Bonjour à tous, on se propose aujourd'hui un petit exercice de pensée , histoire de comprendre un des phénomènes les plus obscures de la mécanique quantique. Ne partez pas ! On vas rester sur des choses très simples. C'est juste histoire d’appréhender une des propriétés les plus opaque de cette discipline.
Prologue : Qu'est ce que la mécanique quantique.
Pour résumer sans trop entrer dans les détails , la mécanique quantique , c'est l'ensemble des règles qui s’opèrent dans l'infiniment petit, c'est à dire en dessous de la taille des atomes qui composent la matière. Par opposition avec la relativité générale qui demeure l'ensemble des règles qui s’opèrent dans l'infiniment grand (tout ce qui vas de "plusieurs atomes" à l'univers tout entier , en passant par les étoiles , les planètes , les astéroïdes , et nous aussi finalement, on est dedans). Comme on peut le constater (mais à l'heure aujourd’hui , nulle n'a réussit à démontrer pourquoi) , ces règles sont fondamentalement différentes selon qu'on parle de l'infiniment petit ou l'infiniment grand. Seul les Trous-Noirs et leur singularité posent un casse-tête sans précédent , vue qu'ils réunissent les règles des deux mondes à la fois. Mais ce n'est pas le sujet qui nous intéresse ici aujourd'hui.
La mécanique quantique se compose donc d'un ensemble de ces 7 principes contre-intuitifs.
1 - Le principe de Superposition (Une particule peut être à la fois dans 2 état superposés , vers le haut et vers le bas par exemple).
2 - L’indéterminisme de la mesure (Une particule choisis un état une fois qu'on l'a mesure)
3 - La dualité Onde-Corpuscule (Une particule est à la fois une onde et une particule , c'est ce que l'on vas étudier aujourd'hui).
4 - L'effet Tunnel (Une particule peut traverser de la matière en partie)
5 - L'intégrale de Chemin (Une particule à laquelle on laisse le choix d'emprunter 2 chemins différents choisira les 2 à la fois.
6 - La Quantification (Une particule bascule d'un état à un autre de manière quantifié et jamais progressive , pas de valeur intermédiaire)
7 - Principe d'incertitude (Il est impossible de mesurer à la fois la vitesse et la position d'une particule , une mesure rend l'autre caduque)
Comme vous l'avez compris , on vas essayer juste d'en percevoir un seul , la dualité onde-corpuscule. L'idée , c'est de vous faire prendre conscience que cette mécanique quantique n'a beau être percevable qu'à l'échelle de l'infiniment petit , ses conséquences sont présentes directement à notre échelle...
Etape 1 - Protocole d’expérience
Alors pour faire notre petite expérience , comme tout bon scientifique qui soit , on vas avoir besoin d'un peut de matériel... Munissez vous donc d'un accélérateur de particule à haute fréquence et d'un radio-télescope Multi-antenne ... Comment ça ? Vous n'avez pas cela ? Grrr , on m'avait bien dit que ma communauté n'avait pas de brouzoufs, mais de là à ne même pas pouvoir se payer ces petites babioles ... Bon , pas grave , on vas s'adapter ... Prenez une feuille de papier , on vas y faire un dessin de petit enfant et la vue d'un ciel étoilé , vous avez ça ? Oui ? Bon , c'est bon alors , on vas pouvoir travailler :)
Etape 2 - Savoir et Pré-Requis avant de commencer
Partons de quelques principes évident qui nous seront essentiels pour la bonne compréhension de l’expérience.
- Tout d'abord , la quantité de masse et d'énergie contenue dans l'univers visible est Finit , cela signifie que même si cette quantité est phénoménale , elle ne peut pas être infinie.
- La lumière est composée de Photons , ce sont des petit "trucs" qui peuvent êtres vues par les yeux (par exemple).
- La quantité de photons qui sont produits par une étoile dans le ciel est immense , mais pas infinie. Elle ne peut pas être infinie. Ce point sera très important pour notre raisonnement ensuite.
