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[Choualbert Einstein] La Physique Quantique

Bonjour, aujourd’hui j’ouvre une nouvelle box Choualbert Einstein !

Pour rappel :
Le concept : De manière régulière, une box sera créée sur un thème ou un domaine scientifique. Vous postez les questions que vous avez sur le domaine, ou vous répondez aux questions des autres si vous avez les réponses. La box sert donc de brève introduction et le contenu est créé participativement par les chouals !

Choix des thèmes : Chaque thème est voté pour la semaine suivante via un Strawpoll.
Pour le choix du thème de la prochaine box, je vous invite à voter sur mon commentaire dédié !

Ainsi, le thème du jour est..... La physique quantique !

Alors tout d’abord, qu’est-ce que c’est ? La physique quantique n’est pas tant un domaine de recherche en soi mais plus un formalisme général qui va s’appliquer à certains objets physiques (en général aux très petites échelles) comme par exemple la physique des particules, la physique atomique et nucléaire, l’électromagnétisme ou encore la physique des solides.

Mais la popularité de la mécanique quantique vient avant tout des nombreuses découvertes particulièrement contre-intuitives auxquelles on a eu droit durant le siècle dernier. Ces découvertes ont notamment beaucoup intrigué le grand public qui (légitimement) se pose beaucoup de questions : Comment une particule peut être “à deux endroits en même temps” ? Les objets quantiques sont ils des ondes ou des corpuscules ? Qu’est-ce que l’intrication quantique ? L’observateur peut-il vraiment influencer le résultat d’une expérience de physique ? Le principe d’incertitude d’Heisenberg limite-t-il notre champ de connaissance ? Les ordinateurs quantiques vont-ils révolutionner l’informatique ? Doit-on prononcer “kantique” ou “kouantique” ? De quelle couleur était le chat de Schrödinger ???
La liste est loin d’être exhaustive, et c’est parfait car c’est précisément le but de la box, que VOUS posiez vos questions et que d’autres y répondent !

Donc à vos claviers

En image : la figure d’interférences issue de l’expérience des fentes d’Young appliquée à des électrons. Cette expérience a permis de démontrer la nature ondulatoire des particules comme les électrons
[Choualbert Einstein] La Physique Quantique
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Du coup la mère d'aliG..
@PonypasTrany: t'es ridicule, tu pourrais au moins dire un truc intelligent, la preuve il ne t'as même pas répondu, quand ça te démange la prochaine fois, ferme la et dit rien, merci
@JoeSalai: mon pauvre, tu sors de ton trou juste pour râler, c'est triste
Quelques liens :

Ecrits :
- Définitions générales et liste de différents phénomènes et expériences : https://fr.wikipedia.org/wiki/Physique_quantique
- Sur l'interprétation de la mécanique quantique : https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89cole_de_Copenhague_(physique)

Vidéos :
- Science Etonnante - La mécanique quantique en 7 idées : https://www.youtube.com/watch?v=Rj3jTw2DxXQ
- Science Etonnante - L'intrication quantique https://www.youtube.com/watch?v=5R6k2mEacZo
- Science Etonnante - L'expérience des fentes d'Young (La plus belle expérience de la physique) : https://www.youtube.com/watch?v=zPolTp0ddRg
- Science Etonnante - La superposition quantique : https://www.youtube.com/watch?v=uk2G8-vebm4
- Science Etonnante - Les ordinateurs quantiques : https://www.youtube.com/watch?v=bayTbt_8aNc
- String Theory - l'algorithmique quantique : https://www.youtube.com/watch?v=plgQgJ4obTg
- ScienceClic - La superposition quantique : https://www.youtube.com/watch?v=Va-WLeObSSo
- ScienceClic - La dualité onde-corpuscule : https://www.youtube.com/watch?v=_vt9P0nKCWo
- ScienceClic - La décohérence quantique : https://www.youtube.com/watch?v=21RiZ39Y1Vk

Conférences :
Julien Bobroff (qui a bossé pendant 20 ans dans la mécanique quantique et les matériaux supraconducteurs) :
- Voir la quantique : https://www.youtube.com/watch?v=j6h6fUKnRAY
- A la recherche de la matière quantique : https://www.youtube.com/watch?v=f9-izPdonfc
Etienne Klein (qu'on ne présente plus) :
- La naissance de la physique quantique : https://www.youtube.com/watch?v=GytV0CHfx9o

