Physique quantique

[pioneer6014]

Bonjour à tous !

 

Je voudrais évoquer un sujet qui m'intéresse énormément mais pour lequel je suis bien ignorant : il s'agit de la physique quantique. Est-ce que quelqu'un pourrait m'expliquer les "grandes idées" de la physique quantique afin d'avoir quelques connaissances là-dessus (parce que si je tape "physique quantique" sur Google je vais tomber sur des sites tellement compliqués que je n'y comprendrais rien! ) ? Merci d'avance pour vos réponses.

[Gaétan]

T'es pas obligé de tout lire. Si tu lis une introduction historique, tu devrais comprendre les bases.

C'est pas simple comme question. Non d'une chique. ;-) Bon, je me lance.

 

On a l'habitude d'attribuer une position précise aux objets. Mais tu as sûrment déjà entendu que dans le cas des photons, on peut non seulement observer un comportement corpusculaire (position précise) ou un comportement ondulatoire (comme quand on fait plouf plouf dans son bain). C'est ce qu'on appelle la duialité onde-corpuscule des photons.

Et bien, en physique quantique, on dit que c'est le cas de tout les corps. C'est une idée de de Broglie. A chaque objet peut être associé un comportement ondulatoire. La longueur d'onde d'un objet est inversément proportionnelle à son impulsion, produit de sa masse et de sa vitesse. Plus un corp est lourd, plus sa longueur d'onde est petite. En particulier, pour les masses qui nous sont famillière, cette longueur d'onde est quasi inexistante et on voit pas tout qui oscille dans tout les sens.

Pour les corps de faible masse, les objets microscopiques, on peut réfléchir plus loin. Leur longueur d'onde n'est plus négligeable. On peut donc leur associé une onde. Cette onde doit être interprétée comme une densité de probabilité de présence. Par exemple, la probabilité qu'un électron passe au dessus d'un barrière de potentielle, n'est pas nulle. C'est l'effet tunelle. On ne décrit donc plus la position des objet mais une certaine chance qu'il se trouve dans une certaine région.

Schrödinger a eu l'idée géniale de dire que toutes les ondes possibles des corps étaient solutions d'une équation, l'équation de Schrödinger. C'est une équation aux valeurs propres. Elle n'a de solution que pour certaine valeur de l'énergie à laquelle est associé une fonction d'onde. C'est fonctions d'onde sont les différents états quantiques possibles.

 

En gros, c'est ça. J'ai fait quelque abuts de langage par soucis de clareté. N'hésites pas à poser d'avantage de questions. Je t'acherais, ou quelqu'un d'autre, d'y répondre au mieux.

[Gaétan]

Argh. J'ai fait des fautes d'orthographe et de grammaire.

[Invité Anonyme]

dc en gros la physique quantique c'est sur les ondes des objets, en fonction de leur masse et tt ? c sa ou j'ai rien capté et je suis encore pommé comme d'habitude?lol

[Gaétan]

En gros. Mais c'est tellement peu intuitif que je voix pas comment l'expliquer autrement.

J'ai surtout exposé les idées qui ont abouti à l'émergence de la physique quantique.

Pour bien faire, il faudrait un peu parler du corps noir. Mais bon. Y a déjà pas mal à digérer comme ça pour le moment.

[Invité Anonyme]

ok, mci, je vais dabord essayer de bien tt comprendre ce que tu as ecris!!!! et apres je verrais la suite!!!lol

[Gaétan]

Pour déventuelles recherches, il faudrait regarder à :

1°) les spectres atomiques de Kirchhoff à Bohr en passant par Balmer et Rydberg.

2°) le corps noir et les quantas de Wien à Planck en passant par Rayleigh et Jeans.

3°) particules de lumière avec l'effet photoélectrique expliqué par Einstein.

4°) ondes de matière par de Broglie.

5°) dualité onde-particule

et enfin,

6°) l'équation de Schrödinger et les postulats de la mécanique quantique.

 

Si tu trouves une ou deux pages sur chacun des 6 points présités, tu devrais commencer à comprendre ce qu'est la physique quantique.

;-) Bonne lecture.

[pioneer6014]

Merci Gaétan. Je crois que j'ai assez bien compris tes explications. Tu pourrais m'en dire un peu plus sur le corps noir ?

[Gaétan]

C'est assez simple d'expliquer ce que c'est, mais le subtilité est mathématique.

C'est en l'étudiant que la physique quantique est née. Pourtant pour l'expliquer, il faut recourir à la physique statistique. La boucle est bouclée. Corps noir -> physique quantique (appliquée aux crops macroscopique) -> physique statistique (explique) -> corps noir.

Un corps noir est un système macroscopique à l'équilibre à température fixée, qui absorbe toute radiation qui y entre. Ce système idéalisé se prête à la fois à des analyses théoriques et à l'expérience. Les problèmes que le corps noir a posé aux physiciens du siècle passé ont montré que la physique classique n'est pas capable d'expliquer ses propriétés.