- La Source de lumière (ici , une étoile) lance des photons dans toutes les directions comme on peut le voir sur cette illustration d'un très grand scientifique à la renommée internationale , ah non , pardon , je rectifie , comme on peut le voir sur ce dessin d'une petite fille de 3 ans (merci chérie).
- Comme on le constate ici , ces rayons de lumières vont donc s'éloigner les uns des autres à mesures qu'ils s'éloignent de la source.
Etape 3 - Analyse du problème
Prenons deux observateurs, disons Mr Alphonse et Madame Bécassine (Notez le A et le B des initiales , y'en a la dedans !) séparés d'un mettre sur la terre , à 10 années lumières de la source. (Et oui , une étoile , c'est loin ! et encore 10 Années Lumières , c'est tout à coté)
Aviez vous remarqué qu'entre Alphonse et Bécassine , on pouvait placer un autre individu ? Disons Cécile (Oui oui , un C , je sais) , plaçons Cécile à 50 cms de l'un et de l'autre, elle verra aussi la source ? Oui ? Bien... On peut donc supposer que Alphonse a capté au moins 1 (si ce n'est plus) Photon venue de l'étoile , Bécassine a capté un Deuxième Photon différent du premier et Cécile un 3ème photon... Bien...
Entre Alphonse et Cécile , on pourrait placer un autre individu ? Damien par exemple , à la moitié aussi , il verra aussi l'étoile source.
On peut répéter cette duplication des observateurs à l'infinie , ou même mieux , si on considère qu'on ne peux pas avoir une infinité d'observateurs , on peut les déplacer un petit peut vers la droite ... Et pourtant ils verront TOUS la source étoile.
Pas un seul observateur ne verra pas l'étoile.
Si on prend le problème de manière géospatiale , si 2 photons sont lancés d'une même source , ils ne peuvent pas rester parallèle (comme dans le dessin d'un enfant du soleil qui est rappelons le , très juste). Même si il y a un milliardième de mini-mètre entre eux , cette distance vas forcement s’accroître à mesure qu'ils vont s'éloigner de la source , n'est ce pas ?
Comme dans un triangle , les cotés d'un triangle issue du même point originale s'éloignent forcement l'un de l'autre ... Et donc , il devrait y avoir une sorte de zone "morte" de la vision d'une étoile. une position où on ne verrait plus l'étoile et elle réapparaîtrait comme par magie dès qu'on se trouverais à nouveau dans le faisceau d'un autre photon. Et pourtant non , ça ne se passe pas ainsi, tout les observateurs voient bien cette jolie étoile , Alphonse , Bécassine , Cécile et même Damien et finalement , même vous si vous réfléchissez avec un peut de bon sens , si vous sortez le soir , vous pourrez regarder les étoiles , tout comme vos amis , et même si vous vous déplacez de droite à gauche. A aucun moment , l'une d'entre elle ne se mettra à disparaître sous prétexte que vous n’êtes plus parfaitement placé pour capter leurs photons...
Etape 4 - Réflexion sur la réponse
Quand on y pense , la source (Etoile) n'a pas lancé une infinité de Photons , elle en est incapable.
La quantité de Photons lancés depuis sa source est Limité. Très grande , certes , mais limité.
Alors pourquoi , quel-qu’en soit la position de l'observateur autour de la source de lumière , il verra toujours l'étoile ?
Est-ce que c'est l'étoile qui avait deviné qu'on se placerait ainsi ? Et qui aurait lancé les Photons pile poile là où on allait se placer ? Pas vraiment ... Elle n'en a pas le pouvoir. C'est une étoile , pas une divinité. On a là uniquement un plasma Hydrogène/Hélium en réaction Nucléaire , pas un magicien doué de pensée et de sortilège incroyable... Alors par quelle magie a-t-elle réussit cet exploit ?
