Les explications de Tonton Don - Mécanique quantique - 2ème partie

Mes très chèr(e)s,
 
Bien le bonjour,
 
« Autrefois, les journaux disaient que 12 hommes seulement comprenaient la théorie de la relativité. Je doute que cela ait été le cas. Peut-être à une certaine époque un homme seulement la comprenait, car il était le seul à savoir, juste avant de publier son article. Mais, après avoir lu cet article, beaucoup de gens ont compris la théorie de la relativité, en tout cas bien plus que 12. Par contre, je pense pouvoir affirmer sans craindre d’être contredit que personne ne comprend la mécanique quantique ».                                 


Nous allons maintenant rentrer dans le monde de l’incertitude. Vous allez vous en rendre compte c’est un peu sport, mais c’est que du fun !
 
Dans le monde subatomique, il n’y a pas d’ordre, c’est le règne de l’incertitude. Le mieux que l’on puisse faire c’est d’établir la probabilité d’un résultat plutôt qu’un autre. Mais le plus fou est que cela implique que toutes les autres possibilités peuvent se réaliser, et rien n’interdit de penser qu’elles se déroulent dans d’autres univers parallèles (nous y reviendrons également). C’est un monde très déroutant dont Einstein, qui en a été pour partie à l’origine avec l’élaboration de la mécanique quantique, avait une sainte horreur. Sa célèbre phrase « Dieu ne joue pas avec les dés » en est une illustration.
 
Parce que nous aimons bien quand les choses sont simples, nous allons aborder ce drôle de sujet, par l’étude d’un chat !
 
Voici le fameux paradoxe du chat de Schrödinger :
 
Plaçons un chat (pour de faux hein, c’est un exercice de pensée, parce que rien n’exclut que le chat ne douille pas un peu à la fin de l’histoire),  dans une boîte fermée.
Plaçons également dans cette boîte un flacon de poison, un compteur Geiger et une infime quantité de matière radioactive.
Relions le compteur Geiger au flacon de telle sorte qu’en se déclenchant (lors de la désintégration du premier noyau radioactif) le compteur casse l’objet et répande le poison (ce qui a pour conséquence fâcheuse de tuer ce pauvre chat).
 Idée de l’exercice, la désintégration d’un noyau radioactif est issue d’un processus quantique dont la seule loi est une loi probabiliste. Nous ne pouvons au mieux qu’emmètre la probabilité que tel noyau se transforme ou qu’à tel instant la première désintégration interviendra.
 
Calibrons ça pour que la probabilité que l’animal soit en vie soit, disons d’une chance sur deux (50%). But de l’exercice, attendre une minute !
 
Au sens quantique du terme, le chat est un mort-vivant (sans jeu de mot).
 
Quand j’ouvrirais le socle de ma boite le chat sera ou mort ou vivant, mais pas les deux. J’ai selon les lois de la mécanique quantique 1 chance sur deux pour que mon chat n’ait pas à subir une désintégration d’un noyau quantique et donc la mort dans d’atroces souffrances.
 
Tant que je n’ai pas ouvert, mon chat est dans les deux états. C’est ça le monde quantique ! La probabilité d’événement et la superposition d’état. Précédemment nous avons exploré la dualité que nous offre la lumière, à la fois onde, à la fois particule, voici maintenant une autre facette de cette dualité.
 
Notre esprit peut difficilement concevoir cette étrangeté, l’idée de Schrödinger est de mêler le monde microscopique (le noyau radioactif) avec le monde macroscopique (le chat), et de nous montrer qu’il est absurde de penser que le chat pendant la minute de l’expérience est dans un état de mort vivant. De concevoir que le chat puisse être mort ou vivant est une chose mais « en même temps », en est une autre.
 
Et pourtant si notre monde qui nous entoure, tout ce qui nous est familier ne se comporte pas d’une telle manière, tout ce qui nous compose, semble lui se comporter ainsi. Le règne du chaos (nous ne parlons évidemment pas de la théorie du Chaos, vulgarisée par le Pr Ian Malcolm dans un film zoologique sur de terribles lézards !).
 
Maintenant que nous avons ce paradoxe en tête nous pourrons jeter un coup d’œil plus rigoureux à la découverte que l’homme a faite au XIXème siècle avec l’apparition de l’électron.

Au tout début de cette fantastique découverte, de manière quelque peu naïve, nous avions suggéré qu’à l’instar de notre système solaire, l’électron devait tourner, aussi sagement et d’une manière prévisible, autour de son atome telles nos planètes décrivant des ellipses autour de notre soleil.
 
Il n’en n’est rien, et il a fallu très vite comprendre ce mécanisme.
 
En effet, eu égard aux lois de l’électromagnétisme, deux charges de même signe se repoussent et deux charges de signes contraires s’attirent.
Rappelez-vous à l’école quand vous testiez ce principe avec deux aimants.
 
Que savons-nous de la relation atome, électron et  proton ? Le proton est chargé positivement, l’électron quant à lui, possède une charge négative, conséquence l’électron devrait avoir deux comportements possibles. Ou bien attiré par les protons, il irait s’écraser sur le noyau, ou bien repoussé par les autres électrons, il sortirait du champ du noyau pour aller où bon lui semble.
 
Et de tout cela il n’en n’est rien ! Les électrons restent bien sagement à leur place !
 
Comment sortir de ce guêpier ? Tout simplement en admettant que l’électron, à l’image de notre chat, se trouve dans deux états. Il est à la fois une particule et à la fois une onde.
 
Qu’est-ce que cela implique, qu’il est impossible de déterminer à quel emplacement précis se trouve un électron par rapport à son atome. Il n’a pas d’orbite définie, il est partout et nulle part à la fois. Au mieux, nous pouvons émettre une probabilité de sa présence dans une région déterminée du noyau. Finalité on ne peut déterminer simultanément la vitesse et la position de l’électron, principe que l’on appelle principe d’incertitude, instauré par l’Allemand Werner Heisenberg.
 
Mais ça c’est une autre histoire.
 
To Be Continued…
Tonton Don