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La seconde raison est qu'il n'existe pas encore de théorie quantique relativiste au sens strict. La relativité restreinte a récemment été quantifiée, mais aucun mathématicien ni aucun physicien ne peut encore poser les bonnes équations qu'imposent sa généralisation. Si beaucoup d'amateurs soumettent à Stephen Hawking ou Michio Kaku des théories de leur cru stipulant par exemple qu'"il suffit de quantifier l'espace-temps pour obtenir ceci...", la question est justement de savoir comment ils y parviennent... Là-dessus la plupart des auteurs demeurent silencieux. Einstein s'en était occupé de 1916 jusqu'en 1955, l'année où il s'est éteint. Deux générations se sont écoulées depuis sans que les physiciens parviennent à établir les bonnes équations tellement la théorie est difficile à formuler. Le terme "mécanique" qui englobe la science du mouvement et ses propriétés n'est plus du tout approprié à "la quantique" qui englobe aujourd'hui tous les domaines de la physique et dont les ramifications s'étendent jusqu’en astrophysique, en cosmologie, en optique numérique, en biochimie, jusqu'à inclure l'Homme. Malgré cette évolution, le substantif "mécanique" a gardé voix de citer et est assimilé à celui de "physique" quantique. Aussi, par tradition certains auteurs le conserve comme titre de chapitre ou l’utilisent indifféremment ci et là selon leur humeur. Personnellement j'utiliserai surtout ce terme dans les références historiques. Pour juger objectivement les phénomènes qui obéissent aux lois de la physique quantique, un résumé de son histoire soulignera le cheminement intellectuel qui entraîna son introduction dans la physique classique et qui finira par la remplacer dans le domaine de l'atome. Arrivé à ce point, complété par les notions de Relativité, la distinction entre la physique de Newton, celle d'Einstein ou de Heisenberg ne fera plus de doute. Les prémices Devant les prodigieuses avancées des sciences et des techniques au cours du XIXeme siècle, le chimiste français Marcellin Berthelot s’était exclamé : “il n’y a pas un problème que la science ne puisse résoudre”.
Les théories concernant les
différents états de la matière, la chaleur spécifique ou la réaction
des métaux photosensibles ne suivaient pas les courbes standards. Si les
savants avaient bien trouvé des formules pour prédire ces événements,
certains corps s'écartaient obstinément des valeurs moyennes pour des
raisons qui restèrent longtemps mystérieuses. C'est la thermodynamique
qui donna le coup d'envol de la résolution de ces problèmes. Mais elle-même
enchâssée dans le carcan de la philosophie séculaire et contrainte par
la physique classique eut de grosses difficultés pour évaluer la portée
de la nouvelle mécanique quantique. Jusqu'au XXeme siècle, la matière n'intéressait pas les physiciens. Cette science était réservée aux chimistes parmi lesquels nous retrouvons les célèbres Avogadro, Gay-Lussac, Boyle et tant d'autres. L'Encyclopedia Britannica publiée en 1771 considérait que les atomes étaient les plus petits corps naturels indivisibles, des minima minimorum naturae. Or depuis Démocrite on avait déjà remarqué que certains atomes ou plutôt certaines molécules étaient structurées et présentaient des formes variées et qu'aucunes d'elles ne pouvaient se transformer en une autre. L'or et le plomb pouvaient bien s'amalgamer mais il était toujours possible de les séparer par l'action de la chaleur. Cette définition était donc incomplète et suscita l'intérêt des chercheurs.
Neuf ans plus tard Dimitri Mendélée v proposa une classification des éléments selon leur masse atomique mais il ne put expliquer les relations entre classes d'éléments. Il faudra attendre quelques générations pour découvrir les propriétés électriques des atomes et leur architecture. En 1874 Jacobus van 't Hoff et indépendamment de lui Joseph Le Bel découvraient que la stéréochimie expliquait les isomères des molécules organiques.En
1887, Joseph J.Thomson démontra que le courant électrique qui pouvait se
propager dans un gaz était associé à des particules chargées négativement.
En soumettant celles-ci à un champ magnétique et en observant les déviations
des particules, il pouvait connaître leur charge et leur masse avec précision.
La fin du XIXeme siècle fut marquée la découverte des rayons X (Roentgen, 1895) ainsi que de la radioactivité naturelle (Becquerel, 1896). En 1903, les physiciens anglais Ernest Rutherford et Frederick Sodd y découvrirent que la radioactivité naturelle était une transmutation d'un atome dans un autre. Ainsi, les atomes radioactifs pouvaient émettre des particules positives (rayonnement a, un noyau d'hélium), négatives (rayonnement b, des électrons) ou des ondes de très courtes longueurs d'ondes (rayons g). Mais il restait à localiser les composantes du rayonnement a et en corollaire celles du noyau. Quatre ans plus tard, J.J.Thomson proposa un modèle atomique dans lequel les charges négatives - les électrons - étaient distribués dans une matrice chargée positivement. Pour respecter la neutralité de la matière, les électrons devaient avoir exactement les mêmes valeurs que les charges positives.Entre-temps les chimistes et les physiciens ont essayé d'évaluer la dimension des molécules et de déterminer la nature des forces qui les maintenaient ensembles. Mis à part les auteurs précités, les travaux les plus concrets et qui témoignèrent d'une ébauche de solution furent ceux de R.Brown sur le mouvement brownien datant de 1828 et de R.Clausius en 1857 qui fit la distinction entre les différents états solides, liquides et gazeux en fonction de l'agitation moléculaire. Ces travaux seront souvent discutés et critiqués en termes d'entropie et de leur cohérence vis-à-vis des lois classiques. Il était évident aux yeux de Planck, Boltzmann ou Sommerfeld que les phénomènes naturels et en particulier la loi d'entropie ne pouvait être réduite à des phénomènes purement mécaniques. Ces recherches se termineront avec la célèbre thèse de doctorat d'Einstein en 1906. A côté de la détermination de la dimension des molécules, les physiciens étaient également préoccupés de savoir comment le mouvement se transmettait dans la matière. Les physiciens savaient depuis longtemps, en fait depuis qu'ils avaient observé un morceau de bois flotté à la surface de l'eau, qu'une onde ne consistait pas en un déplacement de la matière mais bien à un mouvement dans celle-ci.
Le même phénomène explique la propagation du son dans l'air. Ainsi, qu'elles soient électromagnétiques ou élastiques, les ondes obéissent à une relation de propagation, la fonction de l'onde, qui n'est pas équivalente à une fonction d'onde. On en reparlera lorsque nous aborderons la théorie de Broglie et l'équation de Schrödinger. La fonction correspond en fait à l'équation d'une onde progressive dont voici quelques simulations que nous proposent les Facultés Universitaires Notre-Dame de la Paix de Namur (FUNDP). Au XIXeme siècle grâce aux travaux de Maxwell, les physiciens connaissaient son équation généralisée aux dérivées partielles, sur laquelle nous nous attarderons en temps utile à propos de la théorie du champ. Mais à l'époque, il ne venait encore à l'idée de personne d'imaginer que l'atome puisse être représenté par une fonction d'onde. & La suite de cette passionnante aventure est décrite dans mon livre :
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