QUANTIQUE MÉCANIQUE
FORMULATION DES BASES DE LA MÉCANIQUE QUANTIQUE
Louis de Broglie (1892-1987) publie en 1923 trois notes dans les Comptes rendus de l’Académie des sciences (t. 177) : la première, sobrement titrée « Ondes et quanta » ; la seconde sur la diffraction et les interférences des quanta de lumière ; la troisième sur les quantas, la théorie cinétique des gaz et le principe de Fermat. L […] […] Lire la suite
ANTIMATIÈRE
Dans le chapitre « Théorie des antiparticules » : […] À l'époque des premières spéculations sur les antiparticules, la matière pouvait être décomposée en trois constituants primordiaux : l' électron, le proton et le neutron, dont on soupçonnait l'existence et que l'on s'apprêtait à découvrir. Toutes les expériences d'électricité confirment une parfaite symétrie entre les charges positives et les charges négatives. Par exemple, deux charges positives […] […] Lire la suite
ATOME
Dans le chapitre « Atome et mécanique quantique » : […] La période comprise entre 1913 et 1925 est caractérisée par des efforts que déployèrent les théoriciens pour perfectionner le modèle de Bohr. C'est ainsi qu'en 1916 Sommerfeld a pu quantifier le mouvement de Kepler de l'électron dans l'atome d'hydrogène, les orbites de l'électron étant des ellipses dont le noyau atomique est un des foyers. Ces travaux de Sommerfeld furent les premiers à introduir […] […] Lire la suite
ATOME HABILLÉ
La théorie de l'« atome habillé » est une méthode de mécanique quantique permettant de calculer de manière simple et facile à interpréter les phénomènes qui se produisent lorsqu'un atome interagit avec un champ électromagnétique très intense résonnant ou voisin d'une résonance (la résonance est le cas où l'énergie d'un photon h ν est égale à la différence d'énergie E 2 — E 1 entre deux états de […] […] Lire la suite
ATOMIQUE PHYSIQUE
Dans le chapitre « La structure des atomes » : […] La détermination de la structure des atomes résulte du remarquable travail des physiciens théoriciens qui ont construit la mécanique quantique, outil indispensable pour résoudre le problème très complexe des atomes ; les expérimentateurs ont éprouvé la validité de cette théorie en réalisant des expériences d'une très grande précision. Un atome est constitué d'un noyau, contenant l'essentiel de la […] […] Lire la suite
BELL INÉGALITÉ DE ou THÉORÈME DE BELL
Formule de mécanique quantique reliant les probabilités de certains phénomènes particulaires, l'inégalité de Bell joue un rôle extrêmement important dans le débat sur l'interprétation de la mécanique quantique. Trouvée en 1964, elle a montré qu'il existait des expériences particulières où les prédictions de la mécanique quantique usuelle (dite de l'école de Copenhague) et celles des théories à v […] […] Lire la suite
BELL JOHN STEWART (1928-1990)
Le physicien théoricien britannique John Stewart Bell a marqué par ses travaux le domaine de la mécanique quantique. Né à Belfast le 28 juillet 1928, John Stewart Bell, d'origine modeste, doit travailler dès l'âge de seize ans comme assistant de laboratoire. Il gravit cependant assez vite tous les degrés universitaires, pour soutenir une thèse de doctorat en 1956. Sa carrière de chercheur, commenc […] […] Lire la suite
BIG BANG
Dans le chapitre « La cosmologie relativiste » : […] Dès les premières décennies du xx e siècle, la cosmologie se place d'emblée sous le signe de la relativité générale. Tous les cosmologistes sont déjà d'accord (ce qui est toujours le cas aujourd'hui) pour déclarer qu'un modèle cosmologique, qui représente notre Univers, doit être construit dans le cadre de cette théorie fondamentale et révolutionnaire, énoncée par Albert Einstein en 1915. Ce fu […] […] Lire la suite
BOHR NIELS (1885-1962)
Dans le chapitre « La complémentarité » : […] C'est l'application du principe de correspondance à la théorie de la dispersion du rayonnement, développée par Kramers et Heisenberg, qui mit ce dernier sur la voie d'une formulation mathématique logiquement cohérente de toute la théorie, comprenant à la fois les conditions quantiques et le principe de correspondance (1925). L'élément essentiellement nouveau de ce formalisme est le remplacement d […] […] Lire la suite
BORN MAX (1882-1970)
Physicien d'origine allemande, Max Born est né le 11 décembre 1882 à Breslau (actuellement Wrocław en Pologne). Naturalisé britannique (1939), revenu en Allemagne fédérale (1954), Prix Nobel de physique (1954, avec W. Bothe ), Born effectua des travaux dans tous les domaines de la physique théorique, plus particulièrement en mécanique quantique (fondements) et en physique de la matière condensée. […] […] Lire la suite
BRILLOUIN LÉON (1889-1969)
Le père et le grand-père de Léon Brillouin ont été professeurs de physique au Collège de France. Après ses études à l'École normale supérieure, il a passé un an auprès de A. Sommerfeld, à Munich. Pendant la Première Guerre mondiale, il est affecté au laboratoire « de T.S.F. » du général Ferrié, où il rencontre Maurice et Louis de Broglie. Après la guerre, il est professeur à l'École supérieure d'é […] […] Lire la suite
