Fig. 7).<\/p>\n Fig. 7.<\/strong> Si la mati\u00e8re est une onde, plaisantait un physicien \u00e0 un autre \u00e0 la fin d’un s\u00e9minaire de 1926 sur les ondes de Broglie, alors il doit y avoir une \u00e9quation d’onde qui d\u00e9crit l’onde de la mati\u00e8re. Le physicien qui a fait cette remarque l’a imm\u00e9diatement oubli\u00e9, mais celui qui l’a entendu, Erwin Schr\u00f6dinger, a d\u00e9couvert l’\u00e9quation d’onde de la mati\u00e8re, maintenant connue sous le nom d’\u00e9quation de Schr\u00f6dinger. C’est la pierre angulaire qui a remplac\u00e9 les lois de Newton dans la nouvelle physique. L’\u00e9quation de Schr\u00f6dinger est utilis\u00e9e pour pr\u00e9dire toutes les qualit\u00e9s \u00e9tonnantes des objets submicroscopiques trouv\u00e9s dans nos exp\u00e9riences en laboratoire. Werner Heisenberg a d\u00e9couvert cette m\u00eame \u00e9quation encore plus t\u00f4t, mais sous une forme math\u00e9matique moins claire. Le formalisme math\u00e9matique issu des travaux de Schr\u00f6dinger et Heisenberg est appel\u00e9 m\u00e9canique quantique.<\/p>\n L’id\u00e9e d’ondes de mati\u00e8re propos\u00e9e par de Broglie et Schr\u00f6dinger donne lieu \u00e0 une image \u00e9tonnante de l’atome. Il explique en termes simples les trois propri\u00e9t\u00e9s les plus importantes des atomes: leur stabilit\u00e9, leur identit\u00e9 les uns avec les autres et leur capacit\u00e9 \u00e0 se r\u00e9g\u00e9n\u00e9rer. J’ai d\u00e9j\u00e0 expliqu\u00e9 comment na\u00eet la stabilit\u00e9 – ce fut la grande contribution de Bohr. L’identit\u00e9 des atomes d’un certain type est simplement une cons\u00e9quence de l’identit\u00e9 des mod\u00e8les d’ondes dans un espace limit\u00e9; la structure des motifs stationnaires est d\u00e9termin\u00e9e par la mani\u00e8re dont le mouvement des \u00e9lectrons est limit\u00e9, et non par leur environnement. La musique de l’atome, sa forme d’onde, reste la m\u00eame, peu importe o\u00f9 il se trouve: sur Terre ou dans la n\u00e9buleuse d’Androm\u00e8de. De plus, un mod\u00e8le stationnaire, d\u00e9pendant uniquement des conditions de sa limitation, n’a aucune trace d’histoire pass\u00e9e, aucune m\u00e9moire; il est restaur\u00e9 encore et encore sous la m\u00eame forme.<\/p>\n Les ondes \u00e9lectroniques ne ressemblent pas aux ondes ordinaires. M\u00eame dans une exp\u00e9rience de diffraction, des \u00e9lectrons individuels apparaissent sur une plaque photographique sous forme d’\u00e9v\u00e9nements individuels localis\u00e9s; Ce n\u2019est qu\u2019en observant le motif cr\u00e9\u00e9 par l\u2019ensemble du faisceau d\u2019\u00e9lectrons que nous d\u00e9couvrons des preuves de leur nature ondulatoire: le motif de diffraction. Les ondes \u00e9lectroniques sont des ondes de probabilit\u00e9, a d\u00e9clar\u00e9 le physicien Max Born. Ils nous donnent des probabilit\u00e9s : par exemple, nous sommes tr\u00e8s susceptibles de trouver une particule o\u00f9 les perturbations (ou amplitudes) des ondes sont importantes. Si la probabilit\u00e9 de trouver une particule est faible, l\u2019amplitude de l\u2019onde sera faible. Imaginez-vous regarder la circulation depuis un h\u00e9licopt\u00e8re survolant les rues de Los Angeles. Si les voitures \u00e9taient d\u00e9crites par l’\u00e9quation de Schr\u00f6dinger, nous dirions que la vague est forte dans les zones d’embouteillages, et la vague est faible entre les embouteillages.<\/p>\n De plus, les ondes \u00e9lectroniques sont g\u00e9n\u00e9ralement repr\u00e9sent\u00e9es sous forme de paquets d’ondes<\/em>. En utilisant le concept de paquets, nous pouvons rendre l’amplitude des ondes grande dans certaines r\u00e9gions de l’espace et petite dans tous les autres endroits (Fig. 8). Ceci est important car l\u2019onde doit repr\u00e9senter une particule localis\u00e9e. Un paquet d\u2019ondes est un paquet de probabilit\u00e9s, et Born a soutenu que pour les ondes \u00e9lectroniques, le carr\u00e9 de l\u2019amplitude de l\u2019onde \u2013 techniquement appel\u00e9 fonction d\u2019onde \u2013 \u00e0 un moment donn\u00e9 de l\u2019espace nous donne la probabilit\u00e9 de trouver un \u00e9lectron \u00e0 ce point. Cette probabilit\u00e9 peut \u00eatre repr\u00e9sent\u00e9e par une courbe en forme de cloche (Fig. 9).<\/p>\n Fig. 8.<\/strong> Fig. 9.<\/strong> La probabilit\u00e9 engendre l\u2019incertitude. Pour un \u00e9lectron ou tout autre objet quantique, on ne peut parler que de la probabilit\u00e9 qu’il se trouve \u00e0 tel ou tel endroit, ou que son \u00e9lan (masse multipli\u00e9 par vitesse) soit \u00e9gal \u00e0 tel ou tel, mais ces probabilit\u00e9s forment une distribution d\u00e9crite par une courbe en forme de cloche. La probabilit\u00e9 sera maximale pour une certaine valeur de position, et ce sera l’emplacement le plus probable de l’\u00e9lectron. Cependant, il existe toute une gamme de positions dans lesquelles il existe une chance importante de trouver un \u00e9lectron. La largeur de cette r\u00e9gion correspond \u00e0 l’incertitude sur la position de l’\u00e9lectron. Les m\u00eames arguments nous permettent de parler de l’incertitude de la quantit\u00e9 de mouvement des \u00e9lectrons.