Physique Quantique Partie 1

Liste partie 1

Physique classique
Développement de la physique quantique
Dualité onde-particule
Principe d’incertitude
L’expérience des doubles fentes
Superposition
Le monde se compose d’énergie

Liste partie 2

Les Quarks
Le Poing sur la table
Particules intriquées / enchevêtrées (Phénomène EPR)
Conclusion
Physique numérique et réalité virtuelle
Max Planck au sujet de la matière

La physique classique (newtonienne)

Aux Temps de Galileo (1564-1642), Kepler (1571-1630) et Newton (1642-1726) le monde était toujours dans l’ordre. Le combat était du sujet si la terre ou le soleil est au centre de notre système de planètes, si le trajet des planètes est juste circulaire ou elliptique. Autrement toutefois le monde était plus ou moins logique et compréhensible. La physique classique est la physique mécanique, elle déclare des questions telles que les lois de levier et la vitesse de chute. Elle est nécessaire pour construire des machines, etc.. Elle est la physique tangible et trait du monde que nous pouvons voir et toucher.

La physique classique voit notre monde et notre univers comme une machine géante calculable. Tout est sans équivoque. La même cause a toujours le même effet. Les lois de la physique sont les mêmes partout dans l’univers. Une particule comme par exemple une pierre avec une masse de 100 g va rester une pierre, elle ne peut pas se faire plus légère, elle ne peut tomber que vers le bas, jamais vers le haut, et elle ne sera en mesure de se liquéfier que par apport d’une énergie très élevée. Si on connaisserait l’état exact de chaque particule de l’univers dans la seconde courant, on pourrait calculer l’avenir de l’univers avec précision dans une heure ou une semaine plus tard. Ceci toutefois seulement si les créatures et surtout les hommes se comportent exactement selon les lois de la physique classique, et ceci n’est pas sûr.

Il y a quelques rares exceptions à ces lois: Toute substance se dilate lorsqu’elle est chauffée et se contracte quand elle est refroidie. Seulement en rapport avec l’eau cette loi ne s’applique qu’entre 4° et 100°, elle se comporte dans l’autre sens entre 0° et 4° Celsius. Cette anomalie de l’eau est vitale pour les êtres vivants: si un lac se refroidit, l’eau à 4° a le plus petit volume et descends à la partie la plus profonde du lac, sur un refroidissement supplémentaire jusqu’à 0°, elle va remonter, et quand elle gèle en glace, alors seulement sur la surface. De cette façon, les organismes peuvent survivre en hiver dans l’eau douce. Si l’eau se comporterait différemment, un lac gèlerait du bas vers le haut et se fesait un seul bloc de glace, aucun poisson ne pouvait survivre. C’est comme si quelqu’un aurait prévu les poissons avant de déterminer le comportement thermique de l’eau.

Bien que la physique classique ne peut expliquer qu’une partie de notre monde, elle détermine toujours notre vision du monde et notre façon de penser dans de nombreux domaines de la science.

Développement de la physique quantique

C’est différent avec la physique quantique d’aujourd’hui. La description scientifique des plus petits élements de construction de notre monde ressemble plutot à la magie.

Max Planck a commencé en 1900, lorsqu’il a découvert que le rayonnement thermique peut libérer son énergie seulement coup par coup, juste à la manière quantique, soit en « quants ».

Dualité onde-particule

Les découvertes d’Einstein et de Broglie en 1923 ont conduit au concept de la dualité des particules ondulatoires (ou dualité onde-corpuscule) qui dit que chaque particule (atome, proton, électron,…) en même temps est un corps minuscule avec un poids (masse) et en même temps une onde électromagnétique.

Une onde peut être comparée avec les vagues de l’eau, qui sont créées par une pierre jetée dans l’eau. Les vagues de l’eau se produisent par des mouvements des molécules d’eau, les ondes sonores se produisent par des mouvements des molécules d’air. Les ondes forment des cercles et certaines dessins. Les ondes électromagnétiques, qui comprennent les ondes de la lumière, suivent les mêmes principes des vagues de l’eau et des ondes sonores, forment alors des cercles et certes dessins. Mais les ondes électromagnétiques ne sont pas des mouvements des particules, mais consistent dans le néant, dans le vide, dans un espace vidé d’air, ils se propagent dans l’espace à travers l’univers.

