Au lycée, nous avons l'habitude d'étudier la physique. Cependant, il existe un type de physique auquel tout le monde n'est peut-être pas habitué. Il s'agit de la physique quantique. Beaucoup ne savent pas ce qu'est la physique quantique. C'est un sujet très débattu et passionnant qui peut révolutionner notre idée de l'univers qui nous entoure. C'est la théorie de la physique qui décrit le comportement de la matière et a également plusieurs applications dans la vie quotidienne.
Par conséquent, dans cet article, nous allons vous expliquer ce qu'est la physique quantique et quelles sont ses caractéristiques.
Qu'est-ce que la physique quantique
La physique quantique est aussi appelée théorie quantique ou mécanique. Parce qu'il s'appuie sur une théorie mécanique qui se concentre sur l'échelle des longueurs et les phénomènes d'énergie atomique et subatomique, donnant une nouvelle vie aux théories antérieures, aujourd'hui considérées comme obsolètes.
Quelle est la différence entre la physique classique et la physique quantique ? Ce dernier décrit le rayonnement et la matière comme des phénomènes doubles : ondes et particules. Par conséquent, la dualité onde-particule peut être considérée comme l'une des caractéristiques de cette mécanique. La relation entre les ondes et les particules est étudiée et confirmée à travers deux principes :
- Le principe de complémentarité
- Le principe d'incertitude de Heisenberg (ce dernier formalise le premier).
Nous pouvons certainement être sûrs qu'après la découverte de la théorie de la relativité et la naissance de la physique classique, ces idées ont inauguré une nouvelle ère, la physique moderne. Pour étudier la mécanique quantique de manière globale, une intégration entre différents secteurs de la physique est nécessaire :
- Physique atomique
- Particules physiques
- Physique de la matière
- Physique nucléaire
Origine
Physique classique ne pouvait pas étudier la matière au niveau micro à la fin du XNUMXème siècle, ce qui peut être considéré comme dépassant le cadre de la mesure atomique. Il est donc impossible d'étudier la réalité expérimentale, notamment les phénomènes liés à la lumière et aux électrons. Mais les gens veulent toujours aller plus loin, et sa curiosité innée le pousse à explorer davantage.
Au début du XNUMXe siècle, les découvertes qui ont émergé de l'échelle atomique ont remis en question les anciennes hypothèses. La théorie quantique est née grâce à un terme inventé par l'universitaire Max Planck au début du XNUMXe siècle. Le concept de base est que la grandeur et la quantité microscopiques de certains systèmes physiques peuvent même changer de manière discontinue mais discrète.
Voici les études et recherches qui ont permis d'arriver à ces conclusions :
- 1803 : reconnaissance des atomes comme élément constitutif des molécules
- 1860 : le tableau périodique regroupe les atomes par propriétés chimiques
- 1874 : découverte de l'électron et du noyau
- 1887 : études sur le rayonnement ultraviolet
La dernière date peut marquer la ligne de démarcation principale. Pour des fréquences de rayonnement inférieures au seuil, le phénomène d'interaction (effet photoélectrique) entre le rayonnement électromagnétique et la matière disparaît. En raison de l'effet photoélectrique, l'énergie des électrons est proportionnelle à la fréquence du rayonnement électromagnétique. La théorie ondulatoire de Maxwell ne suffit plus à expliquer certains phénomènes.
Théorie des quanta
Pour résumer les facteurs qui ont contribué à la naissance de la physique quantique, nous pouvons énumérer des dates plus importantes qui sont associées aux découvertes et aux connaissances utilisées pour retracer l'histoire de la mécanique quantique :
- 1900 : Planck iIl introduit l'idée que l'énergie est quantifiée, absorbée et émise.
- 1905 : Einstein démontre l'effet photoélectrique (l'énergie du champ électromagnétique est transportée par des quanta de lumière (photons)
- 1913 : Bohr quantifie le mouvement orbital de l'électron.
- 1915 : Sommerfeld introduit de nouvelles règles, généralisant les méthodes de quantification.
Mais c'est à partir de 1924 que la théorie quantique, telle que nous la connaissons aujourd'hui, a posé les bases. Ce jour-là, Louise de Broggie développa la théorie des ondes de matière. L'année suivante, Heinsburg prit le relais, formula la mécanique matricielle, puis Dirac proposa la théorie de la relativité restreinte en 1927. Jusqu'en 1982, lorsque l'Institut d'optique d'Orsay acheva son enquête sur la violation de l'inégalité de Bell, ces découvertes se poursuivirent les unes après les autres. .
Principes de la physique quantique
Parmi les découvertes les plus fascinantes, on trouve :
- Dualité onde-particule
- Principe de complémentarité
- Début de l'incertitude
Dualisme onde-particule
Avant, seule la physique classique existait. Celle-ci était divisée en deux groupes de lois :
- Lois de Newton
- Les lois de Maxwell
Le premier ensemble de lois décrit le mouvement et la dynamique des objets mécaniques, tandis que le deuxième ensemble de lois décrit les tendances et les connexions entre les sujets qui font partie des champs électromagnétiques : ondes lumineuses et radio, Par exemple.
Certaines expériences montrent que la lumière peut être considérée comme une onde. Mais ils n'ont pas été confirmés. D'autre part, la lumière a une nature particulaire (d'après Einstein et Planck) et, par conséquent, l'idée qu'elle est composée de photons a de plus en plus de légitimité. Grâce à Bohr, il fut compris que la nature de la matière et du rayonnement étaient :
- Faites-en une vague
- Fais-en un corps
Il n'était plus possible de penser d'un point de vue ou d'un autre, mais d'un point de vue complémentaire. Le principe complémentaire de Bohr ne fait qu'accentuer ce point, c'est-à-dire les phénomènes qui se produisent à l'échelle atomique ont la double propriété d'ondes et de particules.
Principe d'incertitude de Heinsenberg
Comme nous l'avons mentionné plus tôt en 1927, Heinsenberg a montré que certaines paires de quantités physiques, telles que la vitesse et la position, ne peut pas s'inscrire simultanément sans erreur. La précision peut affecter l'une des deux mesures, mais pas les deux en même temps, car des phénomènes tels que la vitesse affecteront l'autre résultat de mesure et invalideront la mesure.
Pour localiser l'électron, il faut éclairer un photon. Plus la longueur d'onde du photon est courte, plus la mesure de la position des électrons est précise. En physique quantique, la faible fréquence d'onde des photons transporte plus d'énergie et de vitesse que les électrons n'en absorbent. En même temps, ces mesures ne peuvent pas être déterminées.
J'espère qu'avec ces informations, vous pourrez en apprendre davantage sur ce qu'est la physique quantique et quelles sont ses caractéristiques.