BROGLIE LOUIS DE (1892-1987)
Dans le chapitre « Recherches ultérieures » : […] En 1928, Louis de Broglie devient titulaire d'une maîtrise de conférence créée pour lui à la faculté des sciences de Paris. Grâce aux donations du baron de Rothschild, un institut de recherches théoriques est créé : l'institut Henri-Poincaré. Louis de Broglie y enseignera pendant trente-quatre ans, succédant en 1932 à Léon Brillouin à la chaire de physique théorique. Dès 1933, Louis de Broglie est […] […] Lire la suite
CHAMPS THÉORIE DES
Dans le chapitre « Théorie quantique des champs : l'électrodynamique quantique » : […] Le spectre discret des niveaux d'énergie des atomes et les caractéristiques de l'effet photoélectrique ont amené les physiciens du début du xx e siècle à considérer que le champ électromagnétique devait être quantifié, les interactions résultant de l'émission et de l'absorption de grains électromagnétiques, appelés photons , ces quanta ayant toutes les caractéristiques attachées jusque-là aux c […] […] Lire la suite
CHIMIE THÉORIQUE
Dans le chapitre « L'équation de Schrödinger » : […] L'équation fondamentale de la chimie théorique est l'équation de Schrödinger : qui signifie essentiellement : « L'opération de l'opérateur hamiltonien H sur la fonction d'onde Ψ, fonction des coordonnées de toutes les particules (noyaux et électrons), donne la même fonction Ψ multipliée par un nombre E. Le nombre E est l'énergie du système. L'équation admet généralement un ensemble de solutions E […] […] Lire la suite
COMPLEXITÉ, mathématique
Dans le chapitre « La complexité algorithmique » : […] Les difficultés mathématiques rencontrées sont peut-être liées aux résultats logiques d'incomplétude (démontrés par Gödel en 1930) et dont la compréhension n'a cessé de s'approfondir, en particulier grâce à la théorie de la complexité d'Andreï Kolmogorov (1903-1987), formulée simultanément en 1965 par Kolmogorov et Gregory Chaitin. Cette théorie dite de la complexité algorithmique développe math […] […] Lire la suite
COMPTON EFFET
Dans le chapitre « Un succès de l'électrodynamique quantique » : […] La description théorique de l'effet Compton est fournie actuellement par la mécanique quantique relativiste appelée également théorie des champs. L'interaction entre le photon et l'électron étant purement électromagnétique, ce problème fut rapidement résolu et la solution est fréquemment citée pour illustrer le succès de cette nouvelle mécanique. Cette interaction se traduit par une série de réac […] […] Lire la suite
CONTINU & DISCRET
Dans le chapitre « Jeu scientifique sur le continu et le discret » : […] Conformément aux valeurs affectées par Kant au continu et au discret, la physique, science mathématique de la nature, se sert du continu et du discret pour modéliser le monde et comprendre la tension entre celui-ci et le discours qu'elle tient. L'interférence entre ce que dit la physique et le sens philosophique du continu, du discret et de leur opposition est devenue plus flagrante avec l'apparit […] […] Lire la suite
CONTINUITÉ ET DISCONTINUITÉ, physique
Dans le chapitre « La théorie quantique » : […] En fait, si la physique microscopique ne peut éliminer la dichotomie du continu et du discontinu, la théorie quantique, née avec le xx e siècle, qui la régit, va mettre en œuvre cette dualité de façon originale. Considérons ses objets types, les quantons. Ils relèvent du discontinu, en ceci qu'ils peuvent se compter, au moyen des entiers naturels : on peut spécifier le nombre d'électrons dans un […] […] Lire la suite
COPENHAGUE ÉCOLE DE
On regroupe sous ce nom les physiciens théoriciens qui, entre 1920 et 1930, après avoir élaboré la mécanique quantique, mirent en évidence ses aspects les plus révolutionnaires par rapport aux concepts en vigueur jusqu'alors et furent les instigateurs d'un très profond débat épistémologique qui se poursuit encore actuellement. La description statistique des phénomènes atomiques et nucléaires doit- […] […] Lire la suite
DALIBARD JEAN (1958- )
Jean Dalibard est un physicien expert des interactions entre la matière et le rayonnement électromagnétique intense généré par des lasers . Ses recherches se situent à l’interface de la physique atomique et de l'optique quantique. En 2021, il reçoit la médaille d’or du CNRS, qui couronne chaque année depuis 1945 un scientifique « ayant contribué de manière exceptionnelle au dynamisme et au rayonn […] […] Lire la suite
DÉTERMINISME
Dans le chapitre « Déterminisme et indéterminisme » : […] Cette impression de crise ne pouvait naître de la révolution einsteinienne, malgré sa critique de l'idée de simultanéité absolue : en substituant à la ligne de causalité classique un « cône de causalité », elle laissait inchangée, en effet, la réversibilité locale des enchaînements de cause à effet. La crise a été déclenchée par la formation de la mécanique quantique. Certes, on peut penser qu'un […] […] Lire la suite