A la limite , le seul moyen pour que ces photons soient en permanence visible de partout alors qu'ils sont issue d'une seule source , ce serait que ces photons soit en réalité des ondes ... Comme les vagues d'une flaque d'eau. A la limite , là , ça passe. En effet , quand une vague touche le rivage d'une plage , elle touche tout le rivage à la fois , tout les baigneurs peuvent constater le contacte de cette vague à la fois. Seul petit Hic , si c'était une vague , une fois qu'elle nous parviendrais , on verra une onde , pas un point blanc , un peut comme une sorte de nuage plus ou moins grande , en fonction de la distance parcourue , certes , mais ça serait quand même quelque chose de difforme , pas une étoile bien brillante comme on les vois tout le temps... Alors ça ne doit pas être une Onde (Vague) ... A moins que ...
Conclusion - Prise de Conscience de ce que c'est vraiment
Vous le sentez venir ? Vous le voyez arriver ? allez , acceptez le , c'est chiant , c'est contre-intuitif , et pourtant c'est bien cela ... Les Photons de Lumière voyagent à travers l'univers visible sous forme d'onde et non pas de corps. Une onde couvre une surface sans limite , et peut même se croiser avec une autre onde. Ainsi , cette onde s'étale sur toute la longueur de son voyage et quand l'onde arrive sur l'observateur , elle se réduit en un corps unique , un photon observable et positionnable dans l'espace. Un Photon de Lumière est donc à la fois une onde (quand elle voyage à travers l'espace) et un corps unique et mesurable (quand elle arrive sur l'observateur). Voici pourquoi tout les observateurs peuvent constater ce Photon en même temps et plusieurs endroits de l'univers observable à la fois.
C'est ce qu'on appel la réduction d'une particule en mécanique quantique. Elle est a la fois une onde (pendant son voyage) et un corpuscule (quand vous l'observez)... Et c'est juste au moment où vous l'observez qu'elle devient un point unique dans le ciel. Pas avant. Tout la complexité de la mécanique quantique , c'est d'accepter que vous êtes vous même une partie de l'équation. En effet , si vous ne l'aviez pas observé , ou bien , si cette onde de Photon n'avait pas rencontré le moindre obstacle , elle serait resté à l'état d'onde qui parcoure tout l'univers !
Source : ScienceEtonnante https://sciencetonnante.wordpress.com/2013/09/30/les-7-merveilles-de-la-mecanique-quantique/
Source 2 : E-Penser https://www.youtube.com/watch?v=kZTUhGhJfwk
Source 3 : Science 4All https://www.youtube.com/channel/UC0NCbj8CxzeCGIF6sODJ-7A/videos
Source 4 : Dimension https://www.youtube.com/channel/UCiw_8x43hludK0PhuN9AJGg/videos
Source 5 : Etienne Klein https://www.youtube.com/watch?v=1y34Obv3OVo
Mon Avis : Et voila , avec un petit dessin d'enfant et une belle nuit étoilé , on a mis en avant ce qu'est la dualité Onde-Corpuscule de la mécanique Quantique. Et vous qui pensiez que cette discipline obscure était réservée à des chercheurs en blouse blanche qui ne sortent de leur laboratoire qu'une fois par an , pour Noel , vous voila bien servit ! Vous y repenserez la prochaine fois que vous regarderez le ciel ;) N'oubliez pas qu'à chaque seconde vous faite avec vos simple yeux de la mécanique quantique !
PS : N'attendez pas de moi d'essayer de vous expliquer avec autant de simplicité les 6 autres paramètres de la mécanique quantique. Il faut bien comprendre qu'à part cet exemple assez marquant , les 6 autres principes sont totalement contre-intuitifs et tenter une analogie dénaturera forcement leurs véritables effets. Autant les prendre pour acquis , c'est ce que font la grande majorité des scientifiques en se contentant des observations les plus incroyables dans l'univers de l'infiniment petit. En tout cas , à notre échelle , c'est le mieux.
