la mécanique quantique / quantum mechanics

Commençons...

• A la fin du XIXème siècle, les lois de la nature semblaient totalement connues à travers la théorie de la gravitation ‘’Newton’’ et de l’électromagnétisme ‘’Maxwell ET Faraday’’.

MAIS!!!!!!!!

Pendant le 20ème, la physique classique ou newtonienne n’a pas

pu expliquer beaucoup de nouveaux expériences !

‘’c’est vrai que la pauvre a essayé mais c’était insuffisant et

obscur!’’

PAR

Pourquoi vous êtes surpris ?

mais, oui je parle de la lampe!

Thomas Edison ,

quand il a inventé la lampe ,il avait comme but :

s’éclaircir notre vie. Mais, les physiciens n’ont jamais s’arrêté

de poser les questions? Alors, les

problèmes commencent…

Questions!!

Les physiciens disent:

‘’ lorsqu’on chauffe le filament par un courant électrique ; il émet une lueur ! ‘’

Le problème c’était que :lorsqu’on augmente la

température c.-à-d. lorsqu’on augmente l’intensité du courant électrique; la couleur de cette ‘’lueur’’ change de rouge en

orange en jaune en…

? Et de quel couleur vous croyez qu’elle va se transformer

Bleu peut être??

Oui; et c’est ca le problème !Même si on augmente la

température la couleur va au jaune et après …stop!

Alors pourquoi on n’a pas eu la couleur bleue? Pourquoi?

Alors la physique qui explique ce phénomène n’était pas encore

découverte ! Autrement dit la physique qui explique la relation entre la

température du filament et la couleur du lumière produit!

En 1900,le physicien allemand max Planck a décidé de travailler

durement afin de répondre à notre

question ‘’ pourquoi la couleur de lumière ne se transforme pas en

bleu?

Pour cela, monsieur Planck et quelques amis ont

crée ce qu’on appelle

the ‘’black body’’ ou

le ‘’corps noir’’

Lorsqu’on chauffe ce corps noir, il émet des ondes électromagnétiques dans un domaine de longueurs d’ondes caractéristique de sa

température.

Alors, on a chauffé et chauffé et chauffé et chauffé et chauffé et chauffé et chauffé et chauffé et chauffé et chauffé et chauffé et

chauffé et chauffé …mais rien de bleu apparait !

Pourquoi il est trop difficile d’arriver à ce ‘’bleu’’ et à ses amis

aussi c.-à-d.’’les ultras violets!!!

Croyez-moi-même avec la température

du soleil qui peut arriver jusqu’au

5000°C !

Les scientifiques du 19ème siècles étaient perplexes et

impuissants? Ils ont appelé ce phénomène par :‘’catastrophe des ultras

violets ou catastrophe

ultraviolette‘’

Alors notre ami Planck a pris un pas vers la solution, ce qui veut dire qu’il a pu trouver une relation mathématique entre la couleur

du lueur (fréquence) et l’énergie de cette lueur !

Mais lui-même il n’a pas pu comprendre la nature de ce

linkage!

jusqu'à ce qu’une autre expérience était mise en scène afin de mettre les points sur les

iiiiiiiiiiiii !

Mesdames et messieurs je vous présente ‘’l’électroscope’’

Quand on charge la tige, les feuilles se

chargent à leur tour et se

repoussent mutuellement!

C’est évident!!!!!

Maintenant prenons la lumière rouge et la posons sur la boule

métallique!

Rien n’a changé!!!!

Même si on augmente l’intensité de lumière!

Essayons une autre fois mais avec une lumière bleu !!!

C.-à-d. une lumière d’ultra violet

Et maintenant, les feuilles ne sont plus écartées!

Qui se qui se passe?

Les feuilles ne sont plus écartées ce qui veut dire qu’on n’a plus de

charges!Et qui veut dire aussi que la

lumière bleu a pu effacer et enlever ces charges. La chose que la

lumière rouge n’a pas pu la faire!

C’est ca ce qu’on appelle:

‘’la photoélectrique’’

La catastrophe ultraviolette et la photoélectrique ont été les grands

problèmes des physiciens de 19ème siècle parce qu’ils n’ont pas

pu les expliquer malgré l’utilisation des meilleures sciences de cet époque là!

