Physique Quantique/
Quantum Physics

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Table des matières pour cette page:


Introduction


Qu'est-ce que la physique quantique?


Pourquoi devrais-je m'intéresser à la physique quantique?


Vocabulaire et autres choses importantes


Gardez votre esprit ouvert! (Lisez-moi! Lisez-moi! Je suis important!)

Comme nous le disait si bien Julie Andrews dans La Mélodie du bonheur: «Commençons par le tout début, c'est une très bonne place pour commencer». Alors écoutons-la et éclaircissons quelques petites choses avant de débuter. Il y a quelques concepts, un peu de vocabulaire (ne vous inquiétez pas, ce n'est pas à apprendre par coeur!) à voir avant de commencer. Je conseille à même les plus aguerris de la physique quantique de consulter les sections "vocabulaire" et "Gardez l'esprit ouvert", simplement pour s'assurer que l'on est tous sur la même longueur d'onde! Les petits astérisques (*) indiquent une note ou un commentaire qui se retrouvera à la fin de la section. 

Qu'est-ce que la physique quantique?
    Vous avez peut-être entendu parler de la Théorie de la Relativité* d'Albert Einstein. C'est une bonne chose. Vous avez peut-être aussi entendu dire que celle-ci explique tout l'Univers. Malheureusement, c'est faux. En fait, la Théorie de la Relativité explique tout ce qui est gros: les systèmes solaires, les planètes, vous et moi ... et même des grains de sable! (Et oui, eux aussi sont considérés comme étant "gros" ... du moins, dans le monde de la physique quantique!). Mais même si la théorie d'Einstein n'a pas encore été mise en faute lorsqu'on parle des "grosses choses", quand on essaie de l'appliquer à des "petites choses" (comme les atomes, les électrons, les quarks et les autres particules subatomiques), elle ne fonctionne plus. Voilà où entre en ligne de compte la théorie quantique. En fait, elle explique (ou tente d'expliquer) les mouvements et interactions des particules subatomiques. Il y a trois branches de la physique quantique: la théorie quantique, la mécanique quantique et la physique des particules. Mais nous n'entrerons pas dans une explication en détail de ces trois domaines: tout ce que vous devez retenir, c'est que ce site explore majoritairement la théorie quantique avec quelques concepts de mécanique quantique et quelques concepts de physique des particules au travers pour faciliter votre compréhension. 

* Si vous êtes intéressé à en apprendre davantage sur la Relativité d'Einstein et êtes relativement à l'aise en anglais, voici un site internet où vous pouvez trouver le texte original du grand homme en anglais! http://www.bartleby.com/173/


Pourquoi devrais-je m'intéresser à la physique quantique?

   La réponse à cette question est plutôt simple: la physique quantique est importante parce qu'elle est la base de tout notre monde! Elle explique de quoi nous sommes faits, d'où nous venons, ce qui est arrivé au tout début de l'Univers, pourquoi nous existons et comment nous existerons dans le futur ... entre autres. C'est évident, non? Et bien, pas autant qu'on ne le penserait, parce que cela n'explique encore pas pourquoi il faut connaître la physique quantique. Pour ma part, je serais tentée de répondre : pour la curiosité et la soif du savoir, mais cela ne justifie peut-être pas le temps et l'effort qu'on mettra à la compréhension de la physique quantique dans l'esprit de certains. À ceux-ci, je voudrais présenter deux idées pour vous aider à continuer (ou pour vous aider à partir du bon pied!). 

  • L'actualité: Sans doute entendrez-vous parler beaucoup de la physique quantique dans les actualités au cours des années à venir. Ce n'est pas surprenant: beaucoup croient que c'est le futur de la science! Alors la prochaine fois que vous entendrez parler du CERN ou du Boson de Higgs aux téléjournal du matin, vous aussi pourrez tout comprendre! Plus d'excuses pour ne pas lire cet article qui vous intéresse, mais que vous avez peur de ne pas comprendre. Le bonus, bien sûr, c'est  de pouvoir impressionner votre famille et vos amis par la suite!

  • La confiance en soi: Çà semble peut-être un peu comique, mais c'est très vrai. Il y a quelques années, personne ne pouvait concevoir de comprendre la science des fusées. C'est parce que c'était nouveau et peu accessible. Mais après quelque temps, cette science est devenue à la portée de quiconque voulait faire un petit effort pour comprendre. La science est-elle devenue plus facile à comprendre au fil des ans? Bien sûr que non! La science des fusées est tout simplement plus proche de la vie des gens et plus d'information sur celle-ci était disponible. La même chose s'est ensuite produite pour la neuroscience et la chirurgie cervicale. La physique quantique n'est pas impossible à comprendre; elle est seulement nouvelle et peu présente dans nos vies. Alors prenez le risque! Vous pouvez comprendre la physique quantique, à condition de le vouloir et de mettre l'effort. Et si, de toutes choses, vous comprenez la physique quantique ... quel autre domaine vous résistera?


