Aujourd'hui, nous nous proposons pour vous guider au travers de ce fabuleux univers qu'est le monde quantique. Attachez vos ceintures, nous partons à toute vitesse !

En 1900, Max Planck ouvre, sans réellement le savoir, les portes du monde quantique. Il découvre en ce nouveau siècle une constante (une constante est une valeur qui apparaît dans les lois de l'univers) jusqu'alors inconnue. Avant sa découverte; l'humanité ne connaissait que deux constantes fondamentales : Newton avait découvert la constante G (qui touche à la gravité), et la deuxième connue était celle de la vitesse de la lumière dans le vide (la constante C).

Planck, au moment où il découvre la constante (qu'il nommera h), ne sait pas encore ce qu'elle implique réellement. Il a su trouver sa valeur et malgré tout deviner l'un de ses effets : par exemple, si cette valeur de 0,000 000 000 000 000 000 000 000 0066 cm2 g/s (centimètre carré gramme par seconde) était un tout petit peu moins élevée, nous serions, vous et nous, grillés par des émissions d'ultraviolets ou de rayons gamma (cependant rassurez-vous, c'est une constante, elle ne changera pas de valeur). Bien que vous puissiez penser que c'est une valeur ridiculement petite, oubliez cet idée, car la valeur est toute relative en physique, d'autant plus que nous parlons de physique quantique ( en outre, rien, c'est déjà quelque chose !).

Pour revenir à Max Planck, ses recherches initiales consistaient à essayer de comprendre pourquoi le Soleil nous apparaît jaune, alors que les braises sont rouges. "Ça dépend de la température" nous direz-vous. Et vous avez raison ! Les braises font plus ou moins 800°C, et rayonnent ainsi, de façon prédominante, une lumière rouge, tandis que le Soleil, qui fait environ 6000°C, nous apparaît en jaune. Planck n'a pas découvert ceci : des expériences avaient déjà été menée, mais elles donnaient des résultats approximatifs. Or, on ne peut pas se contenter de résultats approximatifs en physique. Afin de résoudre l'épineux problème de la répartition thermique des objets, Planck a fait comme si la matière chaude était composée de charges électriques oscillant autour d'un centre, en restant le long d'une droite.

Autrement dit, on imagine que les atomes de ces braises sont des oscillateurs pour mieux comprendre la répartition thermique. Pour vous représenter un oscillateur, imaginez une petite bille attachée à un ressort. Si je tire dessus, cela lui confère une certaine énergie. Quand je la relâche, la bille se met a osciller de façon plus ou moins importante, selon l'énergie qu'elle a reçue. Certains oscillateurs peuvent acquérir beaucoup d'énergie, et d'autres moins, soit, certains oscillateurs ont une grande fréquence, et d'autres en ont une plus faible.

Ces oscillateurs sont bien pratiques pour décrire les caractéristiques d'une matière chauffée et émettrice de lumière. En espérant ne pas vous avoir déjà perdu, nous continuons donc avec le problème que Planck a trouvé à ce schéma. En effet, l'énergie totale des braises que nous avons prises en exemple résulte de l'addition de l'énergie de tous les oscillateurs (relisez la phrase une deuxième fois). En sachant que chaque oscillateur peut avoir une énergie plus ou moins importante, il aurait fallu compter le nombre de façon dont l'énergie totale pouvait être partagée entre chacun des oscillateurs (une tâche irréalisable, vous l'aurez compris !). Nous pensons vous avoir perdu à nouveau, alors nous allons simplifier le problème (nous aussi, nous avons du mal).

Imaginons une tablée de 10 enfants. Ce sont nos oscillateurs. Ils s'apprête à déguster de délicieuses crêpes. L'énergie totale de la matière chaude, c'est ce petit paquet de sucre glace que vous imaginez maintenant. (Préparez vous à relire la phrase suivante :) La difficulté réside dans le fait que nous devons compter le nombre de façon dont nous pouvons distribuer le sucre (SPOILER ALERT : il y en beaucoup).

Planck, probablement après s'être arraché les cheveux qu'il lui restait, a fini par opter pour une méthode peu conventionnelle à l'époque : il a décidé de séparer le sucre en morceaux égaux, bien distincts les uns des autres. Il a fait comme si l'énergie n'existait que sous forme de morceaux indivisibles ! De ce fait, le comptage est bien plus facile ! Donc si nous avons 100 sucres pour 10 enfants, au lieu d'avoir une infinité de manière de les distribuer, nous avons précisément 426 421 511 271 façons de le répartir.

Il y a de très fortes chances pour que vous ayez déjà entendu parler de la physique quantique aujourd'hui, mais c'est très peu probable que ce soit en vous renseignant sur les travaux de Max Planck (ou alors vous n'avez pas beaucoup d'amis). Si tel était le cas, ce serait plutôt grâce à une expérience extrêmement connue qui a permis à cette science d'avoir un certain succès auprès de tout un chacun : celle du chat de Schrödinger. Tout le monde connait cette expérience ! Malgré tout, puisque certains parmi vous apprécient la fraîcheur de la pierre qu'offre une grotte, nous allons vous l'expliquer.
Erwin Schrödinger est un physicien autrichien du XXème siècle qui a donc vécu en même temps que Max Planck. Cet homme a fait avancer la physique quantique plus que n'importe qui en publiant par exemple l'équation de Schrödinger qui décrit l'évolution dans le temps et donc dans l'espace d'une particule non relativiste (ce que nous expliquerons par la suite). 