DIRAC PAUL (1902-1984)
Le physicien anglais Dirac est l'une des plus illustres personnalités scientifiques de notre époque. Sa formulation des lois fondamentales de la mécanique quantique et sa découverte de l'équation relativiste de l'électron le placent au même rang que Newton et Einstein dans l'histoire des sciences et des idées nouvelles. […] […] Lire la suite
EINSTEIN ALBERT (1879-1955)
Dans le chapitre « Critique de l'interprétation de la mécanique quantique » : […] Tout en admettant la validité des relations de la mécanique quantique, Einstein formula des critiques sur son interprétation par Niels Bohr et l'École de Copenhague en termes de « philosophie de la complémentarité ». Il refusait d'y voir une théorie définitive et complète (selon les termes de Born et Heisenberg) et contestait qu'elle pût servir de point de départ pour une théorie plus fondamenta […] […] Lire la suite
ÉNERGIE La notion
Dans le chapitre « Mécanique quantique » : […] La mécanique classique s'est révélée incapable d'interpréter certains phénomènes physiques découverts au début du xx e siècle et les physiciens ont dû développer une nouvelle théorie : la mécanique quantique. L'idée du quantum d'énergie a été introduite par Planck en 1901 pour expliquer le rayonnement du corps noir. L'hypothèse fondamentale de Planck était la suivante : la matière ne peut inter […] […] Lire la suite
ESPAGNAT BERNARD D' (1921-2015)
Physicien français, spécialiste de l'étude des particules élémentaires, une des branches de la physique les plus marquées par le renouvellement rapide des connaissances, Bernard d'Espagnat fut un des penseurs notoires sur les problèmes conceptuels et philosophiques de la mécanique quantique. Dépassant le public restreint des physiciens et des philosophes des sciences, son ouvrage À la recherche d […] […] Lire la suite
ÉTAT, physique atomique et nucléaire
Description la plus complète d'un atome ou d'un noyau. Dans le formalisme de Heisenberg, un état correspond à un vecteur propre de la matrice décrivant le système. À un état correspond une valeur de l'énergie et une seule, que le système soit placé ou non dans un champ extérieur, mais plusieurs états peuvent avoir la même énergie : on dit alors qu'il y a dégénérescence. Dans le formalisme matric […] […] Lire la suite
FERMI ENRICO (1901-1954)
Dans le chapitre « Découverte de la théorie statistique quantique » : […] Selon la théorie statistique classique, l'état d'un gaz (température et pression pour un volume donné) est déterminé par la façon dont sont distribuées les molécules ; cette théorie fournit une représentation de cet état en précisant la distribution et les mouvements de groupes de molécules. Pourtant l'hypothèse suivant laquelle les molécules pouvaient être distinguées les unes des autres dut être […] […] Lire la suite
FEYNMAN RICHARD PHILLIPS (1918-1988)
Dans le chapitre « De Far Rockaway à Princeton » : […] Richard Phillips Feynman est né le 11 mai 1918 à New York. De son père, juif émigré de Russie, il acquiert très tôt l'entraînement au débat verbal, ainsi que le scepticisme et l'irrespect envers toute forme d'autorité. Durant son enfance passée à Far Rockaway (la localité, l'époque et l'ethnie ont été immortalisées par Woody Allen dans son film Radio Days ), il manifeste déjà – à propos des notion […] […] Lire la suite
FOCK VLADIMIR ALEXANDROVITCH (1898-1974)
Diplômé de l'université de Petrograd, Vladimir Alexandrovitch Fock entre à l'Institut d'optique en 1919 et par la suite à l'Institut de physique et de technique de Leningrad, où il est professeur de physique théorique à partir de 1922. Il est nommé membre de l'Académie des sciences de l'U.R.S.S. en 1939. Très connu dans les milieux scientifiques, Fock a écrit plus de deux cents publications sur le […] […] Lire la suite
GAMOW GEORGE (1904-1968)
Né à Odessa (Ukraine), Gamow vient en 1928 à Göttingen, où il utilise la mécanique quantique pour faire une théorie de la radioactivité α. C'est à Copenhague, l'année suivante, qu'il propose le modèle nucléaire en goutte liquide, encore utilisé pour expliquer la fission et la fusion nucléaires. Professeur à Washington en 1934, Gamow collabore avec Edward Teller pour formuler la théorie de l'émissi […] […] Lire la suite
HASARD
Dans le chapitre « Le hasard et l'explication dans les sciences » : […] On associe généralement explication et prévision. Il semble donc à première vue étrange de relier l'explication scientifique au hasard. Et pourtant le hasard est quelquefois invoqué, non seulement comme aléa extérieur, mais comme principe d'explication. C'est en ce sens que certains biologistes expliquent les mutations par le hasard, lui imputant même l'évolution des espèces. Une explication scie […] […] Lire la suite
HASARD & NÉCESSITÉ
