Aux frontières des quanta

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Quand on étudie le mouvement des objets macroscopiques du quotidien, on considère des quantités bien définies : sa vitesse, sa position, sa vitesse de rotation ou son énergie cinétique et potentielle.

A un instant donné, l'objet est dans un état bien défini par la mécanique dite « classique ».

Mais pour les objets microscopiques, tout change ! Une particule microscopique peut être dans un mélange de plusieurs états. Aussi incroyable que cela paraisse, cela veut dire qu’un électron peut par exemple posséder à la fois deux vitesses, ou être à deux endroits différents à la fois.

Cette superposition cohérente d'états traduit la potentialité de tous ses états possibles. Sa présence à un endroit donné et son énergie deviennent alors probabilistes : ainsi, un atome peut être à la fois dans son état fondamental stable et dans un état excité (c’est-à-dire possédant une énergie supérieure, acquise par exemple par l'absorption d'un photon). Un photon peut être à un endroit et à un autre en même temps. On ne peut être certain qu'il est en un seul lieu que si l'on effectue une mesure.  Or ce processus de mesure modifie lui-même  l'état de l’onde-corpuscule.

Pour désigner le fait qu’en mécanique quantique les objets peuvent être dans plusieurs états à la fois, on utilise le principe de superposition.

Les physiciens ont une notation particulière pour désigner ce phénomène, ils décrivent les états avec des sortes de crochets comme celui-ci |   >. Pour superposer des états ils  les additionnent.

Tous ces calculs sont établis  grâce au formalisme de Dirac dont je vais donner au fil du temps les principaux concepts en utilisant certaines analogies avec le monde classique quand cela reste possible. 

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Brian Greene, né le 9 février 1963 à New York, est un physicien américain connu comme un des spécialistes mondiaux de la théorie des cordes.

Ce qu'Einstein ne savait pas encore est une mini-série documentaire britannique en trois volets (Einstein's Dream, Strings The Thing et Welcome To The 11th Dimension en version originale) réalisée en 2004 par Joseph Mac Master.