Aujourd'hui, je vous explique la mécanique quantique (Deuxième partie )

(Go lire la partie 1 avant si c'est pas déjà fait)



La lumière est faites d'ondes qui se propagent dans les champs magnétiques et électriques, on parle de "rayonnement électromagnétique". Mais la théorie des Quanta de Planck, ainsi que les recherches d'Einstein, ont conduit à considérer la lumière comme un flux de particules, les photons. Alors, particules ou ondes ? En réalité, il s'agit des deux à la fois : En mécanique quantique, on ne fait pas de différence entre les ondes et les particules. Ainsi, la lumière peut être considérée comme des ondes ou des particules, suivant l'utilisation qu'on en fait on prend ce qui nosu est le plus commode. Les particules, elles aussi, n'ont pas de place fixe : Il y a une incertitude, elles sont "étalées" suivant une distribution de probabilités, à la manière des ondes. On peut aussi considérer les particules comme des ondes, en physique quantique. Il n'y a pas vraiment de distinction entre ondes et particules, même si ça peut paraître totalement différent, c'est la même chose. On parle de dualité onde/particule.

Cette dualité n'est pas seulement une convention théorique, pour simplifier les calculs : C'est quelque chose de réel, qui a plusieurs conséquences assez impressionnantes.
Ainsi, il peut y avoir des "interférences" entre les ondes, qui ont lieu aussi bien avec de vraies ondes qu'avec des particules.
Si deux ondes se chevauchent, elles peuvent soit se renforcer, soit s'annuler, suivant si elles sont sur la même crête ou non.
Ici, les deux ondes se renforcent pour former une onde plus grande :
http://www.noelshack.com/up/aaa/ondes1-4d45542366.JPG

Ici, elles s'annulent :
http://www.noelshack.com/up/aaa/ondes2-8e1135e059.JPG




Je vais vous expliquer l'expérience des "deux fentes" (ou Fentes de Young).

On prend une plaque avec une fente, et qu'on fait passer de la lumière à travers cette fente. Si on place un écran derrière, celui-ci sera complètement éclairé.

Maintenant, on prend une plaque opaque qui comporte deux fentes parallèles. Derrière, on place un écran.
On projette de la lumière, constituée d'ondes, sur cette plaque. Les ondes traversent les deux fentes et arrivent sur l'écran. Tout point de l'écran sera atteint par la lumière provenant des deux fentes. Ainsi, les ondes se chevauchent. A certains endroits, les ondes se renforcent, à d'autres, elles s'annulent, de telle façon que l'écran n'est pas recouvert complètement par la lumière, mais on obtient seulement des bandes, comme sur cette photo :
http://physique-eea.ujf-grenoble.fr/intra/Organisation/CESIRE/OPT/DocsOptique/PhotoOptWeb/YoungBlanche.jpg

(Un schéma trouvé sur google pour expliquer comment les ondes se chevauchent :
http://11magazine.free.fr/Technique/2004/05/young2.jpg
)
Pour l'instant, tout est normal, les ondes s'annulent et se renforcent comme elles le devraient.

Maintenant, on réitère l'opération, à une échelle plus petite, en envoyant sur la plaque des électrons. Les électrons sont des petites particules de matière, ils devraient donc agir comme des particules. Mais non, à petite échelle, dans le monde quantique, les particules et les ondes sont la même chose. Du coup, après l'expérience, les électrons sont disposés comme ça :
http://www.noelshack.com/up/aaa/electrons-bc3cc88b45.JPG


Les scientifiques ont pensé que ça pouvait être du aux interactions entre les électrons qui passent à droite et ceux qui passent à gauche. Ils ont donc refait l'expérience en envoyant les électrons UN à UN. Ainsi, l'électron ne pouvais pas interférer avec un autre, vu qu'il était seul. Il ne peut passer que à gauche ou à droite, et agir comme s'il n'y avait qu'une seule fente : On obtiendrait alors un écran uniformément recouvert d'électrons.
Mais même comme ça, le résultat est toujours le même : On obtient plusieurs bandes, comme pour une onde. Comme si l'électron s'était divisé, s'était propagé tel une onde, pour finalement se déposer sur une des bandes "possibles" de l'écran. Mais un électron ne peut pas se diviser. Alors comment est-ce qu'un tel résultat peut-il se produire ?
En fait, les formules de la mécanique quantique donnent une interprétation mathématique difficile à accepter. Il y a deux possibilités : L'électron passe à gauche, ou l'électron passe à droite. Eh bien dans le cadre de la mécanique quantique, il passe à droite ET à gauche en même temps. Encore mieux, il a beau passer par les deux fentes en même temps, on trouve aussi qu'il ne passe par aucune fente. Et pourtant, c'est vrai, c'est comme ça que ça se passe, ce n'est pas dû à une erreur scientifique.

Dernière expérience : Les scientifiques ont réitéré celle où ils envoient les électrons un par un, en mettant des capteurs sur chaque fente pour déterminer dans laquelle passe chaque électron. Et chaque électron passait bien par une seule fente, la droite ou la gauche. Le problème, c'est qu'à la fin de l'expérience, l'écran était totalement recouvert d'électrons. Les conditions de l'expérience étaient les mêmes que pour la précédente, les appareils de mesure n'ont pas interféré avec les électrons. Mais ceux-ci, une fois "observer", ont modifié leur comportement : Ils ont agi comme de la matière.
En mécanique quantique, l'observation a un rôle très important dans une expérience.



Si on prend par exemple une particule radioactive qui a 50% de chances de se désintégrer au bout d'une minute. Alors, selon la mécanique quantique, au bout d'une minute elle sera A LA FOIS entière et désintégrée. Elle a une sorte d'état intermédiaire. Par contre une fois qu'on l'observe, c'est là que son état se précise : elle est soit l'un, soit l'autre. Ce n'est pas une convention ou une interprétation, c'est de que montrent des calculs très rigoureux.

Appliqué à des particules, ça peut paraître concevable, comme idée. Mais Erwin Schrödinger a imaginé une expérience qui transpose ce phénomène à un élément plus proche de nous : Un chat. Ainsi, il a imaginé un mécanisme où un chat était enfermé dans une boite, avec un mécanisme qui tue le chat au moment où la désintégration d'un atome radioactif est détectée. L'état du chat, mort ou vivant, dépend alors directement de celui de l'atome, intact ou désintégré. Selon les lois de la mécanique quantique, avec cette expérience, le chat est à la fois mort et vivant tant qu'on n'a pas ouvert la boite pour faire l'observation. Dit comme ça, appliqué à un chat, ça paraît absurde... Et pourtant, c'est ce que dit la mécanique quantique, branche de la physique exceptionnellement couronnée de succès au cours de ce dernier siècle...