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« Mécanique quantique » expliqué aux enfants par Vikidia, l’encyclopédie junior.

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La mécanique quantique est un domaine de la physique qui explique comment se comportent les particules (les molécules, les atomes et leurs composants). En effet, dans l'infiniment petit, les lois qui permettent d'expliquer le mouvement d'une particule (par exemple) sont très différentes de celles dont nous avons l'habitude. Par exemple, un atome enfermé dans une « boîte » hermétique peut, dans certains cas, en traverser les parois ! Ce phénomène, nommé « effet tunnel », est expliqué par la mécanique quantique.

Bien que le monde des particules nous paraisse totalement abstrait, la mécanique quantique est à l'origine de nombreux objets qui nous paraissent aujourd'hui tout-à-fait habituels : le laser, les centrales nucléaires ou... les ordinateurs !

Quantique vient du latin quantum : « combien ». En physique, un quantum (au pluriel, des quanta) constitue la plus petite mesure indivisible¹ : c'est-à-dire la plus petite quantité d'énergie que l'on peut isoler. On visualise en général un quantum comme un paquet d'énergie.
En effet, dans les domaines atomique et subatomique (« plus petit que l'atome »), les choses ne sont pas continues (on dit qu'elles sont discrètes)². Par exemple, un électron autour d'un noyau ne peut pas occuper n'importe quelle position, mais uniquement certaines orbites, déterminées par la mécanique quantique.

[modifier] Généralités

Selon la mécanique quantique, la lumière n'est pas uniquement une onde ou des photons, mais un flux de photons qui se comportent tantôt comme des particules, tantôt comme une onde. La mécanique quantique explique également comment est constitué le noyau d'un atome, comment il se casse en deux (fission), comment il réagit quant il se joint à un autre (fusion) ou quelle quantité d'énergie il libère en se désintégrant (radioactivité).

[modifier] Grands noms de la mécanique quantique

• Max Planck, le précurseur. Einstein, pour parvenir à sa théorie de quanta, s'est inspiré de ses travaux.
• Edwin Schrödinger, celui qui a découvert l'équation qui porte son nom, un des piliers de la physique quantique.
• Werner Heisenberg, qui a formulé le principe d'Heisenberg selon lequel on ne peut connaître précisément la vitesse et la position d'une particule : plus l'on dispose d'informations précises sur la vitesse, moins l'on connait avec précision sa position, et inversement. D'où les probabilités utilisées.
• Louis de Broglie (prononcer Breuil), un français qui a complété les travaux d'Einstein avec sa « théorie sur la nature ondulatoire de l’électron »

[modifier] Le « quantum » : l'exemple de l'électron

Dans chaque atome, des électrons, chargés négativement³, tournent autour du noyau, chargé positivement. Ils se déplacent sur des orbites très précises, dont chacune a un niveau d'énergie déterminé et donc une distance au noyau précise. Lorsque l'atome est « excité » (en étant par exemple bombardé par un autre atome ou par de la lumière : il possède un surplus d'énergie), un électron peut sauter sur une orbite supérieure en absorbant une certaine quantité d'énergie. Puis, quand l'électron retombe sur son orbite d'origine (phénomène qu'on appelle la désexcitation), il libère l'énergie qu'il a accumulée sous la forme d'une onde lumineuse élémentaire : c'est un quantum (sous forme, ici, de photon ; ou l'on peut dire « porté » par le photon). La quantité d'énergie libérée sous forme d'onde lumineuse est égale à la quantité d'énergie captée au cours du choc qui a servit à exciter l'électron. Pour avoir découvert cela, Albert Einstein a reçu le prix Nobel de physique.

[modifier] Sources

• Encyclopédie des sciences Larousse sur CD-ROM.

[modifier] Références

1. ↑ Quantum sur le Wiktionnaire
2. ↑ La suite de nombres « 1 ; 2 ; 3 ; 4 ; 5 ; 6 ;... » n'est pas continue, parce qu'elle néglige les nombres décimaux (« 1 ; 1,01 ; 1,02 ; 1,03 ;... »). Elle se fait sur des intervalles (ici, de 1 en 1) ; on dit qu'elle est discrète. En mécanique quantique, c'est pareil : il ne peut pas y avoir n'importe quelle quantité d'énergie, seulement des « paliers » : les quanta.
3. ↑ Il s'agit de la charge électrique.

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