Et si, le temps d’un café, je vous expliquais la mécanique quantique ?

Objets physiques, objets quantiques

Notre vie quotidienne est peuplée d’objets, d’objets physiques plus ou moins lourds ou légers, de notre tasse à café au canapé au milieu du salon, en passant par le chien qui laisse ses poils partout

À côté de ces objets physiques, nous sommes entourés, pour ne pas dire constitués d’objets quantiques. On nomme objet quantique, tout élément constitutif d’une structure microscopique. Vous vous souvenez certainement de vos cours de chimie. Vous y avez étudié des atomes qui étaient constitués de noyaux et d’électrons.

Dans nos livres de cours, ces électrons étaient positionnés sur des ellipses représentant les ‘‘orbites’’ sur lesquelles ils ‘‘tournaient’’.

Imaginons maintenant que vous avez à portée de main un microscope suffisamment puissant pour observer un atome avec son noyau central et ses électrons. Une fois la netteté réglée vous verriez le noyau entouré d’une sorte de nuage. Ce nuage correspond aux électrons, mais n’allez pas croire que c’est leur vitesse qui crée cette impression de halo. Non, le halo, ou nuage, vient du fait que les électrons sont partout en même temps !

Objet quantique et propriétés étranges

Allons faire un tour dans votre jardin, prendre l’air. Et puis cela permettra à votre chien de jouer un peu. Vous avez d’ailleurs une balle et vous lui lancez. En fonction du poids de celle-ci, de la vitesse que vous lui donnez en la projetant avec plus ou moins de force, vous avez une idée de sa trajectoire et de son point de chute. Normal, votre balle est un objet physique et, depuis l’enfance, vous vous êtes familiarisé à son comportement…

… Passons maintenant aux objets quantiques, ceux qui mesurent quelques milliardièmes de mètre. Eh bien, dîtes-vous, en admettant que vous puissiez en lancer un, comme la balle, que vous ne pourrez jamais déterminer sa trajectoire. En effet, notre objet quantique a la faculté de se trouver à plusieurs endroits en même temps. C’est un peu comme s’il hésitait sur le chemin à prendre et qu’il les empruntait tous à la fois….

Deuxième propriété étrange…

Imaginons maintenant que vous puissiez jeter cet objet quantique contre une paroi pas très épaisse. Eh bien, il ne va pas s’arrêter comme s’il avait trouvé un tunnel pour franchir l’obstacle.

Autre propriété,

celle qui permet à un objet quantique de s’affranchir du temps et de la distance. Prenons deux de ces particules quantiques. Par une ‘‘manipulation’’ (on parlera d’intrication), on rend ces deux systèmes dépendants. Ils sont ensuite éloignés, mais malgré la distance qui les sépare, si l’on agit sur l’un, l’autre va réagir instantanément ! Étonnant, non ?

Ça sert à quoi ?

La physique traditionnelle, si elle expliquait globalement le comportement et les propriétés physiques de ce qui nous entoure, ne permettait pas d’expliquer celui des atomes.

Pour ce faire, il a fallu poser des hypothèses et les vérifier par le biais d’expériences. Cela a permis de construire un certain nombre de théories, lesquelles constituent la physique quantique.

Ce sont ces théories qui permettent aujourd’hui d’expliquer des phénomènes inexplicables autrement. Prenons l’exemple des geckos, ces drôles de petits lézards qui escaladent ou descendent des parois verticales sans difficulté. Ils peuvent le faire grâce à des poils très denses qui se subdivisent en terminaisons très fines à l’extrémité de leurs pattes, les « setae »…

Bonus : le chat de Schrödinger

Parmi les apports de la physique quantique, il y a celui de la multiplicité des trajectoires pouvant être empruntées par un objet quantique, l’électron dans notre exemple plus haut. La physique quantique postule, dans ce monde de l’infiniment petit, que notre électron, sera partout en même temps — rappelez-vous, le nuage autour du noyau.

C’est sur ce principe que Schrödinger a inventé une histoire de chat, pour nous montrer à quel point les lois de l’infiniment petit diffèrent de celles du monde que nous voyons autour de nous… Imaginez un chat enfermé dans une boîte, avec une matière radioactive et un mécanisme pouvant libérer un poison, s’il détecte un atome radioactif dans la boîte. Celle-ci étant fermée, nous ne savons pas ce qui peut se passer à l’intérieur…