Si vous avez d'autres sources intéressantes vous êtes évidemment invités à les poster en réponse à ce commentaire !
@CerealeKiller: ajouter si possible la vidéo Youtube "l'ordinateur quantique" de l'Esprit sorcier , avec Fred Courant, qui comprend entre autres deux animations sur la physique quantique et son historique.
Votez pour le prochain thème ici : https://www.strawpoll.me/18249953
S'il y a un thème qui vous intéresse mais qui n'est pas mentionné ici mettez le en réponse à ce commentaire et le nombre de points correspondra au nombre de votes. (ça évite de refaire un Strawpoll)
@CerealeKiller: J'aurai bien aimé parlé de l'inventeur de l'unité de mesure Sô6
En physique quantique on parle souvent de x dimension supplémentaire, mais qu'elles sont ses dimensions ? Considère t'on par exemple que la gravité, le temps etc sont des dimensions ? Et ci ce n'est pas le cas de quoi parle t'on alors ?
@Klaustridium: Alors je pense que tu fais allusion à la théorie des cordes. Il s'agit pas de physique quantique bien établie mais plutot d'une théorie candidate qui cherche à faire le lien entre la gravitation et la mécanique quantique.
En fait dans la théorie des cordes pour des raisons mathématiques il nous faut plus de dimensions d'espace. Sauf que pas de chance, normalement on n'en observe que 3. Une des solution trouvée par les théoriciens adepte de cette théorie est d'imaginer des dimensions repliées sur elle même de telle manière que d'un point de vue macroscopique on ne les voit pas. Il ne s'agit donc pas de gravité ni quoi que ce soit du genre mais bien de dimension caractérisant un espace.

Pour plus de précisions je t'invite à regarder la vidéo de science étonnante sur le sujet : https://www.youtube.com/watch?v=rXhzeKh8yBk
@Klaustridium: Très bonne question. On revient à la base pour rien louper.
En tant qu'êtres humains, nous pouvons nous mouvoir dans 3 dimensions (l'espace: x,y,z) et en subissons une 4ème, le temps (t). Mais qu'est ce qu'une dimension au fait ?
Une dimension est un outil mathématique, permettant de constater et décrire la variation d'une donnée, le plus souvent au cours du temps en physique. La variation d'un objet entre son état à un instant t, et son état à t+1. Par exemple, la position d'un objet en mouvement (une planète par ex).

Mais maintenant, pourquoi avoir besoin de rajouter des dimensions en physique quantique ?
Pour commencer, il faut bien comprendre que les analyses touchant à la physique quantique sont extrèmement mathématiques sur papier, contrairement à l'étude des systèmes spatiaux (par ex) qui eux sont plutot basés sur l'expérience, puis théorisées mathematiquement.
Autrement dit, on galère tellement à constater des choses tant c'est petit, que l'on joue avec les maths (et les expériences deja menees et vérifiees) pour expliquer ce qui est constaté. On vérifie ensuite les théories en découlant suivant des expérieneces. Et c'est comme ça qu'avance la connaissance sur le sujet.
@Klaustridium: A un moment, pour expliquer ce que l'on constatait, le modèle dimensionnel 4D (espace + temps) ne suffisait plus. En d'autres termes, les particules peuvent se déplacer selon des dimensions qui n'ont pas de sens soit à notre échelle (nous sommes très gros), soit car nous n'y avons pas accès.
Kezaco, tu me diras ?
Concernant de potentielles (j'insiste) dimensions auxquelles nous n'aurions pas accès, il faut se rappeler que nous sommes faits de matière et que nous n'interagissons qu'avec celle-ci. Tu peux marcher et te mouvoir sur Terre par interactions electromagnétiques, mais dans l'espace, tu vas seulement deriver selon les lois de la gravité. Si antimatiere (ou autre qui sait) il y a, ce "nouvel espace" n'a pas de sens pour nous car nous ne pouvons rien faire avec. Meme pas constater son existence de maniere simple !
@Klaustridium: Maintenant, les dimensions qui n'ont pas de sens à notre échelle de taille (c'est le plus important ici). On va se baser sur la théorie de la gravitation quantique à boucles, et on se base une métaphore pour commencer.
Supposons que tu marches le long de l'équateur sur Terre. Sans jamais t'arreter. Tu pourrais croire qu'à un moment, tu vas arriver au bout. Mais non. Dans le référentiel spatial, tu bougerais à l'infini au cours du temps, et de cette échelle spatiale beaucoup plus grande que la notre, tu suivrais une dimension recourbée sur elle-même.
Pour nous, sur Terre, tu bougerais en 3D (aussi depuis le modele spatial d'ailleurs), mais on peut le formaliser mathematiquement de cette maniere et c'est en partie ce qui se passe au niveau quantique.
En partie, car il semblerait que les particules puissent se mouvoir selon des dimensions avec lesquelles nous ne pouvons interagir (mais qui n'ont peut etre de sens qu'à cette echelle !). Le fait est qu'on ne sait pas, tant notre cerveau ne comprend pas ce qu'il se passe et ne peut alors se le representer. On manque de données et d'informations encore.
@Klaustridium: Enfin, la gravité n'est pas une dimension du tout. C'est une force. Par contre, la variation de cette force de gravité dans l'espace à une influence sur l'espace 4D. Une maniere de le comprendre est que les horloges satellitaires se decalent un peu tous les ans par rapport à celles terrestres, du fait de la variation de la gravité entre les 2.

