Mécanique quantique

Fille de l’ancienne théorie des quanta, la mécanique quantique constitue le pilier d’un ensemble de théories physiques qu’on regroupe sous l’appellation générale de physique quantique. Cette dénomination s’oppose à celle de physique classique, celle-ci échouant dans sa description du monde microscopique — atomes et particules — ainsi que dans celle de certaines propriétés du rayonnement électromagnétique.

Les principes fondamentaux de la mécanique quantique ont été établis essentiellement entre 1925 et 1927 par Bohr, Dirac, de Broglie, Heisenberg, Jordan, Pauli et Schrödinger. Ils permettent une description complète de la dynamique d’une particule massive non relativiste. Bohr a proposé une interprétation du formalisme, appelée interprétation de Copenhague, fondée sur le principe de correspondance.

Les principes de base ont été complétés par Bose et Fermi afin d’autoriser la description d’un ensemble de particules identiques, ouvrant la voie au développement d’une physique statistique quantique. Enfin, en 1930, le mathématicien Von Neumann a précisé le cadre mathématique rigoureux de la théorie.

Son extension relativiste pertinente est la théorie quantique des champs.

Introduction

Fille de l’ancienne théorie des quanta, la mécanique quantique fixe un cadre mathématique tout à fait cohérent qui a permis de remédier à tous les désaccords entre certains résultats expérimentaux mis en évidence à la fin du XIXe siècle et les prédictions théoriques correspondantes de la physique classique.

La mécanique quantique a repris et développé l’idée de dualité onde-corpuscule introduite par de Broglie en 1924 consistant à considérer les particules de matière non pas seulement comme des corpuscules ponctuels, mais aussi comme des ondes, possédant une certaine étendue spatiale (voir la mécanique ondulatoire). Bohr a introduit le concept de complémentarité pour résoudre cet apparent paradoxe : tout objet physique est bien à la fois une onde et un corpuscule, mais ces deux aspects, mutuellement exclusifs, ne peuvent être observés simultanément[1]. Si l’on observe une propriété ondulatoire, l’aspect corpusculaire disparaît. Réciproquement, si l’on observe une propriété corpusculaire, l’aspect ondulatoire disparaît.

A ce jour, aucune contradiction n’a pu être décelée entre les prédictions de la mécanique quantique et les tests expérimentaux associés. Ce succès a hélas un prix : la théorie repose sur un formalisme mathématique abstrait, qui rend son abord assez difficile pour le profane.

Quelques exemples de succès

Historiquement, la théorie a d’abord permis de décrire correctement les structures électroniques des atomes et des molécules, ainsi que leurs interactions avec un champ électromagnétique. Elle permet également d’expliquer le comportement de la matière condensée, notamment : la structure des cristaux et leurs vibrations (appelées phonons), les propriétés de conductivité électrique et de conduction thermique des métaux grâce à la théorie des bandes, l’existence et les propriétés des semi-conducteurs, l’effet tunnel. Elle permet enfin de comprendre les supraconducteurs et les superfluides.

Un autre grand succès de la mécanique quantique fut de résoudre le paradoxe de Gibbs : en physique statistique classique, des particules identiques sont considérées comme étant discernables, et l’entropie n’est alors pas une grandeur extensive. L’accord entre la théorie et l’expérience fut rétabli en tenant compte du fait que des particules identiques sont indiscernables en mécanique quantique.

La théorie quantique des champs, généralisation relativiste de la mécanique quantique, permet quant à elle de décrire les phénomènes où le nombre total de particules n’est pas conservé : radioactivité, fission nucléaire (c’est-à-dire la désintégration du noyau atomique) et fusion nucléaire.

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One Response to Mécanique quantique

  1. Francoise Bourdeaux dit :

    J ai en ma possession des photos de visages pris dans les nuages……….la science n’a pas été en mesure de m’en donner d explication !! Pourtant ces photos sont très nettes approuvées seulement par le Père BRUNE……..

    Des orbes aussi de plus en plus fréquents sur mes photos de toutes les dimensions et couleurs…….si quelqu’un de tres sérieux veut approfondir ce mystère infiniment mystérieux et mystique, vu les événements du départ….., je suis prête à raconter mon histoire invraisemblable mais vraieet qui continue chaque jour. Je vous laisse mon mail

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