Vocabulaire
    Savoir ce qui suite vous aidera certainement à comprendre certaines explications. Lisez même (et peut-être surtout) les définitions des mots que vous croyez déjà connaitre, vous serez peut-être surpris!

Atome: Petite "chose" faite d'électrons, de protons et de neutrons. Les protons et les neutrons forment ce que nous
appelons le noyau et les électrons orbitent autour de ce noyau.   Il y a toujours le même nombre de protons que d'électrons, car les charges négatives des électrons doivent annuler les charges positives des protons pour créer un atome électriquement neutre. 

Particule subatomique: Particule qui constitue un atome.

Électron: L'électron est une particule subatomique ayant une charge électrique de -1. Cela veut dire qu'il a une charge négative. Les électrons orbitent autour du noyau et ont une masse négligeable par rapport à celle de l'atome. 

Proton: Le proton est une particule subatomique qui a une charge électrique de +1. Cela veut dire qu'il a une charge électrique positive. Les protons se situent dans le noyau* et ont une masse de 1,6726 x 10E-27 kg. 

Neutron: Le neutron est une particule subatomique qui n'a pas de charge électrique. Sa charge est donc de 0. Les neutrons se situent dans le coeur de l'atome* et ont une masse de 1,6749 x 10E-27 kg. 

Fermions: Le fermion est un type de particule subatomique. Habituellement appelés les particules de matière, les fermions ont un spin demi-entier (plus bas) et ont un nombre impair de quarks. Les protons, les neutrons et les électrons sont des fermions. Ce type de particule respecte le principe d'exclusion de Pauli (plus bas).

Boson: Le boson est un type de particule subatomique. Responsable de transmettre et "faire agir" les forces de la nature, le boson n'est pas constitué de matière (et donc, n'a pas de masse). Il  a un spin entier (plus bas) et contiennent un nombre pair de quarks ou de leptons. Les bosons sont régis pas les statistiques de Bose-Einstein (plus bas). 

Spin: Le spin est l'une des nombreuses caractéristiques que l'on utilise pour distinguer les particules subatomiques les unes des autres. Un spin demi-entier se décrit par des chiffres tels que -3/2, -1/2, 1/2, 3/2, 5/2, etc. Un spin entier se décrit par des nombres entiers (-1, 0, 1, 2, 3, etc.). Les informations spécifiques sur le spin ne sont pas nécessaires pour comprendre ce site, mais si vous êtes curieux, il y a plusieurs sites web à consulter qui expliquent bien la nature du spin. 

Photon: Le photon est un boson constituant la lumière. Le photon n'a pas de masse et est habituellement représenté par la lettre grecque gamma (γ). 

Constante de Plank: La constante de Plank est représentée par la lettre h et est un très très petit chiffre (quelque chose comme 6.626068 × 10E-34, pour être précis). Elle représente un quanta d'action. 

Volume: Le volume est la quantité d'espace occupé par une chose et est habituellement exprimé en trois dimensions: la longueur, la hauteur et la profondeur. Par exemple, si je veux donner le volume d'un dé de 2cm x 2cm x 2cm, je dirais que son volume est de 2x2x2 = 8 cm3. Élever l'unité au troisième degré est une manière d'exprimer les trois dimensions, ou que trois données sont multipliées ensemble pour donner la réponse. 

Gardez votre esprit ouvert! (Lisez-moi! Lisez-moi! Je suis important!)

     Voici quelques choses à garder en tête en lisant ce site internet. Ces pensées seront très importantes pour votre compréhension: la clé de la compréhension est de croire en votre capacité de comprendre!

  1. Vous pouvez tout comprendre ce que vous lisez: souvenez-vous, vous êtes plus intelligent que votre écran d'ordinateur. 
  2. Oubliez tout ce que vous croyez savoir à-propos du monde qui vous entoure: c'est probablement faux dans le monde quantique. 
  3. Si vous comprenez ce que vous lisez mais que ça vous semble encore un peu difficile à assimiler, vous êtes normal!. Ne vous laissez pas décourager! Souvenez vous que M. Richard Feynman (de l'université de Cornell et du California Institute of Technology), célèbre physicien et brillant professeur de physique a dit: "You see, my physics students don't understand it... That is because I don't understand it. Nobody does" (QED, The Strange Theory of Light and Matter -- pour référence complète voir Sources). Traduction: "Vous voyez, mes étudiants de physique ne comprennent pas ... c'est parce que je ne comprends pas. Personne ne comprend."
  4. C'est compliqué, la physique quantique. Ne vous découragez pas: si vous ne comprenez pas la première fois, lisez encore! Il n'y a pas de honte à y avoir. 
  5. Amusez-vous! Que vous cherchiez à comprendre le dernier article de journal que vous avez lu ou simplement que vous trouviez la physique quantique intéressante, il n'y aura pas d'examen à la fin!