Dans le chapitre « Les grands systèmes de Poincaré : une physique de l'événement » : […] Le théorème publié par Poincaré en 1892, qui a sonné le glas de l'ambition de réduire l'ensemble des systèmes au modèle unique du système intégrable, mettait au premier plan la notion de résonance. On ne peut ici entrer dans des détails trop techniques, mais il faut cependant souligner que Poincaré se fondait sur un théorème dynamique qui montre que tout système intégrable peut être représenté d' […] […] Lire la suite
HAWKING STEPHEN WILLIAM (1942-2018)
Dans le chapitre « Une succession de représentations des trous noirs » : […] Entre 1970 et 1974, Hawking poursuit ses recherches sur les trous noirs avec plusieurs collaborateurs. Avec Brandon Carter et Werner Israel, il démontre le théorème, pressenti par John Archibald Wheeler et connu humoristiquement sous la dénomination de no hair theorem , ou, en d'autres termes : « un trou noir n'a pas de poils ». Cela signifie que les seules propriétés qui sont conservées lorsque […] […] Lire la suite
HEISENBERG WERNER KARL (1901-1976)
Dans le chapitre « Mécanique quantique » : […] Au moment où Heisenberg arrivait à Copenhague, en 1924, Bohr et Kramers consacraient leurs efforts à l'examen de la portée du principe de correspondance. On peut analyser le mouvement classique des électrons d'un atome en ses composantes périodiques et leurs harmoniques (multiples entiers m ω des fréquences ω) et calculer les amplitudes q (1) m , q (2) m de ces composantes, qui déterminent l'inte […] […] Lire la suite
HYDROGÈNE (physique)
Dans le chapitre « Le spectre de l’atome d’hydrogène et l’avènement de la mécanique quantique » : […] L’observation d’un arc-en-ciel introduit à la notion de spectre d’un rayonnement. La lumière du soleil, en traversant un nuage de gouttelettes d’eau, se décompose en rayons de couleurs différentes, du rouge au violet, c’est-à-dire en ondes électromagnétiques de diverses longueurs d’onde. Le spectre du soleil semble continu, mais des physiciens du xix e siècle – dont le plus connu est le Danois An […] […] Lire la suite
INTERACTIONS (physique) Électromagnétisme
Dans le chapitre « Électromagnétisme et mécanique quantique » : […] L'électromagnétisme classique se décrit en termes des champs électriques E et magnétique B , satisfaisant aux équations de Maxwell. Lorsqu'on aborde la mécanique quantique, il s'avère que l'électromagnétisme ne peut pas y être introduit à travers les champs. Il y faut un pas de plus, qui apporte les « jauges » dont voici l'introduction. Deux d'entre les équations de Maxwell, celles qui ne comport […] […] Lire la suite
INTRICATION QUANTIQUE
Presque cent ans après sa naissance, la physique quantique s'est révélée indispensable à la description des atomes et des interactions fondamentales. Pratiquement inintelligible sans le recours à une formulation mathématique difficile d'accès, les tentatives de vulgarisation de ses concepts ont toujours dérouté l'intelligence concrète tant le vocabulaire adéquat semble manquer. Longtemps cantonné […] […] Lire la suite
JORDAN PASCUAL (1902-1980)
Physicien allemand né à Hanovre et mort à Hambourg. Professeur aux universités de Rostock, de Berlin, de Hambourg, théoricien possédant un grand pouvoir d'abstraction et de synthèse, Pascual Jordan s'est intéressé presque exclusivement aux problèmes généraux de la physique, de la géophysique, de la cosmologie, de la biologie et de la philosophie des sciences. Sa contribution majeure concerne la m […] […] Lire la suite
LANDAU LEV DAVIDOVITCH (1908-1968)
Dans le chapitre « L'œuvre scientifique et les publications » : […] Lev Landau possédait, en matière de recherche, une étonnante intuition. Ses méthodes étaient très efficaces et d'une rare simplicité. Il utilisait un minimum d'appareil mathématique, même s'il n'hésitait pas à recourir à des modèles mathématiques complexes le cas échéant. Cet homme éminent est parvenu à des résultats appréciables dans presque tous les domaines de la physique. Certains portent son […] […] Lire la suite
LANGEVIN PAUL (1872-1946)
Physicien français né et mort à Paris. « J'ai grandi au lendemain de la guerre de 1870 entre un père républicain jusqu'au fond de l'âme et une mère dévouée jusqu'au sacrifice, au milieu de cet admirable peuple de Paris, dont je me suis toujours senti si profondément solidaire. Mon père qui avait dû, malgré lui, interrompre ses études à l'âge de dix-huit ans, m'a inspiré le désir de savoir ; lui et […] […] Lire la suite
LIAISONS CHIMIQUES Liaison et classification
Dans le chapitre « La nature de la liaison chimique » : […] Si la mécanique quantique permet d'obtenir une description satisfaisante des molécules, le problème de la nature de la liaison chimique reste entier. En effet, par construction, la mécanique quantique ne nous donne qu'une description globale de la molécule. Tout découpage d'une propriété globale en propriétés locales est conventionnelle, en particulier la notion de liaison au sens où l'entend le […] […] Lire la suite
LUMINESCENCE