Sciences????

Oui les sciences qui ont pour base:le caractère ondulatoire de la

lumière!

Autrement dit:la lumière se comporte comme

un vague !

Vous voulez un exemple?

Les bulles de savon!!!!

C’est un phénomène connu surtout par les enfants …les couleurs dans

les bulles sont incroyables !!

Ce phénomène est facile à expliquer si on accepte le

comportement ondulatoire de la lumière!

Une bulle de savon est essentiellement un peu d’air entouré d’une pellicule de savon. Mais cette pellicule a en fait une épaisseur : il s’agit de deux plaques de savon entourant un tout petit peu d’eau. Et c’est grâce à cette

épaisseur que l’on peut voir des couleurs à la surface des bulles. Ceux sont les couleurs du spectre !

Lorsqu’un rayon de lumière frappe la bulle, une partie est réfléchie tandis que l’autre pénètre dans l’épaisseur.

Ce deuxième rayon est alors réfléchi par la deuxième surface de savon .Ce que nous voyons, c’est la somme

du rayon réfléchi et du rayon transmis puis réfléchi

C’est comme les vagues sur la surface d’eau!!!

On dit que la lumière est l’ensemble des ondes d’énergie

dans l’espace !!

Disons que la lumière est ondulatoire nous permet d’expliquer beaucoup de

phénomène …. Mais absolument pas la

photoélectrique et la catastrophe

ultraviolette!

Pour mieux comprendre l’incapacité d’expliquer ces

phénomène:on doit premièrement bien

comprendre comment la lumière agir?

Puisqu’elle est ondulatoire on peut étudier le comportement des

vagues !

Bonne idée n’est ce pas?

Quel est la différence entre ces deux vagues?

Yeh!!!!!!!!!

L’énergie!!!!!

Donc, si la lumière a le comportement d’un vague…Alors, une grande intensité de lumière

signifie une grande énergie !

Mais cela n’est pas le cas !

Vous rappelez?

Quelque soit l’intensité de cette lumière …. Elle n’a pas pu enlever

les électrons et relier les deux plaques!

Contrairement à la lumière bleu!

Alors, le comportement ondulatoire du lumière est

incapable d’expliquer aucune des expériences!

Alors, pour résoudre l’énigme il fallait que quelqu’un pense d’une

manière différente !Comme on dit : quand le

problème est difficile à résoudre il faut penser autrement avec une

différente manière et une différente méthode!

Enfin, en 1905 quelqu’un a pris l’initiative!

Vous le connaissez peut être?

Essayons avec une autre image?

Oui, Le fameux , brillant , génie, surdoué ……

ALBERT EINSTEIN

En 1905, EINSTEIN a dit que nous devons abandonner la théorie

ondulatoire de la lumière et commencer à la voir comme un

courant ou un torrent des particules de la lumière et pas des

ondes de la lumière!

EINSTEIN a utilisé le terme ‘’quantum’’ pour décrire une

particule de lumière!

Pour EINSTEIN, le quantum estla plus petite unité d’énergie qui

peut exister !

C’est vrai que le terme de « quantum » n’était pas nouveau

(c’est max Planck qui était le premier à l’utiliser) mais dire que la lumière est

corpusculaire était une nouvelle idée et une folle idée aussi!

Mais, excusez moi!Peut être qu’elle est folle mais elle

est vrai!Elle a pu résoudre notre énigme

d’un coup d’œil!!

Comment?

Pour EINSTEIN, chaque particule de lumière rouge a une faible

quantité d’énergie!On dit qu’il a une basse

fréquence!

Contrairement à la lumière bleu « ultraviolette » chacune des particules porte une grande

quantité d’énergie !Elle a une …

Oui, Bravo , haute fréquence!

Comparons!!!

Finalement nous avons résolu nos problèmes!!

Alors….• Pour la catastrophe

ultraviolette, il est impossible d’obtenir une lumière bleu parce qu’elle nécessite une grande énergie !

Plus que 100.000 fois plus grande que celle utilisé pour produire une lumière rouge ou normale!

• Pour la photoélectrique, tout simplement les particules rouges n’ont pas de l’énergie suffisante pour enlever et supprimer les charges sur les deux plaques contrairement aux ultras violets !