<\/p>\n Sur la base de consid\u00e9rations similaires, Heisenberg a prouv\u00e9 math\u00e9matiquement que le produit des incertitudes de la position et de l’impulsion de l’\u00e9lectron est sup\u00e9rieur ou \u00e9gal \u00e0 un certain petit nombre appel\u00e9 constante de Planck. Ce nombre, d\u00e9couvert \u00e0 l’origine par Planck, d\u00e9finit l’\u00e9chelle quantitative \u00e0 laquelle les effets quantiques deviennent utilisables. Si la constante de Planck n’\u00e9tait pas si petite, les effets de l’incertitude quantique envahiraient m\u00eame notre r\u00e9alit\u00e9 macroscopique quotidienne.<\/p>\n En physique classique, tout mouvement est d\u00e9termin\u00e9 par les forces qui le contr\u00f4lent. Une fois que nous connaissons les conditions initiales (la position et l’\u00e9lan d’un objet \u00e0 un instant initial), nous pouvons calculer sa trajectoire exacte \u00e0 l’aide des \u00e9quations du mouvement de Newton. Par cons\u00e9quent, la physique classique conduit \u00e0 la philosophie du d\u00e9terminisme – l’id\u00e9e de la possibilit\u00e9 de pr\u00e9dire compl\u00e8tement le mouvement de tous les objets mat\u00e9riels.<\/p>\n Le principe d’incertitude mine la philosophie du d\u00e9terminisme. Selon le principe d\u2019incertitude, nous ne pouvons pas d\u00e9terminer avec pr\u00e9cision la position et la vitesse (ou l\u2019impulsion) d\u2019un \u00e9lectron en m\u00eame temps ; toute tentative de mesurer avec pr\u00e9cision l\u2019un rend la connaissance de l\u2019autre incertaine. Par cons\u00e9quent, les conditions initiales de calcul de la trajectoire d\u2019une particule ne peuvent jamais \u00eatre d\u00e9termin\u00e9es avec pr\u00e9cision et le concept de trajectoire de particule bien d\u00e9finie devient inutilisable.<\/p>\n Pour la m\u00eame raison, les orbites de Bohr ne fournissent pas une description stricte de la localisation de l’\u00e9lectron : la position des orbites r\u00e9elles est incertaine. On ne peut vraiment pas dire qu’un \u00e9lectron situ\u00e9 \u00e0 un niveau d’\u00e9nergie ou \u00e0 un autre soit situ\u00e9 \u00e0 telle ou telle distance du noyau.<\/p>\n Consid\u00e9rons plusieurs sc\u00e9narios fantastiques dont les auteurs n’ont pas r\u00e9alis\u00e9 l’importance du principe d’incertitude ou l’ont oubli\u00e9.<\/p>\n Dans le livre de science-fiction Fantastic Voyage et le film bas\u00e9 sur celui-ci, les objets ont \u00e9t\u00e9 rendus miniatures par compactage. Vous \u00eates-vous d\u00e9j\u00e0 demand\u00e9 s’il \u00e9tait possible de comprimer des atomes ? Apr\u00e8s tout, ils sont pour la plupart constitu\u00e9s d\u2019espaces vides. Est-ce possible? D\u00e9cidez vous-m\u00eame en vous basant sur le principe d’incertitude. La taille d’un atome donne une id\u00e9e approximative du degr\u00e9 d’incertitude sur la position de ses \u00e9lectrons. La densification d’un atome placera ses \u00e9lectrons dans un volume d’espace plus petit, r\u00e9duisant ainsi l’incertitude sur leur position ; mais l\u2019incertitude quant \u00e0 leur \u00e9lan doit augmenter. Augmenter l’incertitude sur la quantit\u00e9 de mouvement de l’\u00e9lectron signifie augmenter sa vitesse. Ainsi, suite au compactage, la vitesse des \u00e9lectrons augmente et ils sont plus capables de quitter l\u2019atome.<\/p>\n Dans un autre exemple de science-fiction, le capitaine Kirk (de la s\u00e9rie t\u00e9l\u00e9vis\u00e9e classique Star Trek) donne l’ordre : lancez-vous ! On appuie sur un bouton sur le tableau de bord et oups, les personnes debout sur la plate-forme disparaissent, apparaissant vers une destination qui est cens\u00e9e \u00eatre une plan\u00e8te inexplor\u00e9e mais qui ressemble beaucoup \u00e0 un d\u00e9cor hollywoodien. Dans l’un de ses romans bas\u00e9s sur la s\u00e9rie Star Trek, James Blish a tent\u00e9 de caract\u00e9riser ce processus comme un bond en avant. Tout comme un \u00e9lectron saute d\u2019une orbite atomique \u00e0 une autre sans traverser l\u2019espace interm\u00e9diaire, l\u2019\u00e9quipage du vaisseau Enterprise le ferait \u00e9galement. Vous pouvez voir quel est le probl\u00e8me ici. Le moment et le lieu o\u00f9 l\u2019\u00e9lectron fera le saut ne sont pas soumis \u00e0 la loi de causalit\u00e9 et sont impr\u00e9visibles en raison des lois de probabilit\u00e9 et d\u2019incertitude du saut quantique. Un tel transport quantique obligerait les h\u00e9ros de l’Entreprise, au moins parfois, \u00e0 attendre tr\u00e8s longtemps pour arriver quelque part.<\/p>\n Les fantasmes quantiques sont peut-\u00eatre amusants, mais le but ultime de la nouvelle physique et de ce livre est s\u00e9rieux. C’est pour nous aider \u00e0 faire face \u00e0 notre r\u00e9alit\u00e9 quotidienne.<\/p>\n Les informations g\u00e9n\u00e9rales pr\u00e9c\u00e9dentes aident \u00e0 expliquer quelques questions d\u00e9routantes. L’image quantique d’un \u00e9lectron se d\u00e9pla\u00e7ant par vagues autour d’un noyau implique-t-elle que la charge et la masse de l’\u00e9lectron sont r\u00e9parties dans tout l’atome? Et le fait qu’un \u00e9lectron libre se propage comme une onde devrait se propager selon la th\u00e9orie de Schr\u00f6dinger signifie-t-il que sa charge se propage d\u00e9sormais dans tout l’espace? En d\u2019autres termes, comment concilier le mod\u00e8le d\u2019onde d\u2019un \u00e9lectron avec le fait qu\u2019il poss\u00e8de les propri\u00e9t\u00e9s d\u2019une particule localis\u00e9e ? Les r\u00e9ponses \u00e0 ces questions sont assez complexes.<\/p>\n Il semblerait qu’au moins les paquets d’ondes permettent de confiner un \u00e9lectron dans un espace r\u00e9duit. H\u00e9las, tout n’est pas si simple. Un paquet d’ondes qui satisfait l’\u00e9quation de Schr\u00f6dinger \u00e0 un instant donn\u00e9 doit s’\u00e9taler dans le temps.