Pour revenir un court instant sur le therme non relativiste : en physique on dit que des corps possédant une vitesse qui n'est pas négligeable par rapport à la vitesse de la lumière sont relativiste, si tel n'est pas le cas ils sont dis non relativistes. Ainsi vous étudiez en cours des corps non relativistes.

Cependant Schrödinger ne s'est pas contenté d'écrire cette équation. En effet il considérait que la physique quantique de son époque était incomplète. Et c'est afin de mettre en évidence les limites de la physique quantique que cet homme a imaginé le chat de Schrödinger (oui, il mettait son nom partout). 

Le résultat est assez nuancé, certes sa petite expérience a connu un succès fou et explique a merveille ce qu'il voulait mettre en évidence, mais aujourd'hui celle ci ne sert pas à critiquer la physique quantique comme il le souhaitait mais à l'expliquer. Cet homme a donc accomplit l'exploit de réussir et échouer en même temps, il se complète bien avec son chat à la fois mort et vivant. Nous en arrivons donc au sujet principal. 

Tout d'abord je vous rassure, personne n'a déjà (officiellement) réalisé concrètement cette expérience : il s'agit là d'une simple expérience de pensée. C'est à dire que c'est une expérience que l'on peut faire de tête en sachant quel résultat sera obtenu sans pour autant avoir à la réaliser de façon pratique car le résultat est trivial. 

L'expérience est composée d'une boite dans laquelle vous placez un chat et un système avec 1 chance sur 2 de déclencher sa mort. La boite étant fermée, personne ne peut savoir si le chat est vivant ou mort, on dit qu'il est à la fois mort et vivant dans deux états ambivalent en même temps. Et c'est en ouvrant la boite que le chat "décide" (avec de gros guillemets) s'il reste mort ou s'il reste vivant et ne garde plus qu'un seul état. Après cela on pourra ouvrir et fermer la boite autant que l'on veut le chat restera mort s'il était mort à la première ouverture ou inversement. Ridicule ? Dire cela ce serait oublier que nous parlons de particule depuis 20 minutes, et de physique quantique (suivez donc !).

 Bien, donc cette expérience est une transposition des propriétés du monde nanoscopiques dans notre monde macroscopique. Le chat représente donc une particule et une de ses supposées propriétés : tant qu'elle n'est pas observé, une particule peut être dans plusieurs états différents en même temps, et c'est seulement lorsque elle est observée que son état se définit et se conserve. Imaginons donc qu'une particule se déplace à 25 m.s-1 et en même temps à 20 m.s-1( on vous a dit que c'était normal dans le monde quantique pas que c'était facile a comprendre ) et que l'on mesure sa vitesse nous aurons une probabilité d'1/2 d'obtenir une valeur précise. Disons donc que l'on obtient 20 m.s-1, si l'on refait des mesures les chances d'obtenir cette valeur ne serons plus d'1/2 mais de 1 : on obtiendra de nouveau cette valeur, encore et encore peu importe le nombre de mesure que l'on fera. Ce que le chat de Schrödinger illustre c'est l'influence de l'observateur sur l'état d'un particule, car c'est bien l'observateur qui a poussé le chat à rester vivant ou mourir. 

Même si ce que nous avons dit est extrêmement intéressant (allez, dites le), selon nous, là ou la physique quantique est la plus intéressante, c'est au niveau de son impact sur la communauté scientifique du XXème siècle. En effet, on peut vulgariser cela en disant que la physique quantique aura séparé les physiciens en 2 camps : les "pro physique quantique" et les détracteurs de celle ci. 

Rendez-vous compte ! Einstein, sans conteste une des plus importante figure de la physique, trouvait ridicule cette nouvelle science de l'infiniment petit. Beaucoup avaient en effet du mal à digérer l'idée que des probabilités puissent exister et régir le monde nanoscopique. Einstein était donc probablement un des pires ennemis de la physique quantique, sans doute à cause du fait que ses théories de la relativité restreinte et de la relativité générale entrent en contradiction sur certains points de la physique quantique. 

C'est d'ailleurs là que réside tout le problème, car ces deux branches de la physiques sont toutes pour l'instant mathématiquement et expérimentalement justes et pourtant en désaccord. Ainsi, l'un des plus grand défis de la physique moderne est de réconcilier ces deux branches à l'aide d'une théorie d'unification, car si l'on y parvenait, cela ouvrirait les portes à énormément de choses et serait un progrès scientifique colossal. Certains disent d'ailleurs qu'Albert Einstein travaillait sur ce projet avant sa mort, bien qu'il n'ait jamais eu le temps de réellement progresser sur ce projet et de l'achever. 

Qui sait, s'il avait vécu plus longtemps, peut être aurait-il réussi et nous pourrions aujourd'hui créer ces "portails" autrement appelé trou de vers, afin de se déplacer de plusieurs millions de kilomètres en une seconde. 

Pour l'anecdote, c'est cette aversion qu'avait Einstein pour la science des particules qui, dit-on, lui aurait valut de dire à Niels Bohr, l'un des plus grand physiciens quantique du monde : "Dieu ne joue pas aux dés" vous connaissez désormais l'origine de cette citation. Mais Bohr, dit-on, ne se serait pas laissé faire et aurait rétorqué au génie mal coiffé : "Mais qui êtes-vous, Albert Einstein, pour dire à Dieu ce qu'il doit faire ?".

Nous n'en avons pas terminé avec la physique quantique, revenez de temps en temps (pas trop vite, histoire de digérer) pour lire les corrections et les ajouts !