Comme vous pouvez le remarquer, ceci n’est pas la

physique de newton! C’est une nouvelle physique

avec un nouveau Esprit !

La physique moderne

Voici nos chefs!!!!

Mais!!!!!!!Attendez, si la lumière est corpusculaire maintenant ,

comment on va expliquer ce phénomène des bulles de savon?

Le caractère ondulatoire-corpusculaire

de la lumière ou

principe onde-corpuscule

Comment? Ondulatoire et corpusculaire en

même temps ? Impossible? Quelques chose qui ne vas pas?

Mais les deux théories nous permet d’expliquer la réalité d’une

manière logique!

Alors , il ya quelque chose qui cloche dans cette réalité!

cette question à propos de la réalité va nous éclater un conflit

entre les modernes scientifiques!

Débat Bohr-Einstein

Ce débat a été déclenché lorsqu’une nouvelle expérience a

été mise en scène!Une expérience qui montre

qu’on ne sait rien à propos de la réalité!

C’est l’expérience appelée:

les…

Mais vous savez c’est qui d’abord NEILS BOHR?

Physicien danois (1885-1962) il a

publié en 1913 une théorie sur le modèle de la structure de

l’atome!

Premièrement, le problème c’était Quoi?

le spectre atomique

• Le spectre est l'ensemble des longueurs d'onde présentes dans la lumière que l'atome est capable d'émettre.

• L'énergie de l'électron ne peut prendre que quelques valeurs discrètes, appelées niveaux d'énergie. Lorsque l'électron passe d'un niveau élevé à un niveau plus bas, il émet un photon dont l'énergie vaut la différence entre celles des deux niveaux!

La chose que ce modèle ne permet pas de l’expliquer!

Alors, la théorie de Bohr présente l'atome comme un

noyau autour duquel gravitent des électrons, qui déterminent les propriétés chimiques de l'atome. Les électrons ont la possibilité de passer d'une couche à

une autre, émettant un quantum d'énergie,

le photon. Cette théorie est à la base de la mécanique

quantique.

C’est l’expérience appelée:

les fentes d’young

Voyons la vidéo!!!!!!

Après la deuxième guerre mondiale, les scientifiques étaient très excités de

recommencer leur recherches, ils ont appliqué les

‘’ lois ‘’ quantiques sur les atomes et les interactions entre la lumière et les électrons, en ignorant ces débats

puisqu’ils ne causent pas de problèmes pour leur avancement!

Les scientifiques _ en appliquant la loi de la

mécanique quantique _ nous changèrent notre vie vers le

meilleure !

La mécanique quantique est au cœur de la technologie moderne

car le fonctionnement des lasers et des composants électroniques de

nos lecteurs et de nos ordinateurs repose sur ses lois.

Actuellement, des chercheurs mettent au point des systèmes de cryptage inviolables

basés sur des propriétés quantiques, permettant

de détecter toute écoute, qui provoque inévitablement une réduction de l'onde

transportant l'information.

Et en parallèle, des recherches portent sur des ordinateurs quantiques.

Un ordinateur quantique opère ses calculs grâce, entre autre, à la superposition d'états quantiques. La mémoire d'un

ordinateur classique est faite de bits. Chaque bit porte soit un 1 soit un 0. La machine calcule en manipulant ces bits. Un

calculateur quantique travaille sur un jeu de qubits. Un qubit peut porter soit un , soit un zéro, soit une superposition

linéaire des deux. Le calculateur quantique calcule en manipulant ces distributions.

Mot de la fin!

La mécanique quantique explique pourquoi les atomes et les molécules sont stables,

peuvent émettre et absorber de la lumière, mais aussi se combiner dans les réactions

chimiques. La mécanique quantique explique pourquoi et comment le Soleil brille, l’origine des noyaux de carbone de notre corps et nous

permet de connaître la composition des étoiles dans les galaxies.!!!!

Sources & Remerciement

• Documentaire: ∞ The secrets of the quantum mechanics ! ∞la magie du cosmos ∞ Dr.quantum ∞ cosmos: spacetime odyssey

• Sites web: ∞ WIKIPEDIA ∞ futura sciences• livres & magazines: ∞ PHYSIQYE MODERNE ∞ sciences & nature ∞ philosophie de la physique moderne