Une chose à bien retenir: la physique quantique est extrèmement mathématique. Les théories suivent des lois de probabilités et statistiques diverses au gré de ce que l'on constate dans les expériences. Mais ce manque de déterminisme dans les théories - au contraire de ce qui touche à la physique traditionnelle (on sait prévoir à peu près ce qu'il se passe formellement grace aux formules, au point d'envoyer une sonde à des dizaines de millions de km sur une comete de 30 km de diametre) - représente surtout le fait que l'on ne comprenne pas ce qui se passe à cette échelle très petite. Mais qu'on fait au mieux avec les moyens du bord.
@Klaustridium: Il doit y avoir confusion entre dimensions supplémentaires à des théories de grand unification et dimensions pas supplémentaires du tout des espaces de Hilbert décrivant mathématiquement un système quantique.
@gowap: vous êtes hors sujet. Rien a voir avec la physique quantique.
@dv2gif: Je suis du même avis que toi. Les dimensions supplémentaires ont un sens mathématique qui est, je pense, impossible à traduire en sens physique.
@alkra: C'est ce qui est amusant en sciences, ce n'est pas une question d'avis, mais bien de conjectures, de compréhension des outils, d'ouverture d'esprit et d'expériences afin de coller les morceaux
@gowap: Oui merci, la science c'est mon métier. Je suis chercheur en physique nucléaire. Et quoi qu'on en pense, si les chercheurs ont des avis sur la science.
Le principe du chat de Schrödinger, j'ai cru comprendre qu'il n'était pas vraiment applicable puisque la physique quantique c'est l'infiniment petit...
Alors pourquoi on en parle toujours ?
@JackyLaPalourde: Alors en fait chose curieuse c'est que Edwin Schrödinger aurait proposé cette idée de chat connecté par un mécanisme complexe à un "atome" (ou truc du genre) qui obéit aux lois quantiques pour montrer les lacunes d'interprétations que l'on avait à l'époque concernant ce qu'est véritablement une mesure et sur les conséquences que l'observateur peut avoir. Donc Schrödinger (si je ne m'abuse) lui même ne croyait pas à la faisabilité d'une telle expérience.
Aujourd'hui l'interprétation la plus admise (il me semble) est qu'à cause d'un phénomène appelé la décohérence, il n'y a pas de paradoxe et il est en pratique impossible de fabriquer l'expérience de pensée de notre cher Edwin.

