vendredi 29 septembre 2017

Bizarreries quantiques : onde et particule

Onde ou particule ? Pendant quelques siècles, les physiciens se sont demandés si la lumière était un phénomène ondulatoire, comme les vagues, ou bien une collection de particules minuscules circulant dans la même direction.


La physique quantique a réconcilié les deux points de vue.
  
A quoi ressemble une particule ? Ces petites bêtes sont un peu trop sensibles, un peu trop rapides et petites pour être filmées. Mais de gentils internautes nous les ont représentées en dessin animé :


Une particule, c'est un "paquet d'onde", une oscillation limitée à une petite portion de l'espace. Ondes et particules sont de même nature.

Du coup on comprend qu'un rayon lumineux est à la fois une collection de particules (des photons) qui voyagent ensemble en file indienne, et aussi, une onde, la somme de tous ces petits bouts d'ondes.

On comprend aussi intuitivement qu'on ne puisse pas connaître la position d'une particule avec une précision parfaite.

Enfin, on comprend que les particules ne se comportent pas forcément de façon intuitive, comme des billes en verre. En voilà une qui rencontre un obstacle sur sa route:




 Où est passée ma particule ? A-t-elle été réfléchie par l'obstacle ou est-elle passée ? On pourrait penser que la particule s'est divisée en deux, mais pas du tout : ça reste une particule unique qui est potentiellement d'un côté ou de l'autre, sans qu'on puisse en dire plus, du moins jusqu'à ce qu'un physicien essaie de l'attraper. Alors ce sera comme s'il tirait à pile ou face : il la trouvera soit d'un côté, soit de l'autre, de façon complètement aléatoire. En faisant l'observation, il détruira aléatoirement l'une des deux "moitiés" de l'onde et "rassemblera" la particule en une zone de l'espace. Le physicien avec son filet à papillons a a un petit peu plus de chances de trouver la particule du côté gauche, mais dans les deux cas il lui est impossible de prévoir s'il se retrouvera bredouille.

C'est ce côté aléatoire qui agaçait Einstein et lui faisait dire : "Dieu ne joue pas aux dés."