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VIDÉO - La physique quantique expliquée par Stranger Things

La physique elle aussi a son univers parallèle, sa dimension alternative, sa réalité secondaire, son monde à l’envers, son upside down. Bienvenue dans le 2e épisode de PopScience, l’émission de Heidi.news qui utilise le meilleur de la pop culture pour expliquer les bases des plus fascinants (mais parfois très complexes) concepts de la science. Aujourd’hui, nous vous expliquons dans la vidéo ci-dessus les bases de la physique quantique grâce à la série la plus populaire de Netflix, «Stranger Things». Mais commençons par quelques explications sur la découverte de ce domaine fondamental.

La physique quantique, ou la mécanique quantique -c’est la même chose-, c’est la théorie qui décrit le monde de l’infiniment petit, c’est la physique qui s’applique dans le royaume des atomes et des particules élémentaires.

Les lois qui gouvernent ici sont complètement différentes de celles auxquelles nous sommes habitués.

Le monde que décrit la mécanique quantique est extraordinairement bizarre. Mais de toutes les théories scientifiques dont on dispose, c’est pourtant celle qui marche le mieux! Prédiction après prédiction, elle s’est révélée exacte.

Et c’est une théorie fondamentale! Nous sommes faits de molécules, qui elles-mêmes sont faites d’atomes. La mécaniques quantique, ce n’est pas qu’une théorie pour les atomes, c’est la théorie qui décrit toute notre réalité!

C’est grâce à cette théorie que l’on a inventé, entre autres, les ordinateurs, les smartphones les écrans LED, les centrales nucléaires, les clés USB, les lasers.

Pour comprendre comment elle a été élaborée, faisons un bond 100 ans en arrière. A l’époque, les chercheurs ont compris que la lumière est à la fois une particule -le photon- et une onde -que l’on appelle onde électromagnétique. Les années suivantes, ils se demandent si c’est la même chose pour la matière.

L’expérience (historique!) qui va leur prouver qu’en effet, la matière a elle aussi deux façons d’être est l’expérience dite de la double fente:

Imaginez un mur percé de deux fentes, derrière ce mur, un capteur. Avec un canon à électrons, on envoie vers le mur percé un électron. A la grande surprise des chercheurs, l’électron ne percute pas le capteur juste derrière l’une des deux fentes. Ils s’aperçoivent que l’électron est passé dans les deux fentes à la fois, comme s’il s’était éparpillé…

Ce que les physiciens ont compris devant cette expérience, c'est que l’électron s’était comporté comme une onde. En passant dans deux fentes à la fois, l’onde se divise, forme plusieurs pics qui se combinent ou s’annulent, ce qui forme à peu près ce dessin là sur le capteur…

Ces ondes ne sont non pas des vagues physiques, c’est un un genre de nuage de probabilités. En effet: on ne peut pas dire où et dans quel état l’électron se trouve, on peut juste prédire où et dans quel état il pourrait se trouver. Cela signifie donc qu'il est à plusieurs endroits à la fois, dans plusieurs états à la fois.

Cette incertitude qui gouverne le monde quantique disparaît, s’évanouit à plus grande échelle. Dès lors que le nuage de probabilité d’un électron est observé, tout se passe comme si on le forçait à choisir une vitesse, une position, un état… et il “devient” alors particule.

Rien de magique dans tout cela. C’est simplement car nos instruments de mesure sont faits de très nombreux atomes, et que ces très nombreux atomes intéragissent avec l’onde électron qui, ainsi perturbée, perd sa cohérence comme disent les physicien et devient vulgaire particule.

De ce principe fondamental en physique quantique, appelé “dualité onde particule”, découlent des équations qui impliquent des choses très contre-intuitives. La plus bizarre de toutes, c’est l'intrication quantique. Les équations de la mécanique quantique disent que : si à un moment donné, deux particules sont si proches et si mélangées qu’elles partagent leurs propriétés -on dit qu’elles sont alors intriquées-, alors elles vont avoir une sorte “d’effet” l’une sur l’autre, même si on les sépare de milliers, de millions, de milliards de km.

Si on mesure les propriétés de l'une de ces particules, et que l’on trouve qu’elle tourne dans le sens des aiguilles d’une montre, cela affectera automatiquement l’autre.particule (puisque l'acte de l'observer la force à choisir une position), qui tournera alors dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.

Les chercheurs ont bâti des expériences et ont prouvé que cette prédiction est vraie ! Ils se sont même servi de cette incroyable propriété pour téléporter des particules…

Pour aller plus loin:

Quantix. La physique quantique et la relativité en BD. Laurent Schafer. Dunod. Mars 2019. Une BD bien conçue qui rend la physique quantique accessible et amusante!

Mon grand mécano quantique. Julien Bobroff. Flammarion. Février 2019. Via une dizaine d’expériences, l’auteur, spécialiste du domaine, vous fait découvrir la physique quantique, mais aussi tous les artisans de cette théorie.

Introduction à la physique quantique par Roland Lehoucq:

Les plus belles inventions de la quantiques, par Julien Bobroff :

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