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Voici en gros les pistes que je développerai :

-       -  Principes d’indétermination, d’exclusion, théorie de la décohérence, effet tunnel

-       -  Idée des états quantiques représentés par des vecteurs d’état

-        - Questions sur l’interprétation des représentations mathématiques très abstraites

-        - Quel est le rôle de la physique : prédire des résultats d’expérience, dire comment est le monde, comprendre notre interaction (à nous, les hommes) au monde… ».

Pour rappel: ce feedback ne fait pas l'objet d'un effort particulier de rédaction. Ce sont des notes, ce n'est qu'un travail purement égoïste de tentative de compréhension. Puisque je le frappe, je le partage.

Les mathématiques de la physique quantique :

Analyse linéaire et calcul différentiel, c'est-à-dire les maths qui étudient le mouvement.

En physique quantique : on a le postulat du comportement ondulatoire de la particule, généralisation du principe de superposition.

Important : on ne décide pas de croire que la particule est une onde, on choisit de « faire comme si, pour voir… mais on sait que ça n’en est pas une ». Ce postulat est très heuristique pour nos amis qui vont voir leurs calculs aboutir à des résultats confirmés par les expériences.

Mais ce postulat pose aussi un gros problème d’interprétation de ces résultats, puisque ce postulat est « bancal ».

Pour ma part, j’ai tendance à penser que la « réalité » est effectivement plus proche de l’onde qu’elle n’est discrète, en restant complètement mystérieuse. Apparemment, la physique quantique ne contredit pas cette impression. Il est très très compliqué pour notre esprit de concevoir quelque chose, la plus abstraite possible, qui ne soit ni de nature continue, ni de nature discrète, qui soit autre… la cafetière se met à chauffer tellement qu’elle fait sauter les plombs de tout le pâté de maison.

On peut se demander si on pose la bonne question. Elle semble tellement objective qu’on n’en voit pas la subjectivité probable. Continuité - discrétion… je sais pas s’il est possible de contourner ce problème. Pour ma part, je pense que peut-être, peut-être bien, qu’en abordant les choses sous l’angle du mouvement, de l’interaction, de la relation, de la relativité, du changement, avec les principes de symétrie, de commutativité, de variabilité, de constance, des choses très abstraites et qui quelque part sont liées, on peut peut-être sublimer l’aporie continuité-discrétion, parce que la continuité et la discrétion n’existent pas en dehors du mouvement. Au final, c’est le mouvement qui nous pose un sacré problème.

Bref, laissons le mouvement où il est.

En analyse linéaire, on a ce qu’on appelle les « espaces de Hilbert ». Les mathématiques sont vraiment fascinantes pour ce genre de choses.

Dans un « espace » au nombre de dimensions variable, on représente l’évolution de l’état d’un système en fonction de l’évolution des grandeurs des dimensions (des variables). Cette évolution est représentée par une fonction d’onde.

En physique quantique, l’évolution de l’état d’un système est représenté par un vecteur d’état qui s’inscrit donc dans un espace abstrait, un espace de Hilbert, c’est-à-dire, extrait, désolidarisé, de notre conception de l’espace tri-dimensionnel bien coutumier. Un phénomène se passe nécessairement dans notre espace à nous,  mais qu’est-ce que notre espace à nous ? (cf : l’histoire de cafetière…). Comment comprendre le « sens » de l’évolution de ce vecteur ? C’est fou et c’est absolument génial.

Passons en revue les principes que le mariage maths-physique a fait naître.

Tout d’abord, sur la particule:

Une particule n’est pas un corpuscule ; un ensemble de particules ne constitue pas non plus un corpuscule, en fait, une particule, c’est confus, ou plutôt diffus, comme une substance qui n’en est pas une…

En travaillant sur leurs équations, les chercheurs ont découvert que l’état d’une particule avait une probabilité d’être dans cet état –là, comme pour n’importe quel état. On pense en termes de probabilité.

Ensuite, Heisenberg a formulé le principe d’indétermination. (Principe déjà vu, portée épistémologique aussi, cf article Du point à la ligne) Mettons que si la physique quantique était une substance, eh bien l’indétermination lui est consubstantielle.

Le principe d’exclusion : Wolfgang Pauli, 1925.

Très intéressant. Dit que deux fermions ne peuvent pas partager un même état quantique. Deux électrons ne peuvent pas être exactement dans la même situation. Deux électrons ne peuvent pas partager un même vecteur d’état.