Dans le chapitre « Atomes et molécules isolés » : […] Selon les lois de la mécanique quantique, les atomes isolés, ou assemblés en molécules, puis en solides, possèdent des niveaux d’énergie. Pour comprendre les phénomènes de luminescence, il faut essentiellement considérer les niveaux d’énergies associés aux états électroniques. Dans le cas d’un atome isolé , intéressons-nous à ses trois premiers niveaux électroniques, d’énergie E 0, E 1 et E 2. Da […] […] Lire la suite
MAGNÉTISME
Dans le chapitre « Interactions magnétiques » : […] L'interprétation des diverses sortes de magnétisme repose sur l'existence, entre porteurs de moment, d'interactions dont la nature, longtemps obscure, a pu être éclaircie à l'aide de la mécanique quantique. Lorsque les orbitales sur lesquelles évoluent deux électrons ont une partie – même faible – commune, le principe d'exclusion de Pauli conduit à une différence d'énergie électrostatique selon […] […] Lire la suite
MÉCANIQUE Mécanique analytique
Dans le chapitre « Mécanique quantique » : […] Dès les origines (Bohr, 1918), il est apparu que le formalisme canonique était la clef de la formulation de la mécanique quantique. On adopte généralement la formulation de Dirac (1926) qui associe linéairement à chaque variable dynamique u un opérateur que nous noterons û u . Les opérateurs û u , appelés observables , sont des opérateurs linéaires autoadjoints sur un même espace de Hilbert H , […] […] Lire la suite
MODÉLISATION DU CLIMAT
Dans le chapitre « Le rayonnement, moteur de la circulation atmosphérique » : […] Si on initialise une simulation numérique avec le seul cœur dynamique, l’atmosphère reste au repos, tournant à la même vitesse que la planète. Il manque le moteur de la circulation atmosphérique : les contrastes de température créés par l’absorption du rayonnement du Soleil, qui diffèrent selon la saison, la latitude et l’heure de la journée. Ainsi, le fait que la Terre soit davantage chauffée pr […] […] Lire la suite
MONOPÔLE MAGNÉTIQUE
Depuis la découverte du magnétisme par l'ingénieur français Petrus Peregrinus de Maricourt, tous les objets magnétiques étudiés jusqu'à présent, qu'il s'agisse de notre Terre ou d'un simple barreau aimanté, du microscopique proton (10 -12 mm) ou de l'électron pratiquement ponctuel, sont caractérisés par deux pôles magnétiques, généralement appelés nord et sud. La recherche d'un monopôle magnétiqu […] […] Lire la suite
MULTIVERS
Dans le chapitre « Manières de faire des mondes : un multivers gigogne » : […] Curieusement, la plupart des théories aujourd'hui utilisées en cosmologie conduisent, d'une manière ou d'une autre, à l'existence de mondes multiples. La relativité générale, description relativiste de la gravitation, joue un rôle central dans la compréhension globale de l'Univers. Elle conduit à penser une géométrie dynamique dont l'évolution est dictée par les corps qui s'y meuvent. Plus profon […] […] Lire la suite
NEUMANN JOHN VON (1903-1957)
Dans le chapitre « Mathématiques et physique théorique » : […] Le programme formaliste de Hilbert allait être illustré avec un succès éclatant dans l'axiomatisation de la mécanique quantique réalisée par von Neumann de 1927 à 1929. Les résultats de ces travaux sont rassemblés dans Mathematische Grundlagen der Quantenmechanik , publié en 1932, ouvrage qui est devenu un grand traité classique. Von Neumann prend l'espace de Hilbert comme cadre mathématique pour […] […] Lire la suite
ONTOLOGIE
Dans le chapitre « Physique quantique et réalisme critique » : […] Comme on l'a signalé plus haut, c'est la théorie quantique qui a porté ce débat à son degré le plus aigu. Et ce sont les créateurs mêmes de la mécanique quantique qui ont introduit l'énorme débat philosophique qui, loin de s'apaiser, ne cesse de susciter de nouvelles positions. La sorte de philosophie que Bohr, Heisenberg, Pauli ont élaborée dans le prolongement de leur physique ne va pas dans l […] […] Lire la suite
PAQUETS D'ONDES
Terme utilisé en théorie de la propagation des ondes pour désigner une superposition d'ondes, en général planes et monochromatiques, de longueurs d'onde et de directions de propagation voisines. Un paquet d'ondes f ( x , t ) se propageant dans une direction Δ x est représenté mathématiquement par l'intégrale de c ( k ) sin ( kx — ωt ) prise sur un intervalle k centré en k 0 , où c ( k ) dk est […] […] Lire la suite
PARTICULES ÉLÉMENTAIRES Bosons
Dans le chapitre « Caractéristiques générales » : […] Par définition, les bosons sont les particules, élémentaires ou composites, de moment angulaire intrinsèque (ou spin) nul ou multiple de la quantité h /2π, où h est la constante de Planck. Leur nom rappelle Satyendranath Bose (1894-1974), physicien indien qui a élaboré la théorie du comportement collectif de telles particules. Les bosons s'opposent aux fermions, dont le spin est un multiple impai […] […] Lire la suite
PARTICULES ÉLÉMENTAIRES Fermions
