1913 est l’annus mirabilis de Niels Bohr. Il écrit sa « trilogie », fondatrice de son modèle d’atome, toujours en vigueur de nos jours. C’est le premier de ces trois articles qui est commenté ici. 1/ Il y applique la théorie quantique, en inférant que le rayonnement d’un électron tournant autour du noyau est émis par quanta d’énergie égaux à un multiple de hν (où h est la constante de Planck et ν est la fréquence du rayonnement). Ses résultats étaient conformes aux ‘séries de Balmer‘ du spectre d’émission de l’hydrogène. L’année suivante (1914), l’expérience de Franck et Hertz (collisions d’électrons et d’atomes de mercure) prouvera de manière irréfutable que les électrons perdent de l’énergie par quanta, et que les atomes de mercure émettent du rayonnement ultraviolet dont la fréquence est celle calculée par la théorie de Bohr. 2/ Il y donne l’expression des rayons d’orbites électroniques et de leur niveau d’énergie, indexés par un nombre n (quantification des orbites). 3/ Il y esquisse une première approche et une utilisation féconde du principe de correspondance : le comportement d’un système décrit par les lois de la physique quantique obéit aux lois de la physique classique si le système est suffisamment grand.
1913 est l’annus mirabilis de Niels Bohr. Il écrit sa « trilogie », fondatrice de son modèle d’atome, toujours en vigueur de nos jours. C’est le premier de ces trois articles qui est commenté ici. 1/ Il y applique la théorie quantique, en inférant que le rayonnement d’un électron tournant autour du noyau est émis par quanta d’énergie égaux à un multiple de hν (où h est la constante de Planck et ν est la fréquence du rayonnement). Ses résultats étaient conformes aux ‘séries de Balmer‘ du spectre d’émission de l’hydrogène. L’année suivante (1914), l’expérience de Franck et Hertz (collisions d’électrons et d’atomes de mercure) prouvera de manière irréfutable que les électrons perdent de l’énergie par quanta, et que les atomes de mercure émettent du rayonnement ultraviolet dont la fréquence est celle calculée par la théorie de Bohr. 2/ Il y donne l’expression des rayons d’orbites électroniques et de leur niveau d’énergie, indexés par un nombre n (quantification des orbites). 3/ Il y esquisse une première approche et une utilisation féconde du principe de correspondance : le comportement d’un système décrit par les lois de la physique quantique obéit aux lois de la physique classique si le système est suffisamment grand.
La physique quantique n'est pas une création soudaine, sortie du néant. Elle est née aux confins de la science classique, des efforts obstinés d'exploration des limites de l'ancien monde. Ce livre retrace l'histoire de la théorie des quanta dans le premier quart du XXe siècle jusqu'à l'avènement de la mécanique quantique. Le livre comprend trois parties. Dans la première, l'auteur remonte à la source de la problématique des quanta, c'est-à-dire aux difficultés insurmontables rencontrées à la fin du XIXe siècle par les chercheurs qui essaient d'expliquer les phénomènes d'émission et d'absorption de la lumière par les atomes ou, plus généralement, les phénomènes d'interaction rayonnement-matière. La seconde partie traite des apports respectifs de Planck et d'Einstein. La troisième partie est consacrée à l'examen de la théorie atomique de Bohr, de sa genèse et son développement jusqu'à sa crise au début des années 1920.
« Les atomes, dit Jean Perrin en 1913, ne sont pas ces éléments éternels et insécables dont l'irréductible simplicité donnait au possible une borne, et, dans leur inimaginable petitesse, nous commençons à pressentir un fourmillement prodigieux de mondes nouveaux ». C'est bien dans un monde totalement nouveau, le monde quantique, que nous a fait pénétrer la découverte des quanta par Max Planck. Son article de 1900 est le déclencheur de l'une des plus grandes révolutions scientifiques de tous les temps. Les trente années qui suivent sont les plus riches de la physique ; Planck, Einstein, Bohr, Sommerfeld, de Broglie, Schrödinger, Heisenberg, Dirac, Born, Pauli… reconstruisent la physique sur de nouvelles bases sur fond de conflit des générations. Le monde est par ailleurs secoué par la guerre, Max Planck est tourmenté et vit des épreuves personnelles dramatiques. C'est l'homme, aussi bien que l'oeuvre, que les auteurs ont tenté de dépeindre dans cet ouvrage. Ils ont également souhaité aborder le prolongement de la théorie quantique jusqu'à nos jours car elle est à la fois pleine de richesse, de mystère, mais aussi de promesses.
En 1905 apparaissait une nouvelle physique qui allait révolutionner la façon de décrire la matière et ses interactions : la physique quantique. Avec elle s’ouvraient les portes d’un monde qui n’obéit pas aux lois de la physique classique : l’infiniment petit, avec ses atomes et ses particules. Elle obligea ses pères fondateurs, Einstein, Bohr, Heisenberg et Schrödinger notamment, à rediscuter le déterminisme et les critères de réalité de la physique classique. Pour la première fois dans l’histoire des sciences, une discipline exigeait un travail d’interprétation afin d’être comprise et appliquée. La physique quantique intrigue, fascine, exaspère parfois. Elle demeure pourtant méconnue : on l’invoque pour cautionner tel phénomène étrange, mais on néglige d’en décrire les principes fondamentaux. Quels sont ces principes, qui trouvent des applications toujours plus fascinantes, du laser à la téléportation ? D’où provient l’incroyable efficacité de la physique quantique ? Date de première édition : 2004.
