mise à jour le 27
Juillet 2005
"EINSTEIN
ET LES MÉCHANTS QUANTA"
par
Étienne KLEIN
Physicien, Directeur de recherche au CEA, Saclay
MARDI
12 JUILLET 2005
Le siècle
d'Einstein à l'UNESCO Paris
Photos : JPM. Pour
l'ambiance
Je ne propose que
des comptes rendus succincts de ces conférences, le site http://einstein2005.obspm.fr/indexp.html
devrait mettre en ligne le texte de toutes les conférences bientôt.
BREF COMPTE RENDU
Max
Planck le concepteur de ce qui va devenir la mécanique quantique (MQ), était
obsédé par le second principe de la thermodynamique (qui introduit la notion
d'entropie, notion qui caractérise le degré d'ordre d'un phénomène; le second
principe stipule que l'entropie ne peut qu'augmenter, c'est à dire qu'elle ne
va que dans un seul sens, comme les impôts, elle ne peut que se dégrader, on
passe de l'ordre au désordre).
Planck passe sa thèse sur ce sujet,
l'année de la naissance d'Einstein.
Il pensait que cette irréversibilité à
l'échelle macroscopique était due aux interactions entre matière et
rayonnement. Ceci a aboutit à la notion de corps noir, et au spectre d'un corps
noir.
Beaucoup
d'autres scientifiques ont participé à cette révolution comme : Kirchhoff (le
spectre du corps noir ne dépend que de T), Stefan (la densité d'énergie est
proportionnelle à T4), Wien et Jeans (introduisent la fonction
exponentielle) etc..
Et c'est en décembre 1900 que Planck
sort sa célèbre
formule devant l'Académie de Prusse qui aboutit à :
Pour un corps noir, la distribution
d'énergie ne dépend QUE de la température., comme on le voit sur la courbe
ci-contre.
Mais c'est Einstein
qui va populariser les Quanta de Planck dans un de ses fameux articles
de mars 1905.
Il dit que l'hypothèse ondulatoire de
la lumière ne suffit plus, il introduit la notion de paquet d'ondes, de quanta
d'énergie et explique ainsi l'effet
photo-électrique. Chaque photon transporte une énergie multiple d'un
élément de base le quanta.
Il suffit que l'énergie des photons
soit supérieure à un certain seuil (liaison des électrons autour de l'atome)
pour que certains électrons soient éjectés, donnant naissance à un courant
électrique. Au dessous de ce seuil, il ne se passe rien.
Cet
effet sera vérifié par Milikan en 1916.
E. Klein nous montre ensuite les
différents pères fondateurs de la MQ, les reconnaissez vous tous?
Une des grandes différences entre la
physique classique et la physique quantique, est le principe de
superposition de la mécanique ondulatoire.
Cela veut dire que si par exemple a et
b sont des états physiques possibles d'un système alors, (a+b) et (ka) sont
aussi des états possibles. C'est la définition d'un vecteur, les états
possibles forment donc ce que l'on appelle un espace vectoriel.
Les particules sont alors décrites
comme des vecteurs.
Etienne
Klein se pose ensuite la question de savoir pourquoi la mécanique quantique
fait elle débat?
(voir diapo ci-contre).
Un électron peut exister avec deux
états a et b par exemple (de spin, c'est à dire disons pour simplifier une
quantité liée à sa rotation), et on procède à l'expérience suivante, où on trie
les e- en fonction de leur état soit en A soit en B.
En vertu du principe de superposition
on devrait pouvoir aussi avoir l'état somme des deux états : a+b.
Mais ce n'est pas le cas.
Une superposition n'est pas un mélange.
En fait en MQ, le fait de faire une mesure modifie le résultat
de la mesure, et cela choquait beaucoup Einstein. le
déterminisme est remplacé par la probabilité.
C'est tout la controverse entre
Einstein et Planck, mais la physique quantique a résisté à tout!
POUR
ALLER PLUS LOIN :
Sur le deuxième principe de la
thermodynamique :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Deuxi%C3%A8me_loi_de_la_thermodynamique
http://www.thermodynamique.com/prin2.html
http://www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/blanquet/thermo/31princi/31princi.htm#s0
Loi du corps noir par
l'Université de Strasbourg.
Très bonne introduction
au corps noir et MQ par les fenêtres sur l'Univers :
Un morceau
d'histoire : éloge d'Einstein à l'Institut à l'occasion de sa mort : 37 pages
format pdf.
LE
DUALISME DES ONDES ET DES CORPUSCULES DANS L’ŒUVRE DE ALBERT EINSTEIN
Associé étranger de l’Académie
PAR M. LOUIS DE
BROGLIE Secrétaire perpétuel
LECTURE FAITE EN
LA SÉANCE ANNUELLE DES PRIX DU 5 DÉCEMBRE 1955
Relativité et
mécanique quantique par Robert Bouzerar enseignant chercheur à Amiens, un très
bon PPT de 3MB illustré pour faire toucher du doigt ces deux mondes. http://www.ac-amiens.fr/pedagogie/associations/udppc/IMG/ppt/conference_22062005.ppt
La
physique quantique, 100 ans de questions par Thierry Masson Chargé de Recherche au CNRS : tous les
aspects sont couverts et abordables par tous, à lire pour vous remettre les
idées en place. 16 pages au format pdf.
Les
trois coups de génie de 1905 : articles du Monde de Juin 2005 : 8 pages
format pdf couvrant tous les aspects des découvertes d'Albert. Pour tous.
Théorie
quantique des champs par Gilles Cohen Tanoudji : présentation PPT.
Petite
présentation pdf en an,glais sur la naissance
de la Mécanique Quantique :
Biographies Max
Planck et collègues :
Chez Wikipédia .
Chez les astrofiles
Par "the wave structure
of matter" (en anglais) très complet
Les livres d'Étienne
Klein, il est très prolifique, voici
une liste de ce qui existe chez Amazon.fr
Mon choix : petit voyage dans le monde des quanta.
Présentation de
l'éditeur
En 1905 apparaissait une nouvelle physique, qui allait révolutionner la façon
de décrire la matière et ses interactions : la physique quantique. Avec elle
s'ouvraient les portes d'un monde qui n'obéit pas aux lois de la physique
classique : l'infiniment petit, avec ses atomes et ses particules. Elle obligea
ses pères fondateurs, Einstein, Bohr, Heisenberg et Schrödinger notamment, à
rediscuter le déterminisme et les critères de réalité de la physique classique,
ainsi que la traditionnelle séparation entre observateur et objet observé. Pour
la première fois dans l'histoire des sciences, une discipline exigeait même que
soit mis en œuvre un travail d'interprétation afin d'être comprise et appliquée
: quelle sorte de réalité représente le formalisme quantique ? Aujourd'hui,
quel crédit convient-il d'accorder aux diverses interprétations proposées
depuis les années 1920 ? La physique quantique ne laisse pas d'intriguer, de
fasciner, d'exaspérer parfois. Elle demeure pourtant méconnue, victime de
stéréotypes : on l'invoque pour cautionner tel phénomène étrange, mais on
néglige d'en décrire les principes fondamentaux. Quels sont ces principes qui
trouvent des applications toujours plus fascinantes, du laser à la
cryptographie quantique, en passant par la téléportation ? D'où provient cette
incroyable efficacité de la physique quantique ?
C'est tout pour
aujourd'hui!
Bon ciel à tous
Jean Pierre
Martin www.planetastronomy.com