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Max Planck considéré comme le père de la physique quantique.

La physique quantique est l'appellation générale d'un ensemble de théories physiques nées au XX^e siècle. Cette dénomination s'oppose à celle de physique classique, cette dernière ayant échoué dans la description de l'infiniment petit — atomes, particules — et dans celle de certaines propriétés du rayonnement électromagnétique. La physique quantique comprend :

• l'ancienne théorie des quanta ;
• Les postulats de la mécanique quantique ;
• la mécanique quantique non relativiste ;
• la physique des particules (dont la formulation repose sur la théorie quantique des champs) ;
• la physique de la matière condensée ;
• la physique statistique quantique ;
• la chimie quantique ;
• les théories candidates à une description de la gravité quantique.

Histoire [modifier]

Panorama général [modifier]

La physique quantique a apporté une révolution conceptuelle ayant des répercussions jusqu'en philosophie (remise en cause du déterminisme) et en littérature (science-fiction). Elle a permis nombre d'applications technologiques : énergie nucléaire, imagerie médicale par résonance magnétique nucléaire, diode, transistor, microscope électronique, laser. Un siècle après sa conception, elle est abondamment utilisée dans la recherche en chimie théorique (chimie quantique), en physique (mécanique quantique, théorie quantique des champs, physique de la matière condensée, physique nucléaire, physique des particules, astrophysique), en mathématiques (formalisation de la théorie des champs) et, récemment, en informatique (ordinateur quantique). Elle est donc considérée avec la relativité générale d'Einstein comme l'une des deux théories majeures du XX^e siècle.

La physique quantique est connue pour être contre-intuitive, choquer le « sens commun » et nécessiter un formalisme mathématique ardu. Feynman, l'un des plus grand théoriciens spécialistes de la physique quantique de la seconde moitié du XX^e siècle, a ainsi écrit :

La raison principale de ces difficultés est que le monde de l'infiniment petit se comporte très différemment de l'environnement macroscopique auquel nous sommes habitués. Quelques différences fondamentales qui séparent ces deux mondes sont par exemples :

• la quantification : un certain nombre d'observables, par exemple l'énergie émise par un atome lors d'une transition entre états excités, sont quantifiés, c'est-à-dire qu'elles ne peuvent prendre leur valeur que dans un ensemble discret de résultats. A contrario, la mécanique classique prédit le plus souvent que ces observables peuvent prendre continûment n'importe quelle valeur.
• la dualité onde-particule : la notion d'onde et de particule qui sont séparées en mécanique classique deviennent deux facettes d'un même phénomène, décrit de manière mathématique par sa fonction d'onde. En particulier, l'expérience prouve que la lumière peut se comporter comme des particules (photons, mis en évidence par l'effet photoélectrique) et/ou comme une onde (rayonnement produisant des interférences) selon le contexte expérimental, les électrons et autres particules pouvant également se comporter de manière ondulatoire.
• le principe d'incertitude de Heisenberg : une incertitude fondamentale empêche la mesure exacte simultanée de deux grandeurs conjuguées. Il est notamment impossible d'obtenir une grande précision sur la mesure de la vitesse d'une particule sans obtenir une précision médiocre sur sa position, et vice versa. Cette incertitude est structurelle et ne dépend pas du soin que l'expérimentateur prend à ne pas « déranger » le système ; elle constitue une limite à la précision de tout instrument de mesure.
• le principe d'une nature qui joue aux dés : si l'évolution d'un système est bel et bien déterministe (par ex. fonction d'onde régie par l'équation de Schrödinger), la mesure d'une observable d'un système dans un état donné connu peut donner aléatoirement une valeur prise dans un ensemble de résultats possibles.
• l'observation influe sur le système observé : au cours de la mesure d'une observable, un système quantique voit son état modifié. Ce phénomène, appelé réduction du paquet d'onde, est inhérent à la mesure et ne dépend pas du soin que l'expérimentateur prend à ne pas « déranger » le système.
• la non-localité ou intrication : des systèmes peuvent être intriqués de sorte qu'une interaction en un endroit du système a une répercussion immédiate en d'autres endroits. Ce phénomène contredit en apparence la relativité restreinte pour laquelle il existe une vitesse limite à la propagation de toute information, la vitesse de la lumière ; toutefois, la non-localité ne permet pas de transférer de l'information.
• la contrafactualité : des évènements qui auraient pu se produire, mais qui ne se sont pas produits, influent sur les résultats de l'expérience.

Débats épistémologiques [modifier]

Liste complète des articles [modifier]

Catégorie:Physique quantique

Références [modifier]

Ouvrages de vulgarisation [modifier]

• Sven Ortoli & Jean-Pierre Pharabod ; Le cantique des quantiques, Collection Essais, Editions La Découverte (2004). ISBN 2-7071-4356-1

• Bruce Colin Les lapins de Monsieur Schrodinger ou comment de multiplient les univers quantiques Edition Le Pommier

• Serge Haroche ; Physique quantique, Leçon inaugurale au Collège de France, coédition Collège de France/Fayard (2004).