<\/p>\n \u00c0 un moment donn\u00e9, nous pouvons localiser l’\u00e9lectron sur un point minuscule, mais en quelques secondes, le paquet d’ondes de l’\u00e9lectron se propagera dans toute la ville. Bien qu\u2019au d\u00e9part la probabilit\u00e9 de trouver un \u00e9lectron dans un endroit minuscule soit extr\u00eamement \u00e9lev\u00e9e, apr\u00e8s quelques secondes seulement, la probabilit\u00e9 qu\u2019un \u00e9lectron apparaisse n\u2019importe o\u00f9 dans la ville devient significative. Et si nous attendons suffisamment longtemps, l\u2019\u00e9lectron pourrait appara\u00eetre n\u2019importe o\u00f9 dans le pays tout entier, voire dans l\u2019univers tout entier.<\/p>\n C’est cette propagation du paquet d’ondes qui contribue aux plaisanteries r\u00e9currentes sur la pr\u00e9destination quantique parmi les connaisseurs. Par exemple, prenons cette mani\u00e8re m\u00e9canique quantique de mat\u00e9rialiser une dinde de No\u00ebl : pr\u00e9parez le four et attendez – il y a une probabilit\u00e9 non nulle que la dinde du prochain magasin se mat\u00e9rialise dans votre four.<\/p>\n Malheureusement pour les amateurs de dinde, pour quelque chose d’aussi massif qu’une dinde, la propagation est extr\u00eamement lente. Pour mat\u00e9rialiser ne serait-ce qu’un petit morceau de dinde de cette mani\u00e8re, il faudra peut-\u00eatre attendre toute l’existence de l’univers.<\/p>\n Et l\u2019\u00e9lectron? Comment concilier la propagation d\u2019un paquet d\u2019ondes \u00e9lectroniques \u00e0 travers la ville avec l\u2019image d\u2019une particule localis\u00e9e? La r\u00e9ponse est qu\u2019il faut tenir compte de l\u2019acte d\u2019observation dans nos calculs.<\/p>\n Si nous voulons mesurer la charge d\u2019un \u00e9lectron, nous devons le pi\u00e9ger dans quelque chose comme un nuage de vapeur dans une chambre de condensation. \u00c0 la suite de cette mesure, nous devons supposer que l\u2019onde \u00e9lectronique s\u2019effondre, de sorte que nous pouvons d\u00e9sormais voir le trajet de l\u2019\u00e9lectron \u00e0 travers le nuage de vapeur (Fig. 10). Selon Heisenberg, \u00able chemin d\u2019un \u00e9lectron n\u2019existe que lorsque nous l\u2019observons\u00bb. Lorsque nous effectuons une mesure, nous trouvons toujours un \u00e9lectron localis\u00e9 sous forme de particule. On peut dire que notre mesure r\u00e9duit l\u2019onde \u00e9lectronique \u00e0 l\u2019\u00e9tat de particule.<\/p>\n Fig. 10.<\/strong> Lorsque Schr\u00f6dinger a propos\u00e9 son \u00e9quation d\u2019onde, lui et d\u2019autres pensaient qu\u2019ils auraient pu lib\u00e9rer la physique des sauts quantiques \u2013 de la discontinuit\u00e9 \u2013 puisque le mouvement des ondes est continu. Il fallait cependant concilier la nature corpusculaire des objets quantiques avec leur nature ondulatoire. Des paquets d\u2019ondes ont donc \u00e9t\u00e9 propos\u00e9s. Enfin, avec la reconnaissance de la propagation du paquet d’ondes et la prise de conscience que c’est la mesure qui doit provoquer l’effondrement instantan\u00e9 des dimensions du paquet, on voit que l’effondrement doit \u00eatre intermittent (un effondrement continu prendrait du temps).<\/p>\n Il semble qu\u2019il ne puisse y avoir de m\u00e9canique quantique sans sauts quantiques. Schr\u00f6dinger a rendu visite \u00e0 Bohr \u00e0 Copenhague, o\u00f9 il a pass\u00e9 des jours \u00e0 protester contre les progr\u00e8s quantiques. On raconte qu\u2019il a finalement abandonn\u00e9 et s\u2019est exclam\u00e9 avec irritation: \u00abSi j\u2019avais su qu\u2019il \u00e9tait n\u00e9cessaire de reconna\u00eetre ce foutu saut quantique, je ne me serais jamais lanc\u00e9 dans la m\u00e9canique quantique.\u00bb<\/p>\n Revenons \u00e0 l’atome: si nous mesurons la position d’un \u00e9lectron dans un \u00e9tat atomique stationnaire, nous effondrons \u00e0 nouveau son nuage de probabilit\u00e9, le trouvant dans une certaine position, et non \u00e9tal\u00e9 partout. En effectuant un grand nombre de mesures \u00e0 la recherche d’un \u00e9lectron, on le retrouvera plus souvent dans des endroits o\u00f9 la probabilit\u00e9 de le trouver est \u00e9lev\u00e9e, conform\u00e9ment \u00e0 la pr\u00e9diction de l’\u00e9quation de Schr\u00f6dinger. En effet, si apr\u00e8s un grand nombre de mesures on trace les positions mesur\u00e9es, cela ressemblera exactement \u00e0 la distribution orbitale floue que donne la solution de l’\u00e9quation de Schr\u00f6dinger (Fig. 11).<\/p>\n Fig. 11.<\/strong> \u00c0 quoi ressemble un \u00e9lectron volant de ce point de vue? Lorsque nous effectuons une premi\u00e8re observation d\u2019un objet submicroscopique en propagation, nous le trouvons localis\u00e9 sous forme de particule dans un minuscule paquet d\u2019ondes. Cependant, apr\u00e8s observation, le paquet se dissipe et la dispersion du paquet repr\u00e9sente le nuage de notre incertitude concernant le paquet. Si nous observons \u00e0 nouveau, le paquet est \u00e0 nouveau localis\u00e9, mais entre nos observations il se dissipe toujours.