Elles n’ont aucun poids et sont complètement immatérielles. Les ondes ne sont pas localisables, elles sont en même temps à plusieurs endroits, donc elles n’ont pas une localisation exacte. Par contre, une particule a une localisation exacte pour un temps terminé.

Alors, la théorie de la dualité des particules ondulatoires dit que chaque particule de notre univers peut simultanément être une onde, tandis que tout onde dans notre univers peut en même temps être une particule.

La théorie de la dualité des particules ondulatoires explique que même les rayons immatériels de lumière ont un poids minuscule (photons) et peuvent être déviés par la gravité. Par conséquent, vous ne voyez pas les «trous noirs» dans l’espace, parce qu’ils ont une attirance si immense, que même les photons des rayons lumineux sont trop lourds pour surmonter cette attraction et pour rayonner dans l’espace.

La nature ondulatoire de la lumière explique à son tour l’arc-en-ciel qui sont des dessins des différentes longueurs d’onde de la lumière. Le saisissant et contradictoire dans cette théorie est que les ondes électromagnétiques, les faisceaux lumineux ou même rayons thermiques sont en même temps des particules de poid et localisables et des ondes sans poids et non localisables. Cela contredit le principe de l’unicité de la physique classique mais il est vrai pour chaque particule et chaque atome.

Principe d’incertitude

Et maintenant allons continuer avec les aspects magiques de la physique quantique : 1927 s’y rejoint le principe d’incertitude de Heisenberg. Pour une particule comme un électron par exemple il est en principe impossible de déterminer son emplacement exact et en même temps sa vitesse. Si on détermine à un moment donné le lieu avec précision de nanomètre, on ne peut plus déterminer sa vitesse et vice versa.

Si alors je conduis ma voiture dans un piège à vitesse je me fais flasher avec 65 km/h dans la ville, sur l’avis de contravention est écrit l’emplacement exact ainsi que la vitesse exacte (enfin, peut-être non exacte sur le nanomètre). Pourquoi est-ce différent avec les électrons ? L’électron n’est plus sans équivoque, il est flou, il échappe à une définition précise et il n’est détectable que de manière statistique

L’expérience des doubles fentes

Particules : 2 bandes (fusil)

Il s’agit d’une expérience de physique très connue et mystérieuse. Elle a été réalisée en 1802 pour la première fois pour prouver que la lumière est une onde. La lumière est envoyé sur une plaque, qui a seulement 2 fentes étroites, par lesquelles la lumière peut traverser. Si on bombarderait donc une plaque à doubles fentes de particules comme par exemple par un fusil de chasse, alors on verrait 2 bandes étroites de plombs juste où les plombs ou les particules peuvent encore traverser la plaque en raison de la fente étroite. Mais si on envoie la lumière à travers de ces fentes, alors on verra un dessin de nombreuses bandes de l’autre côté, parce que juste la lumière émise par les deux fentes selon les lois de propagation des ondes elle s’augmente dans certains lieux et ailleurs elle s’affaiblit donc forme ce dessin. Avec cette expérience, Thomas Young a été en mesure de prouver que la lumière est une onde, car elle forme plusieurs bandes donnant un dessin.

Vidéo de l’expérience de la double fente autre video

Ondes: dessin d’interférence

Dans une variante moderne de l’expérience on a envoyé de très petites particules, des photons simples à la double fente. Étonnamment cependant, on ne voiyait pas les bandes, mais un dessin d’ondes. Alors, comment l‘électron peut-il traverser les deux fentes simultanément et former un dessin d’ondes avec lui-même?

