Dating : La physique quantique en deux-deux

Pour appréhender la physique quantique, il faut accepter de laisser de côté tout ce que l’on croit savoir sur le monde et notre perception de ce dernier. En effet, les principes de la physique quantique ne s’observent qu’à échelle microscopique. Or, l’œil humain ne peut voir à cette échelle. Seule l’échelle macroscopique nous est accessible, à moins d’utiliser certains outils (exemple : le microscope). Pour résumer, c’est un autre paradigme. Avec ses propres postulats, lois et principes.

Vous devez donc ouvrir votre esprit à des principes qui sont normalement hors de portée de notre capacité de perception.

C’est bon vous êtes prêts ? C’est parti.

1. Le principe de superposition

Rien de bien compliqué sur ce premier principe. Si l’on doit illustrer la chose : la particule quantique va (par exemple) à la fois à 100km/h et 200km/h. En même temps. Oui c’est comme ça. Cette notion d’ubiquité reviendra d’ailleurs à plusieurs reprises : en physique quantique les objets étudiés peuvent être dans 2 états à la fois, au même moment.

2. L’indéterminisme de la mesure et le hasard quantique

Afin d’étudier les comportements des particules, il a forcément été nécessaire de les mesurer. Or, on s’est aperçu que le simple fait de mesurer la particule, la force à “choisir” un état au moment de la mesure, mais il est actuellement impossible de savoir à l’avance lequel elle choisira.

Cela nous amène à un second constat : la réduction des états quantiques. En effet, une fois sa vitesse mesurée une première fois et le résultat obtenu, si on effectue la mesure une seconde fois on obtiendra exactement le même résultat qu’à la 1ère mesure : on dit de la particule qu’elle est dans un état « projeté » ou « réduit ».

3. La dualité onde-corpuscule et la courbe de probabilité de présence

Repartons de notre constat évoqué précédemment : notre perception du monde se fait à échelle macroscopique, nous avons donc eu besoin de développer des outils comme le microscope pour percevoir et analyser le monde microscopique. Il faut savoir que les « objets » dits « ponctuels » -donc visibles à notre échelle (par exemple une orange, une voiture, ou encore … un humain) — se comportent comme des ondes à échelle microscopique.

Pourquoi « ponctuel » me direz-vous ? Et bien parce que contrairement à l’échelle macroscopique, la matière à échelle microscopique est en mouvement constant, son état change à chaque instant.

Autrement dit, à notre échelle de perception, nous verrons un « objet » ou un « corps ». Cependant, si nous pouvions percevoir lesdits objets à échelle microscopique, nous verrions des mouvements d’énergie, des ondes, mais revenons-en à notre 3ème principe.

Pour illustrer le principe de la dualité onde-corpuscule, le comportement de la lumière peut-être intéressant à observer. En effet, elle se comporte naturellement soit comme une particule (le photon) soit comme une onde (électromagnétique). Si l’on allume un projecteur (point A) et que l’on projette de la lumière sur un mur qui serait percé en 2 endroits, avec un écran derrière (point B), capable d’enregistrer les zones d’impacts, on pourrait s’apercevoir que la particule emprunte en même temps tous les chemins possibles pour aller d’un point A à un point B, incluant le chemin traversant le mur (hors des emplacements troués), ce sera le sujet du principe suivant : l’effet tunnel. La fameuse courbe de probabilité de présence est difficile à déterminer et sera donc très variable : puisque -encore une fois- la particule emprunte tous les chemins possibles en même temps pour atteindre son objectif.

4. L’effet tunnel

En physique quantique, il y a toujours une partie de l’onde qui traverse ou se retrouve de l’autre côté de l’obstacle rencontré. Prenons pour illustrer cela la musique VS le mur de votre voisin. Tous les parisiens se reconnaitront et bien d’autres (hashtag murs en papier) …

Pour synthétiser : en physique quantique le constat est simple :

1. La particule est dans 2 états à la fois (dans l’état actuel de nos connaissances humaines) : particule et onde.

2. Cette même particule si elle est dans un objectif d’atteinte d’un point de destination unique : emprunte TOUS les chemins possibles en même temps pour atteindre ce point.

Essayez de vous imaginer face à un labyrinthe avec l’objectif d’atteindre le centre. Les possibilités de cheminements avant de l’atteindre sont nombreuses. En physique quantique, explorer tous les chemins possibles en même temps est tout à fait faisable.

3. Si l’on transpose cela à la transmission de l’information : vous êtes l’information et si l’on transpose encore la chose sur un secteur précis — celui de l’informatique- cela donne l’ordinateur quantique.

Je vous en reparlerai peut-être ultérieurement. Cependant, en l’état revenons à nos principes basiques de la physique quantique si vous le voulez bien.

5. La radioactivité

L’atome existe structurellement grâce à la force nucléaire forte, qui maintient les protons et neutrons consolidés entre eux. Ils ne peuvent normalement pas sortir de ce champ de force. De temps en temps une partie d’entre eux peut s’échapper grâce au fameux effet tunnel, que nous avons évoqué précédemment : c’est ce qu’on appelle la radioactivité.

6. La quantification des effets physiques

Les particules ont une quantité d’énergie fixée : par exemple un électron gravitant autour d’un proton ne peut pas avoir n’importe quelle orbite et n’importe quelle énergie. Il y a même peu de valeurs possibles : cette quantification de la valeur de l’énergie possible de la particule a des limites très précises. Quantifiées. D’où l’appellation « physique quantique ».

7. Principe d’incertitude de Heisenberg

Paradoxalement, le principe d’incertitude de Heisenberg a démontré que plus on connaît la vitesse de l’électron moins on connaîtra sa position dans l’espace (ce qui rejoint soit dit en passant le principe n°3 et la courbe de probabilité de présence). La connaissance de la valeur de l’un réduit celle de l’autre.