<\/p>\n Selon le physicien et philosophe Henry Margenau, voir des \u00e9lectrons, c’est comme voir des lucioles un soir d’\u00e9t\u00e9. Vous pouvez voir un flash ici et un scintillement de lumi\u00e8re l\u00e0, mais vous n’avez aucune id\u00e9e de l’endroit o\u00f9 se trouve la luciole entre vos observations. Vous ne pouvez pas d\u00e9terminer sa trajectoire avec certitude. M\u00eame pour un objet aussi macroscopique que la Lune, la m\u00e9canique quantique pr\u00e9dit essentiellement la m\u00eame image: la seule diff\u00e9rence est que la diffusion du paquet d’ondes est incommensurablement petite (mais non nulle entre les observations).<\/p>\n Venons-en maintenant au vif du sujet. Chaque fois que nous mesurons un objet quantique, il appara\u00eet \u00e0 un endroit sous forme de particule. La distribution de probabilit\u00e9 identifie simplement le ou les endroits o\u00f9 elle est susceptible de se trouver lorsque nous la mesurons – rien de plus. Lorsque nous ne le mesurons pas, un objet quantique se disperse et existe en m\u00eame temps \u00e0 plusieurs endroits, tout comme une onde ou un nuage – rien de moins.<\/p>\n La physique quantique offre une vision du monde nouvelle et passionnante qui remet en question les anciens concepts tels que les trajectoires d\u00e9terministes et la continuit\u00e9 causale. Si les conditions initiales ne d\u00e9terminent pas pour toujours le mouvement d\u2019un objet, si chaque instant que nous observons devient un nouveau d\u00e9part, alors, \u00e0 un niveau fondamental, le monde est cr\u00e9atif.<\/p>\n Il y avait un Cosaque qui voyait comment presque tous les jours, \u00e0 peu pr\u00e8s \u00e0 la m\u00eame heure, un rabbin traversait la place de la ville. Un jour, par curiosit\u00e9, il demanda: \u00abO\u00f9 vas-tu, Rabbi?\u00bb Une nouvelle fa\u00e7on de comprendre le paradoxe de la dualit\u00e9 onde-particule a \u00e9t\u00e9 propos\u00e9e par Bohr. Selon lui, la nature ondulatoire et particulaire de l\u2019\u00e9lectron n\u2019est pas double, mais simplement polaire. Ce sont des qualit\u00e9s compl\u00e9mentaires qui nous se r\u00e9v\u00e8lent dans des exp\u00e9riences compl\u00e9mentaires. Lorsque nous prenons le diagramme de diffraction d\u2019un \u00e9lectron, nous d\u00e9couvrons sa nature ondulatoire ; quand on le trace dans un nuage de vapeur, on voit sa nature corpusculaire. Les \u00e9lectrons ne sont ni des ondes ni des particules. On peut les appeler \u00abparticules ondulatoires\u00bb parce que leur v\u00e9ritable nature transcende les deux descriptions. C’est le principe de compl\u00e9mentarit\u00e9.<\/p>\n \u00c9tant donn\u00e9 que le fait qu’un m\u00eame objet quantique poss\u00e8de des propri\u00e9t\u00e9s apparemment contradictoires telles que les ondes et les particules peut \u00eatre dangereux pour la psych\u00e9 humaine, la nature a pr\u00e9vu un amortisseur. Le principe de compl\u00e9mentarit\u00e9 de Bohr nous assure que, m\u00eame si les objets quantiques poss\u00e8dent \u00e0 la fois des propri\u00e9t\u00e9s d’onde et de particule, nous pouvons, dans n’importe quel contexte exp\u00e9rimental, mesurer un seul aspect d’une particule d’onde \u00e0 un moment donn\u00e9. Nous choisissons quel aspect de la particule ondulatoire nous voulons voir en choisissant le cadre exp\u00e9rimental appropri\u00e9.<\/p>\n Ayant compris les id\u00e9es r\u00e9volutionnaires de la nouvelle physique, il serait totalement faux de penser que la physique de Newton \u00e9tait compl\u00e8tement fausse. L\u2019ancienne physique perdure dans le domaine de la plupart (mais pas de la totalit\u00e9) de la mati\u00e8re grossi\u00e8re en tant que cas particulier de la nouvelle physique. Une caract\u00e9ristique importante de la science est que lorsqu\u2019un nouvel ordre remplace l\u2019ancien, il \u00e9largit g\u00e9n\u00e9ralement le champ de son application. Dans l’ancienne r\u00e9gion, les \u00e9quations math\u00e9matiques de l’ancienne physique restent valables (confirm\u00e9es par des donn\u00e9es exp\u00e9rimentales). Par cons\u00e9quent, dans le domaine de la physique classique, les conclusions de la physique quantique sur le mouvement des objets correspondent clairement \u00e0 celles tir\u00e9es des math\u00e9matiques newtoniennes, en supposant que les corps avec lesquels nous avons affaire sont classiques. Bohr a formul\u00e9 ce principe de correspondance. La relation entre la physique classique et la physique quantique s\u2019apparente en quelque sorte \u00e0 une illusion visuelle. \u00abMa femme et ma belle-m\u00e8re\u00bb (Fig. 12). Que vois-tu sur cette image? D’abord, vous voyez soit la femme, soit la belle-m\u00e8re. Je vois toujours ma femme en premier. En fait, cela peut vous prendre un certain temps pour rep\u00e9rer la deuxi\u00e8me image du dessin. Si vous la regardez attentivement, soudain une deuxi\u00e8me image appara\u00eet. Le menton de la femme devient le nez de la belle-m\u00e8re, son cou devient le menton d’une femme plus \u00e2g\u00e9e, etc. Vous vous demandez peut-\u00eatre : que se passe-t-il? Les lignes du dessin restent les m\u00eames, mais du coup une nouvelle fa\u00e7on de percevoir le tableau devient possible pour vous. Tr\u00e8s vite, vous d\u00e9couvrez que vous pouvez facilement passer de l’ancienne image \u00e0 la nouvelle et vice-versa. \u00c0 tout moment, vous ne voyez encore qu\u2019une des deux images, mais votre conscience s\u2019est \u00e9largie de telle sorte que vous \u00eates conscient de leur dualit\u00e9. Dans cet \u00e9tat de conscience \u00e9largi, l\u2019\u00e9tranget\u00e9 de la physique quantique commence \u00e0 devenir claire. Cela devient m\u00eame passionnant. Pour paraphraser les paroles d\u2019Hamlet adress\u00e9es \u00e0 Horatio, on peut dire qu\u2019il y a beaucoup de choses au ciel et sur terre dont la physique classique n\u2019a jamais r\u00eav\u00e9.