Dans le chapitre « L'électrodynamique quantique » : […] L'apparition du positron a complètement changé la compréhension de la théorie de Dirac. Dans la conception quantique, le vide a des fluctuations en énergie. Quand celles-ci sont assez élevées, une paire e + e — peut se former de manière éphémère, la durée étant donnée par le principe d'incertitude de Heisenberg Δ t ≈ ℏ /2 mc 2 , soit environ 10 —21 s. Ces états sont appelés virtuels. Au voisin […] […] Lire la suite
PAULI WOLFGANG (1900-1958)
Enfant prodige, « le fouet de Dieu », « la conscience » de la physique théorique de son temps, le fils spirituel d'Einstein, Wolfgang Pauli, l'un des jeunes génies révolutionnaires de la physique quantique, au cours d'une réflexion rétrospective sera amené à constater qu'il fut en fait plus « un classique qu'un révolutionnaire ». Cet aveu est-il à l'origine d'une certaine méconnaissance du public […] […] Lire la suite
PHONON
Les phonons, ou vibrations collectives d'un ensemble d'atomes en interactions, représentent un des aspects les plus importants de la physique des solides. Ils interviennent dans des propriétés aussi diverses que la propagation d'ondes sonores, la chaleur spécifique, la conductivité thermique et électrique, la supraconductivité, la ferro-électricité. On peut comprendre l'existence de telles vibrat […] […] Lire la suite
PHYSIQUE Les fondements et les méthodes
Dans le chapitre « Les fondements de la physique contemporaine » : […] Le cadre dans lequel se situe la physique contemporaine est celui d'un espace et d'un temps qui sont bien définis pour un observateur déterminé. Si l'on veut s'affranchir de cette référence à l'observation, il est nécessaire de tenir compte de la manière dont les mesures de distance et de temps sont affectées par le mouvement des appareils de mesure, ce qui se fait naturellement dans le cadre plus […] […] Lire la suite
PLANCK CONSTANTE DE ou QUANTUM D'ACTION
Quantum élémentaire d'action qui relie la plus petite quantité d'énergie E emportée par un rayonnement électromagnétique à sa fréquence f par la formule E = hf . Inventé en 1900 par Max Planck (1858-1947) pour reproduire le spectre de la lumière émise par un corps chauffé, ce concept qui introduit le discontinu dans la description de phénomènes élémentaires est à la base de la physique quan […] […] Lire la suite
PLANCK MAX (1858-1947)
Dans le chapitre « La découverte de la formule du rayonnement » : […] Le sommet de la carrière scientifique de Planck se situe donc en 1899-1900, lorsqu'en s'appliquant aux problèmes de l'actualité, en esprit indépendant et profondément informé de l'importance de la notion d'entropie pour tout ce qui concerne l'énergétique, il découvre une formule possible d'interpolation entre les indications déduites de résultats expérimentaux : où u ν désigne la densité d'éne […] […] Lire la suite
PRIX NOBEL DE PHYSIQUE 2022
Le prix Nobel de physique 2022 a été décerné à trois spécialistes de l’optique ayant mené depuis les années 1970 des expériences décisives de physique quantique, « avec des photons intriqués, établissant ainsi la violation des inégalités de Bell », le Français Alain Aspect, l’Autrichien Anton Zeilinger et l’Américain John Clauser. Leurs travaux, menés indépendamment, ont démontré la réalité du s […] […] Lire la suite
QUANTIQUE PHYSIQUE
Dans le chapitre « La mécanique ondulatoire et la mécanique des matrices » : […] L'expérience a imposé l'idée que la lumière se présente tantôt comme une onde, tantôt comme un faisceau de corpuscules (les photons). Louis de Broglie (cf. broglie ) rêve d'une théorie unifiée de la matière et du rayonnement. En 1924, il fait une proposition révolutionnaire : associer aussi une onde aux particules de matière. La fréquence de l'onde associée à chaque particule sera proportionnell […] […] Lire la suite
RAYONNEMENT, physique
Terme général désignant toute forme d'énergie en mouvement. Il s'agit le plus souvent d'un rayonnement ondulatoire , c'est-à-dire de la propagation d'un champ : rayonnement électromagnétique (ondes radioélectriques, rayons X, lumière, etc.), rayonnement élastique (son, ultrason, etc.), rayonnement gravitationnel (ondes gravitationnelles). Par extension, on appelle rayonnement corpusculaire un mou […] […] Lire la suite
RÉALITÉ PHYSIQUE
Dans le chapitre « Déterminisme ou indéterminisme » : […] Si la contestation de certaines idées faussement évidentes fut, au xx e siècle, d'abord due à la relativité, la mécanique quantique l'a poussée à son paroxysme, et cela de plusieurs façons : en premier lieu, en affirmant qu'il n'y a pas de sens à parler de la position et de la vitesse d'une particule, même ponctuelle, si on entend par là des valeurs arbitrairement précises que posséderaient à […] […] Lire la suite
RÉFRACTION, physique
Changement de la direction de propagation d'une onde plane progressive, monochromatique, lors du passage d'un milieu dans un autre . Cette direction est définie d'une manière univoque dans les milieux isotropes, tandis que, dans les milieux anisotropes, il convient de distinguer les directions de la normale à la surface d'onde et du « rayon » suivant lequel se propage l'énergie. Dans les milieux […] […] Lire la suite
