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