<\/p>\n Fig. 12.<\/strong> La m\u00e9canique quantique nous offre une perspective plus large, un nouveau contexte qui \u00e9tend notre perception \u00e0 un nouveau domaine. Nous pouvons voir la nature sous forme de formes distinctes – ondes ou particules – ou nous pouvons d\u00e9tecter une compl\u00e9mentarit\u00e9: l’id\u00e9e selon laquelle la m\u00eame chose poss\u00e8de \u00e0 la fois des propri\u00e9t\u00e9s d’onde et de particule.<\/p>\n Selon l’interpr\u00e9tation dite de Copenhague de la m\u00e9canique quantique, d\u00e9velopp\u00e9e par Bohr, Heisenberg et Born, nous calculons les objets quantiques comme des ondes et interpr\u00e9tons les ondes de mani\u00e8re probabiliste. Nous d\u00e9finissons leurs attributs, tels que la position et l’\u00e9lan, de mani\u00e8re assez vague et les comprenons en termes de principe de compl\u00e9mentarit\u00e9. De plus, le manque de continuit\u00e9 et les sauts quantiques \u2013 par exemple l\u2019effondrement d\u2019un paquet d\u2019ondes en expansion lors de l\u2019observation \u2013 sont consid\u00e9r\u00e9s comme des aspects fondamentaux du comportement d\u2019un objet quantique. Un autre aspect de la m\u00e9canique quantique est l\u2019ins\u00e9parabilit\u00e9. Parler d\u2019un objet quantique sans parler de la mani\u00e8re dont on l\u2019observe n\u2019a aucun sens, puisque l\u2019un est indissociable de l\u2019autre. Enfin, pour les macroobjets massifs, les pr\u00e9dictions de la m\u00e9canique quantique co\u00efncident avec celles de la physique classique. Cela interdit la manifestation d’effets quantiques tels que la probabilit\u00e9 et la discontinuit\u00e9 dans la sph\u00e8re macroscopique de la nature, que nous observons directement \u00e0 l’aide de nos sens. La correspondance classique masque la r\u00e9alit\u00e9 quantique.<\/p>\n Les principes de la th\u00e9orie quantique permettent d’abandonner les hypoth\u00e8ses infond\u00e9es du r\u00e9alisme mat\u00e9riel.<\/p>\n Hypoth\u00e8se 1: une stricte objectivit\u00e9<\/em>. L\u2019hypoth\u00e8se de base du mat\u00e9rialisme est qu\u2019il existe un univers mat\u00e9riel ind\u00e9pendant de nous. Cette hypoth\u00e8se a une certaine validit\u00e9 op\u00e9rationnelle \u00e9vidente et est souvent consid\u00e9r\u00e9e comme n\u00e9cessaire \u00e0 la poursuite significative de la science. Cette hypoth\u00e8se est-elle vraiment justifi\u00e9e? La physique quantique montre que nous choisissons quel aspect – onde ou particule – un objet quantique d\u00e9montrera dans une situation donn\u00e9e. De plus, notre observation r\u00e9duit le paquet d\u2019ondes quantiques en une particule localis\u00e9e. Les sujets et les objets sont indissociables. Si tel est le cas, comment peut-on adh\u00e9rer \u00e0 l\u2019hypoth\u00e8se d\u2019une stricte objectivit\u00e9?<\/p>\n Hypoth\u00e8se 2: D\u00e9terminisme causal.<\/em> Une autre hypoth\u00e8se de la science classique qui sous-tend le r\u00e9alisme mat\u00e9riel est que le monde est fondamentalement d\u00e9terministe : nous avons seulement besoin de conna\u00eetre les forces agissant sur chaque objet et les conditions initiales (vitesse initiale et objet position). Cependant, le principe de l\u2019incertitude quantique dit que nous ne pouvons jamais d\u00e9terminer simultan\u00e9ment la vitesse et la position d\u2019un objet avec une pr\u00e9cision absolue. Notre connaissance des conditions initiales contiendra toujours des erreurs et un d\u00e9terminisme strict est inacceptable. L\u2019id\u00e9e m\u00eame de causalit\u00e9 est \u00e9galement suspecte. Puisque le comportement des objets quantiques est probabiliste, une description stricte des causes et des effets du comportement d\u2019un seul objet est impossible. Au lieu de cela, lorsque nous parlons de grands groupes de particules, nous avons une cause statistique et un effet statistique.<\/p>\n Hypoth\u00e8se 3: Localit\u00e9<\/em> L’hypoth\u00e8se de localit\u00e9 \u2013 selon laquelle toutes les interactions entre les objets mat\u00e9riels sont m\u00e9diatis\u00e9es par des signaux locaux \u2013 est cruciale pour la vision mat\u00e9rialiste selon laquelle les objets existent essentiellement s\u00e9par\u00e9ment et ind\u00e9pendamment les uns des autres. Cependant, si les ondes parcourent de grandes distances puis s\u2019effondrent soudainement lorsque nous effectuons une mesure, alors l\u2019influence de notre mesure ne se transmet pas localement. La localit\u00e9 est donc exclue. C\u2019est un autre coup mortel port\u00e9 au r\u00e9alisme mat\u00e9riel.<\/p>\n Hypoth\u00e8ses 4 et 5: mat\u00e9rialisme et \u00e9piph\u00e9nom\u00e9nalisme<\/em>Le mat\u00e9rialisme soutient que les ph\u00e9nom\u00e8nes mentaux subjectifs ne sont que des \u00e9piph\u00e9nom\u00e8nes de la mati\u00e8re et peuvent \u00eatre compl\u00e8tement r\u00e9duits au cerveau mat\u00e9riel. Cependant, selon le principe de compl\u00e9mentarit\u00e9 et l\u2019id\u00e9e de confusion sujet-objet, pour comprendre le comportement des objets quantiques, il semble que nous devions consid\u00e9rer la conscience \u2013 notre capacit\u00e9 \u00e0 faire des choix. De plus, il semble absurde qu\u2019un \u00e9piph\u00e9nom\u00e8ne de mati\u00e8re puisse affecter la mati\u00e8re: si la conscience est un \u00e9piph\u00e9nom\u00e8ne, alors comment peut-elle \u00abr\u00e9duire\u00bb une onde dispers\u00e9e d\u2019un objet quantique en une particule localis\u00e9e lors d\u2019une mesure quantique?