RELATIVITÉ Relativité générale
Dans le chapitre « Relativité générale, théorie quantique et unification » : […] Nous n'avons jusqu'ici examiné que la relativité générale classique, qui est pertinente pour décrire la gravitation à l'échelle macroscopique, mais insuffisante pour étudier l'interaction gravitationnelle à l'échelle microscopique, où entre en jeu le caractère quantique des particules élémentaires. Nous avons déjà noté, à propos de la radiation thermique des trous noirs de Hawking, qu'un champ gr […] […] Lire la suite
RÉSONANCE, chimie
Étymologiquement, le mot « résonance » s'applique au renforcement de l'intensité vibratoire ou sonore. Il évoque donc essentiellement un phénomène mécanique. Heisenberg, en 1926, l'utilisa pour la première fois en mécanique quantique dans ses travaux sur les systèmes d'oscillateurs couplés. C'est Pauling , dans ses recherches sur la nature de la liaison chimique, vers 1930, qui l'introduisit en c […] […] Lire la suite
ROSENFELD LÉON (1904-1974)
Physicien belge, spécialiste de la mécanique quantique. Après avoir terminé ses études de physique théorique à l'université de Liège et obtenu le titre de docteur en sciences physiques et mathématiques de cette même université (1926), Rosenfeld complète sa formation dans plusieurs centres européens réputés. Grâce à une bourse du gouvernement belge, il travaille à l'École normale supérieure de Par […] […] Lire la suite
SCHRÖDINGER ERWIN (1887-1961)
Dans le chapitre « Équation de Schrödinger » : […] Alors que Louis de Broglie partait des principes de Fermat et de Maupertuis, Schrödinger se réfère directement à l'optique de Hamilton, susceptible d'une double interprétation en termes d'émission et d'ondulation, et utilise les formalismes de Hamilton-Jacobi concernant les équations aux dérivées partielles du système conservatif le plus général de la dynamique classique. Il introduit dans l'espac […] […] Lire la suite
SCIENCES ET PHILOSOPHIE
Dans le chapitre « La dérive pragmatique de la science » : […] La séparation de la science et de la philosophie n'a pas seulement désuni ce qui était autrefois indissociable, mais a modifié de fond en comble le sens même du projet scientifique. Coupée de ses racines philosophiques, la science n'a plus pour ambition première de connaître le monde, mais de le transformer. « La science, écrit le mathématicien René Thom, a oublié sa vocation première, celle qui f […] […] Lire la suite
SÉPARABILITÉ ET NON-SÉPARABILITÉ, mécanique quantique
Albert Einstein, père de la relativité, a joué un rôle majeur dans la genèse de la mécanique quantique, notamment en interprétant, en 1905, l'effet photoélectrique en termes de quanta lumineux, ou photons, ce qui lui vaudra le prix Nobel. Cependant, lorsque, vers la fin des années 1920, la théorie quantique est en passe d'être formulée de façon cohérente, Einstein va se dresser contre l'interpréta […] […] Lire la suite
SPIN ou MOMENT CINÉTIQUE ou ANGULAIRE INTRINSÈQUE
On appelle « spin » le moment angulaire ou cinétique intrinsèque des particules quantiques ou quantons. Ce terme anglais évoque le mouvement de rotation propre que peuvent posséder les objets physiques, telles les planètes ou les balles de tennis, qui tournent sur eux-mêmes tout en décrivant leurs trajectoires. Il est caractérisé par une grandeur physique adéquate, appelée le moment angulaire int […] […] Lire la suite
STATISTIQUE MÉCANIQUE
Dans le chapitre « Statistique de Fermi-Dirac » : […] Si les particules sont des fermions (c'est-à-dire des particules à spin demi-entier ; cf. particules élémentaires ) identiques (par exemple, des électrons ou des nucléons), le principe de Pauli s'applique (cf. atome , chap. 2). Lorsque les interactions sont négligeables, on peut définir des états quantiques à une particule, et le principe de Pauli dit alors qu'il ne peut y avoir que zéro ou une […] […] Lire la suite
STATISTIQUE THERMODYNAMIQUE
Dans le chapitre « Description des systèmes dynamiques » : […] Les éléments de base d'une description mathématique des systèmes physiques sont, d'une part, les états et, d'autre part, les grandeurs en principe mesurables appelées observables . Dans le cas classique, l' état dynamique ou phase d'un système à s degrés de liberté est défini par des coordonnées généralisées, et cet état peut être représenté comme un point Γ dans un espace à 2 s -dimensions di […] […] Lire la suite
SUPERFLUIDITÉ
Dans le chapitre « Les tourbillons quantiques » : […] La mécanique quantique décrivant l'ensemble de l'hélium superfluide par une fonction d'onde macroscopique ψ = ψ 0 e iϕ , solution de l'équation de Schrödinger, la vitesse superfluide V s est proportionnelle au gradient de la phase ϕ, donc irrotationnelle. Lars Onsager et Richard Feynman expliquèrent ainsi qu'un écoulement superfluide autour d'un corps solide ne produit aucune force sur celui-ci […] […] Lire la suite