Dans une autre variante de l’expérience de doubles fentes on posa des mesureurs pour déterminer par quelle des deux fentes une particule a juste traversé. Et hélas, á peine on mesura effectivement, alors il y n’eut tout d’un coup aucun dessin d’ondes, mais il y eut 2 bandes comme le dessin des fusils de chasse. Si seulement le mesureur était là mais on n’enregistra pas les mesures, le photon s’avèra de nouveau en onde. Comment peut le photon savoir qu’il va être mesuré plus tard et peut par la suite se comporter tout d’un coup de façon différente ? Est-il important pour le photon qu’il soit ou non observé ? Est-ce que la seule volonté d’effectuer une mesure changera le processus ? Est-ce que la conscience de mesurer le processus serait plus forte que la physique ? Jusqu’à aujourd’hui, personne ne pouvait complètement résoudre cet énigme.

La dernière variante de cette expérience (1999) est vraiment déconcertante, l’ expérience «extincteur quantique par choix retardée»: au moment quand le photon traverse la fente il n’est pas enore défini s’il sera ou non mesuré plus tard. Néanmoins, le photon se comporte bien comme ci-dessus décrite: quand il n’est pas observé, il en résulte le dessin d’interférence d’une onde, mais quand on va mesurer par quel fente il a volé, il produit les 2 bandes d’une particule. Il est comme s’il pouvait lire dans l’avenir ou comme si la mesure du photon dans l’avenir ait un impact sur le passé.

C’est comme un jeu de cache: à peine nous regardons les particules plus précisément, dès que nous voulons mesurer son endroit, ils disparaîssent et se font une onde d’énergie. Le grand mystère de la physique demeure: pourquoi la mise en place d’un instrument de mesure, qui est, l’observation de la particule, joue un tel rôle important? L’observation est un acte humain. Si nous, les humains, ne serons qu’une collection complexe et programmée de façon intelligente de molécules – selon le point de vue matérialiste du néo-darwinisme – , il n’y aurait pas de possibilité d’une explication de ce phénomène.

Superposition

Bien que notre monde 3D nous semble être claire et solide, si peu clair sont les particules qui le composent. Les électrons ont un spin, a savoir un sens de rotation, ils peuvent tourner vers la droite ou vers la gauche. Malheureusement, ils tournent la droite mais en même temps vers la gauche s’ils ne sont pas observés. Ces deux états (sens de direction) se superposent, ils ne sont pas définis. On l’appelle « Superposition ». Uniquement lorsque on veut déterminer le spin avec n’importe quel appareil de mesure, l’électron définit ensuite un sens de spin. Seulement si tu le regardes.

Dans un blog d’un physicien allemand, celui-ci conclut l’existence d’un monde spirituel aux contradictions du problème de la mesure relié aux états de la superposition et à l’équation de Schrödinger.

Le monde se compose d’énergie

Les atomes qui composent notre monde sont des coquilles vides : au milieu le noyau de neutrons et protons, autour la coquille avec un rayon 10 000 fois plus grand que le noyau, puis les électrons, qui pèsent seulement un deux millième du noyau. Tout le reste est vide, il se compose des forces de l’attraction et de répulsion, qui combinent les éléments essentiels et les atomes et les champs d’énergie. J’ai lu une fois que si on met ensemble tous les atomes de notre planète de façon très étroite, afin que tous les protons et les neutrons soient côté à côté et soient collés aux électrons, puis notre monde ne sera que plus grand que la tête de verre d’une épingle. Cela vaut naturellement également pour les molécules qui composent un être humain. Fondamentalement, il se compose uniquement des champs d’énergie. Et même le petit reste de la matière, qui théoriquement reste (protons, neutrons et électrons) est, comme nous le savons maintenant, également sous la forme d’une onde électromagnétique, ce qui signifie que les plus petites particules sont en même temps des particules matérielles et des ondes d’énergie. Pour transférer la masse d’une particule en l’énergie d’une onde, il ya la fameuse équation E=mc². Nous sommes donc faites d’énergie pure. Nous et notre monde sont une forme particulière de l’énergie, comme des ondes décélérées, nous sommes de la lumière surgelée. C’est le concept de la physique moderne.