<\/p>\n Malgr\u00e9 le principe de correspondance, le nouveau paradigme de la physique – la physique quantique – contredit les donn\u00e9es du r\u00e9alisme mat\u00e9riel. Il n\u2019y a aucun moyen de contourner cette conclusion. Nous ne pouvons pas dire, en invoquant le principe de correspondance, que la physique classique est valable pour les macro-objets \u00e0 toutes fins pratiques, et que puisque nous vivons dans le monde macro, nous supposerons que l’\u00e9tranget\u00e9 quantique est limit\u00e9e \u00e0 la sph\u00e8re submicroscopique de la nature. Au contraire, l\u2019\u00e9tranget\u00e9 nous hante au niveau macro. Si nous divisons le monde entre les domaines de la physique classique et de la physique quantique, des paradoxes quantiques insolubles apparaissent.<\/p>\n En Inde, des gens ont trouv\u00e9 un moyen astucieux d\u2019attraper des singes \u00e0 l\u2019aide d\u2019un r\u00e9cipient rempli de noix. Le singe atteint le r\u00e9cipient et saisit une poign\u00e9e de noix. H\u00e9las, apr\u00e8s avoir serr\u00e9 la nourriture dans son poing, elle ne peut plus retirer sa main – le col du r\u00e9cipient est trop \u00e9troit. Le pi\u00e8ge fonctionne parce que la cupidit\u00e9 du singe l’emp\u00eache de lib\u00e9rer les noix. Les axiomes du r\u00e9alisme mat\u00e9riel sont le mat\u00e9rialisme, le d\u00e9terminisme, la localit\u00e9, etc. – nous ont bien servi dans le pass\u00e9, lorsque nos connaissances \u00e9taient plus limit\u00e9es qu’aujourd’hui, mais ils sont d\u00e9sormais devenus un pi\u00e8ge pour nous. Nous devrons peut-\u00eatre abandonner la certitude pour embrasser la libert\u00e9 qui se trouve au-del\u00e0 de l\u2019ar\u00e8ne mat\u00e9rielle.<\/p>\n Si le r\u00e9alisme mat\u00e9riel ne peut pas \u00eatre une philosophie ad\u00e9quate pour la physique, alors quelle philosophie peut traiter toute l\u2019\u00e9tranget\u00e9 du comportement quantique? C’est la philosophie de l’id\u00e9alisme moniste qui sous-tend toutes les religions du monde.<\/p>\n Traditionnellement, seules les religions et les sciences humaines reconnaissent la valeur de la vie humaine au-del\u00e0 de la survie physique \u2013 une valeur d\u00e9riv\u00e9e de notre amour de la beaut\u00e9; nos capacit\u00e9s cr\u00e9atives en art, musique et pens\u00e9e; et notre spiritualit\u00e9 dans l’intuition de l’unit\u00e9. Les sciences naturelles, enferm\u00e9es dans le cadre de la physique classique et de son bagage philosophique de r\u00e9alisme mat\u00e9riel, \u00e9taient un s\u00e9ducteur du scepticisme. Aujourd\u2019hui, la nouvelle physique a cruellement besoin d\u2019une nouvelle philosophie lib\u00e9ratrice, adapt\u00e9e au niveau actuel de nos connaissances. Si l\u2019id\u00e9alisme moniste est la voie \u00e0 suivre, alors les sciences et les sciences humaines, ainsi que les religions, pourront aller de pair dans la recherche de toute la v\u00e9rit\u00e9 humaine pour la premi\u00e8re fois depuis Descartes.<\/p>\n Contenu<\/h3>\n PR\u00c9FACE<\/a> Il y a pr\u00e8s d’un si\u00e8cle, un certain nombre de d\u00e9couvertes exp\u00e9rimentales ont \u00e9t\u00e9 faites en physique qui ont n\u00e9cessit\u00e9 un changement dans notre vision du monde. Selon le philosophe Thomas Kuhn, ces exp\u00e9riences ont r\u00e9v\u00e9l\u00e9 des anomalies que la physique classique ne pouvait pas expliquer. Ces anomalies ont ouvert la voie \u00e0 une r\u00e9volution dans la pens\u00e9e scientifique.<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":416,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[47],"tags":[53],"class_list":{"0":"post-429","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","5":"has-post-thumbnail","7":"category-bibliotheque","8":"tag-epiphenomene"},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/artemiada\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/429","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/artemiada\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/artemiada\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/artemiada\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/artemiada\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=429"}],"version-history":[{"count":6,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/artemiada\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/429\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":669,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/artemiada\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/429\/revisions\/669"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/artemiada\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/media\/416"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/artemiada\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=429"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/artemiada\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=429"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/artemiada\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=429"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}
\nVous<\/strong>( en passant les noix<\/em>): Je n’arrive tout simplement pas \u00e0 comprendre pourquoi nous ne bronzons pas maintenant.