TEMPS
Dans le chapitre « Applications à la mécanique quantique » : […] Puisqu'il s'avère que le principe d'irréversibilité du temps est du type « condition aux limites » aussi bien en théorie des ondes qu'en théorie statistique et que, des deux côtés, le « principe des conditions initiales » est aussi un « principe des actions retardées » ou « de causalité », il est tentant de rechercher une formalisation synthétique des deux aspects du principe. Cela devrait être po […] […] Lire la suite
THERMIQUE
Dans le chapitre « Histoire de la thermique » : […] Dans l’Antiquité, les Anciens ont beaucoup disserté sur la nature de la chaleur : Héraclite (576-480) considérait la chaleur comme une force, cause de toutes les transformations ; Démocrite (460-370), comme une matière émanant des corps chauds et formée d’atomes ronds et très mobiles ; Aristote (384-322) la regardait comme une quantité occulte de la matière, capable de réunir les éléments semblab […] […] Lire la suite
WEISSKOPF VICTOR (1908-2002)
Né le 19 septembre 1908 à Vienne (Autriche) dans une famille juive aisée, le physicien Victor Weisskopf est mort le dimanche 22 avril 2002, à Cambridge (Massachusetts, États-Unis), à l'âge de quatre-vingt-treize ans. Fils d'un juriste, il développe de multiples talents tant en science qu'en musique et participe à la réflexion politique au sein du mouvement de la jeunesse socialiste où il est l'ami […] […] Lire la suite
WHEELER JOHN ARCHIBALD (1911-2008)
Le physicien américain John Archibald Wheeler, né le 9 juillet 1911 à Jacksonville en Floride, est connu pour ses importantes contributions à la physique nucléaire et à la relativité générale. Fils aîné d'un bibliothécaire, John Archibald Wheeler soutient sa thèse de doctorat à l'université Johns Hopkins de Baltimore (Maryland) en 1932. Après quelques mois à l'université de New York où il étudie a […] […] Lire la suite
WIGNER EUGENE PAUL (1902-1994)
Physicien théoricien américain d'origine hongroise (il est né le 17 novembre 1902 à Budapest), professeur à Princeton, Prix Nobel de physique en 1963 (avec M. Goeppert-Mayer et H. D. Jensen), auteur de contributions fondamentales à la physique mathématique et à la mécanique quantique en général, à la théorie du solide, à la physique nucléaire et à la physique des particules élémentaires en partic […] […] Lire la suite
YUKAWA HIDEKI (1907-1981)
Physicien japonais, né le 23 janvier 1907 à Tōkyō, dans une famille bourgeoise, nourrie de culture classique, notamment chinoise, dans la tradition confucéenne, Yukawa Hideki était le cinquième de sept enfants qui devinrent, pour la plupart, d'éminents universitaires. Son père, Ogawa Takuji, géologue et géographe, fut nommé professeur à l'université de Kyōto et c'est donc dans cette ville que Yuka […] […] Lire la suite
ZEEMAN EFFET
Dans le chapitre « Théorie quantique » : […] Aussitôt après la découverte de Zeeman, Lorentz en a donné une interprétation dans le cadre de la mécanique et de l'électromagnétisme classiques. La théorie de Lorentz ne rend compte que d'une partie des phénomènes observés (effet Zeeman dit normal , cf. chap. 2, Effet Zeeman linéaire ) et elle est complètement abandonnée de nos jours au profit d'une interprétation quantique parfaitement satisfai […] […] Lire la suite
Corrélation E.P.R. avec des paires de photons
Corrélation E.P.R. avec des paires de photons. Deux photons ?
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Le Britannique d'origine allemande Max Born (1882-1970) a effectué des travaux dans divers domaines, et plus particulièrement en physique quantique. Il a reçu le prix Nobel de physique en 1954.
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Le physicien allemand Max Planck (1858-1947), père de la physique quantique et Prix Nobel de physique en 1918.
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Les physiciens Niels Bohr (à gauche) et Albert Einstein ont débattu pendant des années de la nature du monde quantique : probabiliste pour l'un, déterministe pour l'autre. La polémique a continué pendant des décennies. Les expériences du groupe d'optique quantique de Nicolas...
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Paul Dirac et Werner Heisenberg
Le physicien britannique Paul Dirac (1902-1984), à gauche, et le physicien allemand Werner Heisenberg (1901-1976), lors d'un congrès de Prix Nobel, à Lindau (Allemagne), en 1959.
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Corrélation E.P.R. avec des paires de photons
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Max Born
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Max Planck
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Niels Bohr et Albert Einstein
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Paul Dirac et Werner Heisenberg
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