La mécanique quantique en 7 idées

Bonjour à tous.

Alors, ça fait plusieurs fois que je l'évoque sur la chaîne

mais je n'avais jamais eu l'occasion de faire une vidéo spécifique dessus.

Aujourd'hui on va parler de la mécanique quantique.

Alors, la mécanique quantique qu'est-ce que c'est ?

Et bien, c'est la meilleure théorie dont on dispose à l'heure actuelle

pour comprendre et expliquer le comportement de la matière au niveau microscopique.

Microscopique ça veut dire les atomes et puis tout ce qu'il y a de plus petit que les atomes

et notamment toutes les particules comme les protons, les électrons, les photons etc...

Donc aujourd'hui je voudrais vous présenter 7 grandes idées

qui sont vraiment au cœur de la mécanique quantique

et dont vous allez voir qu'elles sont toutes fortement contre-intuitives.

Elles nous montrent que le monde au niveau microscopique fonctionne d'une manière bien différente

de ce dont on a l'habitude à notre échelle.

♪ [Générique] ♪

La première idée c'est la plus importante parce que c'est celle dont tout découle,

c'est peut-être aussi la plus choquante.

On l'appelle le principe de superposition.

Alors pour comprendre ce que c'est, on va commencer par considérer des objets qui sont macroscopiques.

Alors par exemple une balle de tennis ou la lune ou bien même un grain de sable qui voltige.

Tous ces objets sont trop gros pour obéir aux lois de la mécanique quantique.

On dit que ce sont des objets classiques.

Si vous considérez un objet classique, comme par exemple une balle de tennis à un instant donné,

elle a une certaine vitesse et elle se trouve dans une certaine position de l'espace.

On dit qu'elle est dans un état bien défini.

Et bien ça au niveau quantique, ça n'est plus vrai,

c'est-à-dire que les objets quantiques peuvent être dans plusieurs états à la fois.

Ça veut dire par exemple qu'un électron peut être à la fois,

ici

et là

ou bien aller, en même temps, à 1000km/s et à 2000km/s.

Un électron peut être dans deux états à la fois.

C'est bizarre, non?

Mais il va falloir vous y habituer parce que dans le monde quantique, ça se passe comme ça.

Les objets peuvent être dans plusieurs états à la fois,

ils peuvent être dans plusieurs états superposés

et c'est pour ça qu'on appelle ça le principe de superposition.

Alors, pour faire face à cette possibilité un petit peu bizarre,

les physicien ont été obligés d'inventer une notation particulière.

On va décrire chaque état entre une barre et un crochet, comme ça

et donc, par exemple, pour dire que l'électron va simplement à 1000km/s, on écrit ça

et quand un objet est dans plusieurs états à la fois, on ajoute les états, on les superpose.

Donc par exemple, pour dire qu'un électron va à la fois à 1000km/s et à 2000km/s, on écrit ça.

Dans cette histoire on n'est pas du tout obligés de se limiter à superposer deux états,

on peut en superposer 3, 4, 5 et même une infinité.

Un exemple très classique, c'est que quand un électron tourne autour d'un proton, dans l'atome d'hydrogène,

il est sur tous les points de son orbite à la fois.

Evidemment, vous voyez à quel point ça contraste avec ce dont on a l'habitude au niveau macroscopique.

Par exemple, la lune en ce moment est sur un point de son orbite et pas sur tous les points en même temps.

Heureusement pour nous, toutes ces superpositions bizarres n'existent qu'au niveau microscopique,

elles n'arrivent jamais à notre échelle.

D'ailleurs c'était pour voir jusqu’où on pouvait pousser le concept que Schrödinger avait imaginé

son expérience de pensée du chat, vous savez, le chat qui serait à la fois mort et vivant.

♪ [Générique] ♪

Maintenant que je vous ai expliqué l'idée centrale de la mécanique quantique qui est celle du principe de superposition,

je vais pouvoir en dérouler toutes les conséquences bizarres qui en découlent.

La première concerne ce qui se passe quand on essaye de mesurer les objets quantiques.

Prenons d'abord un objet classique, une balle de tennis,

si je la lance, je peux essayer de mesurer sa vitesse

par exemple en utilisant les espèces de radars qu'on trouve parfois sur les courts de tennis, dans les tournois.

Maintenant, prenons notre électron qui va à la fois à 1000km/s et à 2000km/s

et imaginons ce qui se passe si on le fait passer dans une sorte de radar à électron.

Si on fait ça, à votre avis et qu'on essaye de mesurer sa vitesse, qu'est ce qu'on va trouver ?

Est-ce qu'on va trouver 1000, est-ce qu'on va trouver 2000,

est-ce qu'on va trouver la moyenne des deux, 1500 ?

Et bien en fait, rien de tout ça exactement.