Pour citer Wikipédia :
Un certain nombre de théoriciens quantiques affirment que l'état de superposition ne peut être maintenu qu'en l'absence d'interactions avec l'environnement qui « déclenchent » le choix entre les deux états (mort ou vivant). C'est la théorie de la décohérence. La rupture n'est pas provoquée par une action « consciente », que nous interprétons comme une « mesure », mais par des interactions physiques avec l'environnement, de sorte que la cohérence est rompue d'autant plus vite qu'il y a plus d'interactions. À l'échelle macroscopique, celui des milliards de milliards de particules, la rupture se produit donc pratiquement instantanément. Autrement dit, l'état de superposition ne peut être maintenu que pour des objets de très petite taille (quelques particules)3. La décohérence se produit indépendamment de la présence d'un observateur, ou même d'une mesure. Il n'y a donc pas de paradoxe : le chat se situe dans un état déterminé bien avant que la boîte ne soit ouverte. Cette théorie est notamment défendue par les physiciens Roland Omnès et Jean-Marc Lévy-Leblond, et par le prix Nobel Murray Gell-Mann.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Chat_de_Schr%C3%B6dinger#Est-il_exact_de_dire_que_le_chat_est_mort_et_vivant_?
@JackyLaPalourde: Simplement pour représenter (vulgariser) l'aspect contre-intuitif des propriétés de superposition des états
@CerealeKiller: voilà une réponse sensée. Une petite correction. C'est maintenant l'interprétation de toute la communauté des physiciens quantiques. Et l'expérience du chat est parfaitement faisable (bien que ethniquement problématique pour le bien être animal) : et le chat sera soit mort soit vivant à chaque essai.
En ce qui me concerne, ce qui me pose problème, c'est la représentation physique d'une particule élémentaire ou même d'un atome.
J'ai cru comprendre que les représentations schématiques de type ''planétaire'' des électrons qui ''gravitent'' autour du noyau ne reflètent pas la réalité. De même, la dualité onde-corpuscule d'une particule ne me permet pas d'en imaginer une représentation.
Ça peut surement paraître con mais je trouve que c'est déjà un frein à la compréhension que de ne pas pouvoir avoir un visuel ''physique'' en tête.
Du coup, si quelqu'un peut me dire ce que je doit m'imaginer quand on parle de particule...
@Cerise: C'est bien pour ça qu'il faut commencer des maths pour y voir plus clair,et des connaisances en physique ;)
C'est normal que tu n'arrives pas à te le représenter visuellement, puisque ce sont justement des notions contre-intuitives.

Pour le cas dualités ondes-corpuscules, on parle du photon particulierement (toutes les particules ne se ressemblent pas). Le photon est une particule, elle se comporte comme un point. Mais sa trajectoire se comporte comme une onde dans les espaces qu'il traverse.
Une façon de te le representer serait qu'il ressemble à une vague cylindrique en pleine mer, avec tellement d'énergie condensée en tête, qu'on pourrait le représenter comme un caillou sphèrique.

Si tu veux t'y intéresser sans maths, Descartes en parle très bien dans ses Essais sur la lumière :)
L'image illustratrice du dossier a l'air fausse. La courbe rouge ne représente-t-elle pas le profil d'intensité qui ne doit avoir des pics qu'au niveau des franges blanches ? Ça commence bien...
@dv2gif: ah oui absolument, s'il s'agit d'intensité ou de densité de détection alors les pics sont mal placés. Mea culpa, j'ai pris l'image un peu hâtivement
Quelle est la différence entre la Physique Quantique et la Mécanique Quantique ?
@Warpig: j'arrive un peu tard mais il me semble bien qu'il n'y a pas de différence. Ma conjecture personnelle est que le mot mécanique est apparu à une époque où les seuls sujets de la physique quantique sont les particules et leurs propriétés mécaniques (trajectoire, énergie, moment angulaire...), qui sont toutes des notions de mécaniques. D'ailleurs les fondements mathématiques de la mécaniques quantique sont ceux de la mécanique Hamiltonienne qui est ni plus ni moins une reformulation de la mécanique classique de Newton.

En complément sur internet à la même question quelqu'un a répondu :
"En pratique, aucune différence, effectivement. En théorie, on pourrait être un peu plus pointilleux, et donner un sens plus restreint au terme «mécanique quantique», en insistant sur le sens «mécanique», par opposition à l'optique quantique ou à la chimie quantique, par exemple."
"Ainsi, le thème du jour est..... La physique quantique !" A cette phrase la, j"avais la voix d"Alexendre Astier dans la tête.
@lapinance: en écrivant la box je me disais bien que quelqu'un ressortirait ça
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