La grandeur dont le comportement ne pouvait être expliqué était la densité d'énergie par unité de volume des radiations de longueur d'onde émises par un corps noir à la température T.

Wilhelm Wien, et d'autre part John Rayleigh et James Jeans, ont respectivement trouvé des expressions de cette densité d'énergie pour de basses fréquence et de hautes fréquences. C'est Max Planck qui a trouvé une formule empirique valable aussi bien pour les basses et les hautes fréquences.

De là, il suffisait d'intégré sur toutes les fréquences pour obtenir la densité d'énergie par unité de volume d'un coprs noir. Le problème, c'est que cette intégrale tend vers l'infini. Il est évident qu'un corps noir n'a pas une densité d'énergie infinie. Où est l'erreur ? C'est Planck qui donne la solution. L'erreur n'est pas dans la formulation de sa loi de densité pour une fréquence donnée. Il dit qu'il faut remplacer l'intégrale sur les fréquences par une somme sur des valeur discrète des fréquences. C'est la subtilité géniale. Ainsi, il a une densité d'énergie qui tend vers quelque chose de fini. Il lui a suffit de considérer les valeurs de l'énergie non comme une droite continue, mais comme un ensemble de valeur possible de l'énergie. Et il définit ainsi le quantum d'énergie. C'est la première fois qu'on imagine que l'énergie ne peut prendre toutes les quantités possibles. L'énergie est quantifiée, c'est le début de la physique quantique.

 

C'est un épisode très important dans l'histoire de la physique. Et c'est assez difficile à résumer sans les équations. Donc, je m'excuses d'avance si je ne suis pas clair. L'idéal serait de trouver un site où c'est mieux expliqué.

[Rick_husband]

Arg !! j'ai pas été assez rapide...

 

Bonne explication gaétan ! Je m'incline

[Gaétan]

Merci.

Mes explications sont bonnes alors. J'espère être un suffisament bon pédagogue.

[Invité Anonyme]

lol gaetan, mais qui en doutait?

lol

(bon j'arrette de tenvoyer des fleurs!!)

[Proteus]

J'espère être un suffisament bon pédagogue.

 

Nan ! plutôt un bon pédagogue suffisant...

 

Je plaisante Gaétan. C'est super intéressant ces explications ! :wink:

[pioneer6014]

Merci Gaétan je pense avoir compris tes explications. Cependant, je ne comprends pas bien comment on est passé de l'étude du corps noir à l'étude de la longueur d'onde des objets ?

[Gaétan]

Par l'étude du corps noirs, on a pu dire que l'énergie n'était pas un truc continu.

Mais c'est de la dualité onde-particule de la lumière, deux aspect mis en évidence par divers expériences, que de Broglie a tiré l'inspiration pour dire que cette dualité existe pour tous les objets. C'est donc essentiellement une intuition, mais que d'autres scientifiques ont pu vérifier par expérience. Ils ont fait les mêmes genres d'expérience qu'avec les photons pour montrer leur comportement ondulatoire.

[Gaétan]

J'ai oublié un mot dans ma phrase.

On a pu mettre en évidence le comportement ondulatoire d'électrons, notament.

[logastro]

Et même de molécules (si si!)

[Gaétan]

Et à l'extrême, sur les auto-routes, certaines voitures roulent tellement vite, que l'on peut observer un comportement ondulatoire du conducteur. Lors d'un accident, il est possible de le voir passer par plusieurs fenêtres en même temps.

 

à vie cette fois. :lol:

[Bleu]

Et même de molécules (si si!)

 

Fullerène, ou buckyballs pour les intimes... :wink:

 

Une grosse molécule malgré tout!

 

A+

[pioneer6014]

Merci beaucoup pour toutes ces explications mais j'ai encore une petite question : pourquoi dit-on que la physique quantique et la théorie de la relativité générale s'opposent ? En tout cas j'ai entendu parler de quelque chose comme ça : les deux ne seraient pas compatibles. Est-ce que quelqu'un pourrait m'expliquer pourquoi

[Gaétan]

Disons que personne n'arrive à mettre au point une théorie quantique de la gravitation en accord avec la relativité générale. Il y a bien la théorie des cordes, mais je croix que ça patauge un peu. Je pense pas que ces deux théorie soient incompatibles. Il y a en tout cas de sérieuses difficultés mathématiques, mais je pourrais difficilement t'en dire d'avantage sans finir par dire des conneries.

[Antares]

Pour plus simple que Gaetan, la mécanique quantique traite des mouvements des différentes particules, atomes, quarks(constituant de l' atome).....photon, electron, proton.....etc...

à une echelle infiniment petite, mouvements qualifiés d' ondulatoires du fait qu' il est impossible de déterminer leur position exact à tel ou tel moment.

L' équation est la suivante:longueur d' onde=h/mv

 

où h est la constante de planck, v la fréquence du rayonnement et m la masse.