\nElle<\/strong>(riant): <\/em>Eh bien, ce serait bien. Nous pourrions m\u00eame avoir une raison d’utiliser une chemin\u00e9e en \u00e9t\u00e9.
\nVous:<\/strong> Vous voyez, la th\u00e9orie dit que le rayonnement d’une chemin\u00e9e devrait \u00eatre aussi riche en lumi\u00e8re ultraviolette que la lumi\u00e8re du soleil. Mais qu\u2019est-ce qui rend la lumi\u00e8re du soleil, et non celle du foyer, riche en ces hautes fr\u00e9quences? Pourquoi ne pas bronzer maintenant en prenant un bain ultraviolet?
\nElle: <\/strong>Attendez, s’il vous pla\u00eet. Pour que j’\u00e9coute cela s\u00e9rieusement, il va falloir que vous ralentissiez un peu et que vous m’expliquiez. Qu’est-ce que la fr\u00e9quence? Qu’est-ce que l’ultraviolet?
\nVous: <\/strong>D\u00e9sol\u00e9. La fr\u00e9quence est le nombre de cycles par seconde. Il s’agit d’une mesure de la vitesse \u00e0 laquelle une onde oscille. Pour la lumi\u00e8re, cela signifie la couleur. La lumi\u00e8re blanche est compos\u00e9e de lumi\u00e8re de diff\u00e9rentes fr\u00e9quences ou couleurs. Le rouge est une lumi\u00e8re basse fr\u00e9quence et le violet est une lumi\u00e8re haute fr\u00e9quence. Si la fr\u00e9quence est encore plus \u00e9lev\u00e9e, il s\u2019agit alors d\u2019une couleur noire invisible, que nous appelons ultraviolet.
\nElle<\/strong>: D’accord, donc la lumi\u00e8re du bois br\u00fbl\u00e9 et la lumi\u00e8re du soleil doivent contenir beaucoup de rayons ultraviolets. Malheureusement, le soleil ob\u00e9it \u00e0 votre th\u00e9orie, mais pas la combustion du bois. Il y a peut-\u00eatre quelque chose de sp\u00e9cial \u00e0 br\u00fbler du bois…
\nVous: <\/strong>En fait, c’est encore pire. Toutes les sources de lumi\u00e8re, et pas seulement le soleil ou la combustion du bois, devraient produire de grandes quantit\u00e9s de rayonnement ultraviolet.
\nElle<\/strong>: Ah, \u00e7a devient int\u00e9ressant. L\u2019inflation ultraviolette est omnipr\u00e9sente. Mais toute inflation n\u2019est-elle pas suivie d\u2019une r\u00e9cession? La chanson ne dit-elle pas que tout ce qui monte doit tomber? (Elle commence \u00e0 fredonner sans mots.)<\/em>
\nVous <\/strong>(ennuy\u00e9<\/em>): Mais comment?
\nElle ( <\/strong>tendant un bol de noix):<\/em>Voulez-vous des noix, ch\u00e9rie?
\n(La conversation se termine. )<\/em><\/p>\nPlanck fait le premier bond en avant<\/h4>\n
![](\"https:\/\/artemiada.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/04\/080424img_1.png\")
<\/p>\n
\nUn saut quantique. Sur un plan inclin\u00e9, le mouvement classique d’une balle est continu; sur l’\u00e9chelle quantique, le mouvement se produit sous la forme d’\u00e9tapes discr\u00e8tes (sauts quantiques)<\/em><\/p>\nLes photons d’Einstein et l’atome de Bohr<\/h4>\n
![](\"https:\/\/artemiada.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/04\/080424img_2.png\")
<\/p>\n
\nLes orbites des satellites en orbite autour de la Terre sont instables. Les orbites des \u00e9lectrons se comportent de la m\u00eame mani\u00e8re dans le mod\u00e8le atomique de Rutherford<\/em><\/p>\n![](\"https:\/\/artemiada.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/04\/080424img_3.png\")
<\/p>\n
\nOrbite de Bohr et saut quantique: a – orbites de Bohr quantifi\u00e9es. Les atomes \u00e9mettent de la lumi\u00e8re lorsque les \u00e9lectrons sautent d\u2019orbite en orbite; b – pour les sauts quantiques le long de l’\u00e9chelle \u00e9nerg\u00e9tique, il n’est pas n\u00e9cessaire de passer par l’espace interm\u00e9diaire entre les \u00e9tapes<\/em><\/p>\nDualit\u00e9 onde-particule<\/h4>\n
Ondes de mati\u00e8re<\/h4>\n
![](\"https:\/\/artemiada.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/04\/080424img_4.png\")
<\/p>\n
\nRepr\u00e9sentation graphique de la vague<\/em><\/p>\n![](\"https:\/\/artemiada.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/04\/080424img_5.png\")
<\/p>\n
\nLes premi\u00e8res harmoniques d\u2019une onde stationnaire ou debout dans une corde de guitare<\/em><\/p>\n![](\"https:\/\/artemiada.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/04\/080424img_6.png\")
<\/p>\n
\nL’id\u00e9e de De Broglie: les \u00e9lectrons pourraient-ils \u00eatre des ondes stationnaires dans l’espace limit\u00e9 d’un atome?<\/em><\/p>\n![](\"https:\/\/artemiada.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/04\/080424img_7.png\")