Claude Cohen-Tannoudji ou l'histoire et la réalité illuminéesCette recension a été publiée dans la revue Raison Présente de l'Union rationaliste, n o 204, décembre 2017.L'AEIS remercie Michèle Leduc pour son aimable autorisation à reproduire cet article.Au mois de septembre 2017 est paru le troisième tome d'un cours de mécanique quantique célèbre dans le monde entier.Très attendue, cette suite expose les progrès récents de la discipline.Rigueur mathématique et clarté des discussions physiques caractérisent les trois volumes.Ces qualités, omniprésentes dans les cours au Collège de France de Claude Cohen-Tannoudji, aussi bien que dans ses livres, ici écrit avec deux physiciens d'envergure, Bernard Diu et Franck Laloë, nous ont permis de comprendre pourquoi ses explications et conférences répandaient autant de transparente beauté.C'est que l'objet dont cette trinité parle est le même que la manière dont notre prix Nobel en parle : la lumière. ONDES MATIÈRE ET UNIVERS -RELATIVITÉ GÉNÉRALE, PHYSIQUE QUANTIQUE ET APPLICATIONSl'avènement des sources laser ont inspiré de nombreuses avancées en physique atomique lors des dernières décennies.Puisque sonder l'état physique d'un système revient la plupart du temps à le soumettre à un rayonnement dont les variations en dévoilent la nature, le monde de l'infiniment petit se mesure donc bien à l'aune d'une réalité illuminée. II. Composition, intricationVoici plus de deux millénaires, Lucrèce le premier composa d'atomes la réalité ; à sa suite, Leibniz la traita comme un agrégat de monades ; depuis les chimistes allemands, fascinés par l'affinité, depuis le livre de Jean Perrin, depuis Max Planck surtout, qui annonça les Quanta, nous pénétrâmes enfin dans l'intimité des particules.Et de nouveau, Claude Cohen-Tannoudji et ses pairs prennent une place éminente dans cette géniale tradition.Voici.Entre lumière et particules se produisent plusieurs types d'échanges.Des transferts d'énergie, d'impulsion ou de moment cinétique, génèrent des actions radiatives sur les atomes à l'origine notamment du ralentissement et du refroidissement par rayonnement.La manipulation des degrés de liberté externes des atomes, entités infimes mais composites, est rendue possible par la lumière stimulée opérant en réalité sur leurs degrés de liberté internes.L'ensemble de ces échanges, établis dans un respect très strict des lois de conservation, conduisent à des règles de sélection fondamentales en physique atomique.Pour les avancées décisives réalisées dans le domaine de l'interaction matière-rayonnement, Claude Cohen-Tannoudji a reçu le prix Nobel de Physique en 1997, il y a tout juste vingt ans.Ce dernier livre, coécrit à trois, propose, de plus, une présentation des états intriqués et invite à une réflexion sur le contenu physique de la mécanique quantique.Outre des questions d'interprétation délicates, la production de paires de photons jumeaux préfigure une forme idéale de cryptographie ainsi que le procédé de calcul parallèle des ordinateurs quantiques.L'intrication, idée mathématique désormais concrétisée, est-elle une forme spéciale d'interaction ?Comprenons-nous vraiment la Mécanique Quantique ?Dans un ouvrage récent, Franck Laloë, l'un des coauteurs du livre, a tenté brillamment de faire le point sur les interprétations possibles de la physique des Quanta. III. Le miracle des mathématiquesMathématiques : abstraites ou concrètes ?Comment a-t-il pu se faire que les courbes dites coniques inventées par Apollonius de Perge au III e siècle avant J.-C. ait servi
Niels Bohr (1885-1962) fut un des «architectes» de la physique moderne et de sa philosophie, et, avec Albert Einstein et Bertrand Russell, un franc défenseur du désarmement nucléaire et du gouvernement mondial.Nous lui devons, parmi plusieurs autres contributions, une première ébauche (et incidemment la plus populaire) de la physique quantique, le modèle de la goutte pour le noyau atomique, le calcul (avec Leon Rosenfeld) des indéterminations des composantes du champ électromagnétique, les principes de correspondance, complémentarité et superposition, et, par-dessus tout, l'interprétation standard, dite de Copenhague, de la théorie quantique moderne.Dans cet article, nous traiterons exclusivement des quatre dernières contributions mentionnées ci-dessus et qui sont du plus grand intérêt philosophique : au cours des cinquante dernières années, elles ont généré les plus vives discussions.Nous le ferons sans chercher les «racines» philosophiques de Bohr, qui comprennent ses concitoyens Soren Kierkegaard et Harald Hôffding, aussi bien que la philosophie opérationnelle régnante au sein de la communauté scientifique depuis le début du siècle, laquelle fut articulée dans le manifeste du Cercle de Vienne et dans un ouvrage de Bridgman intitulé Logic of Modem Physics.