 

Voir également le Principe d' incertitude, un des fondements de nos connaissances actuelles de l' Univers.( on ne peut jamis être sur à la fois de la vitesse et de la position d' une particule, mieux on connait l' une, moins on connait l' autre)

 

Les particules ne sont jamais stables, elles évoluent constamment et sont le fondement de l' éxistence matérielle de l' univers.

[mmm]

Très bon exemple le coup des voitures, je crois que j'ai compris la meca quantique... :wink:

 

J'adore les constantes, car derrière chacune d'elles se cache notre ignorance... :roll: :twisted:

 

Il en faut évidemment histoire d'avancer un peu, sauf qu'on fini toujours par oublier ce qu'elles représentent vraiment...

[mmm]

Voir également le Principe d' incertitude, un des fondements de nos connaissances actuelles de l' Univers

 

Ca aussi c'est très drôle !!

 

Je parierai pas trop alors sur "nos connaissances actuelles de l' Univers" ...

 

C'est pas méchant mais c'était plus fort que moi. :wink:

[Gaétan]

Le coup de la voiture, c'était pour rire. Je me suis laissé envahir par l'humour nulle des physiciens.

[mmm]

Y a pas de mal au contraire ça m'a vraiment fait rire !

Si les physiciens pouvaient recourrir rien qu'un peu à ce genre d'humour ds leurs ouvrages, j'en lirais un peu plus !! :wink:

 

Donc si jamais ça t'arrive d'en écrire, m'oublie pas ! :wink:

[pioneer6014]

Merci à tous ceux qui ont apporté des explications. J'adore vraiment discuter de ce genre de choses. Ce que j'aime dans le terme d'astrophysique, c'est qu'il réunit l'étude de l'infiniment grand (l'astronomie) et l'étude de l'infiniment petit (la physique). Cela montre qu'il y a une vraie cohérence dans la science, tout se recoupe et on comprend ainsi un peu mieux le monde dans lequel on vit, bien que parfois on a bien du mal à le concevoir avec notre cerveau humain aux capacités si limitées...

[lydie]

Moi j'ai pas compris grand chose ... :? C'est quoi des photons et c'est quoi un comportement corpusculaire :x :x et la duilité Je suis pas très calée même pas du tout mais faut dire que c'est pas évident. Je suis qu'en 3e et j'ai jamais entendu parler de ça mais toi tu as l'air vachement calé :shock: :shock:

[Bleu]

Moi j'ai pas compris grand chose ... :? C'est quoi des photons et c'est quoi un comportement corpusculaire :x :x et la duilité :?: Je suis pas très calée même pas du tout mais faut dire que c'est pas évident. Je suis qu'en 3e et j'ai jamais entendu parler de ça mais toi tu as l'air vachement calé :shock: :shock:

 

Tiens, encore une plus jeune que moi! :wink: Au fait, t'en fais pas si tu comprends pas, ces monsieurs on souvent eu une formation scientifique relativement poussée, et ce genre de connaissances ne s'acquièrent que bien après la 3ème, ce qui n'empêche pas qu'on puisse s'y intéresser! J'ai acheté quelques bouquins de vulgarisation l'année dernière, et ils s'écoulent lentement mais sûrement... Ce que j'ai découvert (notamment quelques notions de physique quantique) est tout simplement passionnant! (parfois difficile à gober, mais des expériences à l'aide d'interféromètre (expliquées avec le style de l'auteur pour tenir le lecteur en haleine) sont tellement différentes des notions, pourtant nécessaires, qu'on nous fait rentrer "à la dure" dans nos têtes...).

 

Voilà c'était la ptite pensée d'aujourd'hui! :wink:

 

A+

[Gaétan]

Désolé si tout ce qui précède n'est pas clair. C'est très difficile à expliquer. C'est pas très intuitif comme conceptes.

 

Pour le photon, c'est une particule de lumière. Un rayon lumineux c'est un photon. Chaque photon a une couleur et transporte une certain quantité d'énergie. C'est pour ça que ça chauffe. Pour voir une image, il faut plein plein plein de pkotonsssssss, avec beaucoup de "s" parce qu'il y en a vraiment beaucoup. On dit que la lumière se comporte comme un flux de particules ou corpuscules. C'est le comportement corposculaire. Ce comportement a été mis en évidence par des expériences.

Mais d'un autre coté, il y a les ondes. C'est comme quand on joue dans son bain. Ca fait des vagues. Quand on connait certaines propriétés des ondes, on se rend compte que la lumière se comporte aussi comme une onde. Ce qui semble contradictoire avec l'idée que la lumière c'est des particules.

Alors un monsieur très malin a dit que la lumière était les deux. Il avait pas peur que se soit contradictoire car il est logique que le microscopique échappe à notre entendement. Et donc, on se trompe en disant qu'il y a une contradiction. La lumière peut être une onde tout comme elle peut être un flux de particules. C'est la dualité onde-particule.

Ensuite, on s'est rendu compte que d'autres particules avaient cette même propriété. Cette dualité existe aussi pour la matière en générale, pas seulement pour la lumière.

J'espère que c'est un peu plus clair. :?