<\/p>\n
\nLes anneaux de diffraction concentriques montrent la nature ondulatoire des \u00e9lectrons<\/em><\/p>\nOndes de probabilit\u00e9<\/h4>\n
![](\"https:\/\/artemiada.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/04\/080424img_8.png\")
<\/p>\n
\nLa superposition de nombreuses ondes simples forme un paquet d’ondes local typique (extrait du livre Quanta: A Handbook of Concepts de P. W. Atkins, Oxford: Clairdon Press, 1974)<\/em><\/p>\n![](\"https:\/\/artemiada.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/04\/080424img_9.png\")
<\/p>\n
\nDistribution de probabilit\u00e9 typique<\/em><\/p>\nPrincipe d’incertitude de Heisenberg<\/h4>\n
Fantaisies douteux<\/h4>\n
Dualit\u00e9 onde-particule et mesure quantique<\/h4>\n
![](\"https:\/\/artemiada.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/04\/080424img_10.png\")
<\/p>\n
\nPiste d’\u00e9lectrons dans un nuage de vapeur<\/em><\/p>\n![](\"https:\/\/artemiada.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/04\/080424img_11.png\")
<\/p>\n
\nLes r\u00e9sultats de plusieurs mesures de la position de l\u2019\u00e9lectron dans l\u2019atome d\u2019hydrog\u00e8ne sur l\u2019orbite la plus basse. Il est \u00e9vident que l\u2019onde \u00e9lectronique s\u2019effondre g\u00e9n\u00e9ralement l\u00e0 o\u00f9 la probabilit\u00e9 pr\u00e9vue de la trouver est \u00e9lev\u00e9e, ce qui entra\u00eene une orbite floue<\/em><\/p>\n
\nLe rabbin r\u00e9pondit: \u00abJe ne sais pas exactement.\u00bb
\n\u00abVous passez par cette route tous les jours \u00e0 cette heure-l\u00e0. Bien s\u00fbr, vous savez o\u00f9 vous allez. Juste au moment o\u00f9 il verrouillait la porte de sa cellule, le rabbin le regarda et dit doucement: \u00abTu vois, je ne savais pas.\u00bb
\nAvant que le cosaque ne l’arr\u00eate, le rabbin savait o\u00f9 il allait, mais apr\u00e8s cela il ne le savait plus. L’arr\u00eat (on peut appeler cela mesurer) a ouvert de nouvelles possibilit\u00e9s. C’est le sens de la m\u00e9canique quantique. Le monde n\u2019est pas d\u00e9termin\u00e9 une fois pour toutes par les conditions initiales. Chaque \u00e9v\u00e9nement de mesure est potentiellement cr\u00e9atif et peut ouvrir de nouvelles possibilit\u00e9s.<\/p>\nLe principe de compl\u00e9mentarit\u00e9<\/h4>\n
Principe de correspondance<\/h4>\n
![](\"https:\/\/artemiada.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/04\/080424img_12.png\")
<\/p>\n
\nMa femme et ma belle-m\u00e8re<\/em><\/p>\nInterpr\u00e9tation de Copenhague<\/h4>\n
Surmonter le r\u00e9alisme mat\u00e9riel<\/h4>\n
Le livre \u00ab\u00a0L’univers conscient de soi. Comment la conscience cr\u00e9e le monde mat\u00e9riel\u00a0\u00bb. Amit Goswami<\/p>\n
\nPARTIE I. Int\u00e9grer la science et la spiritualit\u00e9<\/a>
\nCHAPITRE 1. L’Ab\u00eeme et le Pont<\/a>
\nCHAPITRE 2. LA PHYSIQUE ANCIENNE ET SON PATRIMOINE PHILOSOPHIQUE<\/a>
\nCHAPITRE 3. PHYSIQUE QUANTIQUE ET MORT DU R\u00c9ALISME MAT\u00c9RIEL<\/a>
\nCHAPITRE 4. PHILOSOPHIE DE L’IDEALISME MONISTE<\/a>
\nDEUXIEME PARTIE. L’IDEALISME ET LA RESOLUTION DES PARADOXES QUANTIQUES<\/a>
\nCHAPITRE 5. OBJETS SITU\u00c9S \u00c0 DEUX ENDROITS EN M\u00caME MOMENT ET EFFETS QUI PR\u00c9C\u00c8DENT LEURS CAUSES<\/a>
\nCHAPITRE 6. NEUF VIES DU CHAT DE SCHR\u00d6DINGER<\/a>
\nCHAPITRE 7. JE CHOISIS, DONC JE SUIS<\/a>
\nCHAPITRE 8. PARADOXE EINSTEIN-PODOLSKY-ROSEN<\/a>
\nCHAPITRE 9. R\u00c9CONCILIATION DU R\u00c9ALISME ET DE L’IDEALISME<\/a>
\nPARTIE III. AUTO-R\u00c9F\u00c9RENCE : COMMENT ON DEVIENT PLUSIEURS<\/a>
\nCHAPITRE 10. EXPLORER LE PROBL\u00c8ME CORPS-ESPRIT<\/a>
\nCHAPITRE 11. \u00c0 LA RECHERCHE DE L’ESPRIT QUANTIQUE<\/a>
\nCHAPITRE 12. PARADOXES ET HI\u00c9RARCHIES COMPLEXES<\/a>
\nCHAPITRE 13. LA CONSCIENCE DU \u00abJE\u00bb<\/a>
\nCHAPITRE 14. UNIFICATION DES PSYCHOLOGIES<\/a>
\nPARTIE IV. RETOURNER LE CHARME<\/a>
\nCHAPITRE 15. GUERRE ET PAIX<\/a>
\nCHAPITRE 16. CR\u00c9ATIVIT\u00c9 EXTERNE ET INTERNE<\/a>
\nCHAPITRE 17. L’\u00c9VEIL DE BOUDDHA<\/a>
\nCHAPITRE 18. TH\u00c9ORIE ID\u00c9ALISME DE L’\u00c9THIQUE<\/a>
\nCHAPITRE 19. JOIE SPIRITUELLE<\/a>
\nGLOSSAIRE<\/a>
\n<\/b><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"