Saviez-vous que votre bureau est composé d'une partie importante de vide ?
Le physicien Max Planck apporta une très grande contribution à la théorie quantique
Bien des physiciens croient que la meilleure façon de décrire le monde de l'atome demeure le modèle mathématique, et qu'à travers les équationsnous pouvons entrevoir la façon complexe dont le monde microscopique est ordonné.
Mais un orage souffle sur la physique du vingtième siècle, faisant trembler ses fondations et jetant la confusion sur la nature même de ses concepts les plus ultimes.
Véritable révolution qui vient jeter un pavé dans la mare pourtant si tranquille de nos croyances acquises jusqu'alors, la physique quantique se révèle une théorie sans commune mesure avec tout ce qu'on croyait savoir au sujet du monde atomique.
La théorie quantique décrit un monde étrange, où l'on découvre que la matière qui constitue tout notre univers, et qui semble pourtant bien localisée dans l'espace est en fait « étendue » quelque part. Les repères comme ici et là-bas, qui sont si cohérents à notre échelle perdent toute signification dès qu'on franchit les limites du monde atomique.
La Fonction d'onde
L'équation établie par Edwin Shrodinger en 1927, décrit les particules non comme des points matériels bien tangibles, mais comme une fonction d'onde, une sorte de « fantôme » de la particule, en quelque sorte. Là où il y a un effondrement de la fonction d'onde, se trouve délimitée une zone de probabilité non nulle où l'on a des chances de trouver la particule.
Vous avez deviné... la physique quantique est d'abord et avant tout une théorie probabiliste ; le concept de fonction d'onde n'a aucune équivalence dans le monde réel, ce n'est qu'un formalisme mathématique très pratique pour décrire le monde quantique.
La Constante de Planck
Le physicien Max Planck apporta une très grande contribution à la théorie quantique ; il découvrit la valeur d'une constante qui portera son nom et qui exprime le seuil d'énergie minimum que l'on puisse mesurer sur une particule.
Voyons maintenant la valeur de cette constante : h = 6,63 . 10 -34joules.seconde.
Planck découvrit cette constante en 1900, par la force des choses si l'on peut dire, car à cette époque on croyait que les échanges d'énergie entre la matière et le rayonnement s'effectuaient de façon continue, alors que les expériences prouvaient le contraire.
Il introduisit la valeur de cette constante dans ses calculs, avec par la suite l'intention de faire tendre sa valeur vers 0 pour revenir à une description continue du rayonnement, mais ses efforts furent vains : la constante h ne pouvait être annulée sans contredire les expériences...
Voici donc la formule élaborée par Max Planck : E = h . f, dans laquelle :
Il donnera plus tard le nom de quantum à ces quantités.
D'autres constantes intéressantes attribuées à Max Planck ont suivi :
Le Temps de Planck = 10-43 seconde.
C'est la plus petite mesure de temps à laquelle nous puissions avoir accès, au-delà de cette limite les lois physique cessent d'être valides.
Et en voilà une autre : La Longueur de Planck = 10-33 centimètre.
Cette longueur nous indique la frontière entre notre monde et le domaine quantique ; à des échelles aussi petites, l'espace devient une sorte de bouillonnement quantique dans lequel des particules virtuelles peuvent surgir du vide pour se désintégrer aussitôt.
Comment décrire la notion de vide ? Très facile me direz vous... c'est l'absence de matière et d'énergie, voilà tout ! Si je prends une cloche enverre et que j'y produis un vide très poussé, il est aisé de voir que l'espace occupé pas la cloche est vide de tout : même l'air y est absent.
Et pourtant... A l'échelle atomique ce qu'on appelle le « vide » est tout à fait différent de celui auquel nous sommes habitués : en fait, le vide n'existe tout simplement pas.
Il est le siège d'une perpétuelle agitation où particules et anti-particulesnaissent et se désintègrent dans une période de temps extrêmement courte.
Dans son deuxième énoncé, Heisenberg traduit cet état de fait par l'équationdu Second principe d'incertitude : ∆ E . ∆ T ≥ h / ( 2 Π ).
Que nous dit cette équation ? Tout simplement que l'énergie d'un corps est inversement proportionnelle à la durée de la mesure.
Autrement dit, si nous effectuons une mesure sur un système, pendant un temps extrêmement court, le vide est habité par une énergie et cette énergie est d'autant plus grande que le temps de la mesure est bref.
On appelle ce phénomène fluctuation du vide. Le vide est donc habité par une énergie qui peut prendre des proportions faramineuses sur des échelles de temps très courtes.
Pourra-t-on un jour utiliser cette énergie en partie ou en entier ? Des recherches ont déjà eu lieu en ce sens : une expérience nommée effet Casimir a permis de détecter le rapprochement de deux plaques métalliques séparées par un très faible espace.
Les plaques se touchant presque, la pression exercée sur les faces extérieures était donc plus grande que celle se produisant entre les plaques.
Bien sûr nous sommes encore loin d'une production d'énergie à partir de ce procédé, mais qui sait, un jour...
Dans les prochaines pages, nous allons maintenant tenter de mieux comprendre ce qui produit la transition entre notre monde et l'univers quantique.
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