• Etienne Klein ; Petit voyage dans le monde des quanta, Collection Champs 557, Flammarion (2004). ISBN 2-08-080063-9

• Banesh Hoffman et Michel Paty ; L'étrange histoire des quanta, Collection Points-Sciences 26, Le Seuil (1981). ISBN 2-02-005417-5

• Stéphane Deligeorges (ed) ; Le monde quantique, Collection Points-Sciences 46, Le Seuil (1984). ISBN 2-02-008908-4

• Emile Noël (ed) ; La matière aujourd'hui, Collection Points-Sciences 24, Le Seuil (1981). ISBN 2-02-005739-5

• La physique quantique. CYCLE DE 3 CONFÉRENCES. Etienne Klein. à la Cité des sciences et de l'indutrie, France.
  • Comment la physique quantique est-elle née ?
  • Pourquoi les quanta sont-ils si troublants ?
  • Comment "interpréter" la physique quantique ?

• Thierry Masson ; La physique quantique, 100 ans de questions. Texte paru dans les Cahiers rationalistes, numéro 569 et 570. (2004)

Développement historique des concepts [modifier]

• Jagdish Mehra & Helmut Rechenberg ; The Historical Development of Quantum Theory, Springer-Verlag (1982-2002), ISBN 0-387-95262-4. Coffret de 6 volumes, 9 livres, 5889 pages ! Livres disponibles séparéments :
  • Vol. 1 : The Quantum Theory of Planck, Einstein, Bohr & Sommerfeld: It's Foundations & the Rise of Its Difficulties (1900-1925), Part 1 : ISBN ??.
  • Vol. 1 : The Quantum Theory of Planck, Einstein, Bohr & Sommerfeld: It's Foundations & the Rise of Its Difficulties (1900-1925), Part 2 : ISBN 0-387-95175-X.
  • Vol. 2 : The Discovery of Quantum Mechanics, ISBN 0-387-95176-8.
  • Vol. 3 : The Formulation of Matrix Mechanics & It's Modifications. 1925-1926, ISBN 0-387-95177-6.
  • Vol. 4, Part 1 : The Fundamentals Equations of Quantum Mechanics (1925-1926) et Part 2 : The Reception of the New Quantum Mechanics, ISBN 0-387-95178-4.
  • Vol. 5 : Erwin Schrödinger and the Rise of Wave Mechanics, Part 1  : Schrödinger in Vienna and Zurich (1887-1925), ISBN ??
  • Vol. 5 : Erwin Schrödinger & the Rise of Wave Mechanics, Part 2 : The Creation of Wave Mechanics: Early Reponses & Applications (1925-1926), ISBN 0-387-95180-6.
  • Vol. 6 : The Completion of Quantum Mechanics (1926-1941), Part 1 : The Probability Interpretation & the Statistical Transformation Theory, the Physical Interpretation and the Empirical & Mathematical Foundations of Quantum Mechanics (1926-1932), ISBN 0-387-95181-4
  • Vol. 6 : The Completion of Quantum Mechanics (1926-1941), Part 2 : The Conceptuel Completion & the Extensions of Quantum Mechanics (1932-1941) - Epilogue : Aspects of the Further Development of Quantum Theory (1942-1999), ISBN 0-387-95182-2.

Divers, à classer [modifier]

• R.Gilmore ; Alice au pays des quanta, , Le Pommier-Fayard (2000).
• S.Ortoli/J-M.Pelhate ; Aventure quantique, , Belin, 1993
• M.Gardner ; L’univers ambidextre, Seuil, 1995
• B.Greene ; L'univers élégant (supercordes et théorie M), Robert Laffont, 2000
• P.Davies ; La nouvelle physique, , Sciences Flammarion, 1993
• M.Gell-Mann ; Le quark et le jaguar. Voyage au cœur du simple et du complexe, Albin Michel Sciences, 1995
• J-P.Pharabod/ B.Pire ; Le rêve des physiciens, Odile Jacob, 1993
• B.d'Espagnat ; Le réel voilé, analyse des concepts quantiques, Fayard, 1994
• R.Forward/J.Davis ; Les mystères de l’antimatière, Ed.du Rocher, 1991
• M.Duquesne ; Matière et antimatière, PUF-Que sais-je ?, 767, 2000
• Physique des particules, Forum mégascience de l’OCDE, OCDE, 1995
• B. d'Espagnat/ E.Klein ; Regards sur la matière, Fayard, 1993
• Carlos Calle et al. ; Supercordes et autres ficelles : Voyage au cœur de la physique, Dunod, 2004
• Gordon Kane ; Supersymétrie, Le Pommier, 2003
• J.Briggs/D.Peat ; Un miroir turbulent, InterEditions, 1990
• T.Lombry ; Un siècle de Physique: 1 - La Physique quantique, Aegeus, 2005