Question Bonus : Pourquoi est ce qu'on ne peut pas aller à la vitesse de la lumière ?
Réponse simple , Parce qu'on vous a menti depuis toujours ! Quand vous êtes dans un train qui vas à 100 Km/h , si vous courrez à 6 Km/h , vous n'avancez pas à 106 Km/h ! Non , en réalité , vous avancez à 105,99999999999 Km/h (Ce n'est pas tout a fait cela , mais c'est pour vous faire prendre conscience du truc). Pourquoi ? Parce que quand vous êtes dans un train à 100 Km/H , votre référentiel a légèrement changé. (Très légèrement) et le temps s'écoule un tout petit plus lentement pour vous , et les distances parcourues sont également un tout petit plus courtes (de l'ordre du nanomètre et de la nano-seconde , bien sure) ... Maintenant , si vous amplifiez ce phénomène à l'échelle d'une vitesse proche de celle de la lumière... Cela signifie que vous vous trouverez dans un référentiel où pour aller à 297 000 Km/s (Vitesse approximative de la lumière) , si vous allez par exemple à 296 000 Km/s (Whaouu , ça décoiffe !) , et bien les 1000 Km/s restant à faire vous seront impossible , car dans votre nouveau référentiel , il vous restera encore 297 000 Km/s à obtenir ! Et oui , pour un observateur éloigné , vous irez très vite , mais pour vous , vous êtes toujours à la traîne... (C'est fou mais c'est vrais). Pour vous aidez à l'accepter , voici un petit exercice de pensée ... Actuellement , pendant que vous lisez cet édito , vous avancez à quelle vitesse ? Zéro ? Ah bon , et pourtant , la terre tourne ... Je vous épargne les calcules , vous êtes déjà entre de tourner à 1600 Km/h autour du centre de la terre. Et faisons mieux , à quelle vitesse tourne notre planète autour du soleil ? Je vous épargne la recherche : 106 000 Km/h ! et notre soleil autour du centre de la voie-lactée ? 850 000 Km/h ! et cette galaxie ? Elle se déplace aussi n'est ce pas ? Dans l'univers visible ... A quelle vitesse ? Environ 2 Millions de Km/h ... soit environ 550 Km/s (Bien loin des 300 000 Km/s de la lumière mais c'est déjà bien).
Et pourtant , quand vous allumez vos phares en voiture , ils vont exactement à 300 000 Km/s par rapport à vous , et par rapport à notre Galaxie ... Pourquoi ? Parce qu'ils ne sont pas dans le même référentiel. Dans leur référentiels à eux , notre terre est plate , notre galaxie aussi , et le temps est quasiment infinie. Alors pour une onde de photon , parcourir la distance qui sépare 2 éléments de 300 000 Km sera toujours d'une seconde. Tant que 2 éléments sont éloignés de 300 000 Kms , une onde de Photon mettra toujours 1 seconde pour réaliser le trajet. Mais un troisième objet aurait besoin d'une énergie proche de l'infinie pour parcourir cette même distance en 1 seconde. Les photons n'ont pas besoin de cette énergie , eux ... Ils sont l'essence même de l’énergie ! Ainsi , à chaque "pallier" qu'une voiture imaginaire aurait besoin pour aller un peut plus vite , l’énergie nécessaire à ce franchissement serait toujours encore un peut plus grande , jusqu'à un point infranchissable pour de la matière douée d'inertie. Ce point infranchissable est situé BIEN avant la vitesse de la lumière. Voilà pourquoi nulle matière ne peut franchir cette vitesse. A fortiorie si cette dernière est lourde , d'ailleurs , elle deviendrait aussi de plus en plus lourde ... :)
Surtout n'oubliez pas , si vous le voulez et surtout , si vous le pouvez, n’hésitez pas à soutenir mon oeuvre IDG , Consultez ma page Tipeee ! https://www.tipeee.com/infodegeeks
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