En gros : si deux électrons étaient dans le même état quantique, eh bien ces deux électrons ne seraient qu’un seul électron. Ils ne peuvent pas tout partager. Cela signifie que bien que les particules aient en partie un comportement relevant d’un principe ondulatoire, certaines de leurs propriétés montrent qu’au sein même d’une famille de particules (gardons l’exemple des électrons) eh bien les particules se différencient les une des autres. C’est plus facile d’imaginer une particule dans un espace 3D. Si un endroit de cet espace est occupé par une particule, une autre particule ne peut pas se trouver exactement au même endroit.

D’un autre côté, la physique quantique tolère que l’on « intervertisse » deux particules fondamentales  entre elle du fait de leur indiscernabilité. Il y a une espèce de jeu entre symétrie et identité.

Face aux fermions qui sont soumis au principe d’exclusion, on a les bosons qui n’y sont pas soumis. Les bosons peuvent être tous dans le même état quantique. Il y a quelque chose de collectif dans le boson (photon, gluon) qui se manifeste différemment que pour les fermions.

C’est vraiment terrible, j’ai l’impression de marcher sur des œufs, à chaque mot que j’écris, je sens qu’il n’est pas approprié, enfin il l’est, mais pas vraiment, c’est compliqué !

Boson/fermion : très intéressant. Ex : gluon : c’est la particule qui « compose » ou « est responsable » de l’interaction forte. La force nucléaire forte. Donc une force est composée de particules ? Oui et non, ça dépend de ce qu’on entend par particule. On voit que l’étude du boson est vraiment intéressante et particulière. Un boson n’a sans doute rien à voir avec un fermion, ou peut-être tout à voir.
L’étude des bosons a entraîné une évolution du modèle de la physique des particules vers ce qui est appelé aujourd’hui la « théorie des champs » avec la chromodynamique quantique.

La notion de champs me plait bien, tandis que le terme particule, eh bien, il induit en erreur à cause de sa représentation instinctive : le corpuscule. Quand on parle de gluon, on fait un peu le grand écart entre ce que la physique nous dit du gluon et comment nous nous le représentons, si on arrive à se le représenter.

En physique quantique, je crois que si on veut essayer de commencer à toucher du bout du doigt un début de compréhension, il ne faut pas chercher à se représenter les choses. On est tenté de le faire, c'est normal, mais cela mène nécessairement à des confusions. Il faut se défaire de tous les préconçus, tout lâcher. Il faut au contraire faire confiance ( à qui, à quoi? on ne sait pas, mais il faut y aller) pour mettre un pied devant l'autre quand il n'y a plus de sol sous nos pas. Un peu comme un acte de foi. Une foi mathématique.

Effet tunnel et radioactivité :

Il existe des atomes légers, moyens et lourds, en fonction de la composition du noyau (nombre de nucléons : protons et neutrons). Les atomes moyens sont les plus stables. Les autres le sont moins.

Un atome lourd a un noyau qui contient trop d’énergie. Cette énergie a besoin d’être évacuée. La radioactivité a tout à voir avec l’évacuation de ce surplus d’énergie.

Dans une centrale nucléaire, on fissure les atomes lourds pour en extraire l’énergie.

De même, ou plutôt pas de même du tout, les atomes légers ont tendance à chercher la stabilité en "s’assemblant". C’est la fusion nucléaire que l’on n’a, je crois, du mal à reproduire. C’est cette fusion qui existe au sein du soleil et qui fournit son énergie.

Quand à l’effet tunnel, (Gamov, 1926) : il s’agit du fait que certaines particules ont la probabilité de « passer à travers une barrière de potentiel ».

Autre chose encore très sympathique : la notion de spin.

Le spin apparaît lorsqu’un système réunit des caractéristiques quantique et relativiste. Paul Dirac est le physicien qui a trouvé l’équation à la fois quantique et relativiste (qui prend en compte ce qui dépend de la vitesse). Le spin est intéressant parce qu’il suggère que quelque chose tourne, or non. Que nous apprend le spin sur la notion de mouvement ?

Décohérence :

On a vu qu’il existait un critère quantique lié à l’action d’un système (la quantité d’action par rapport a h). Ce critère permet au physicien de définir si les conditions d’étude de son système sont celles des lois quantiques ou bien des lois classiques.

La décohérence, ça a à voir avec le «passage » du quantique au classique, mais dans un tout autre sens (J).

C’est un peu comme si on dézoomait mentalement : à quel moment les objets quantiques deviennent classiques, pourquoi et comment.

A quel moment plein d’atomes constituent-ils une table bien solide…

La théorie de la décohérence dit que c’est l’interaction continue d’un système avec son environnement qui peu à peu fait perdre à ce système son degré de liberté, sa cohérence.

On arrête là le feed back.
Il reste une troisième vidéo sur l’interprétation du formalisme quantique, qui de mon point de vue est la plus intéressante des trois, mais pour la comprendre, il faut que les deux premières vidéos soient digérées.

To be continued.