Brian Cox et Jeff Forshaw révèlent dans cet ouvrage la signification profonde de la physique quantique. Ils montrent pourquoi elle fournit une description de la Nature avec un immense pouvoir prédictif et explicatif, couvrant une vaste gamme de phénomènes, des puces de silicium aux fonctionnement des étoiles. L'histoire commence au tournant du XXe siècle, avec l'hypothèse de Max Planck qui postule que le rayonnement lumineux dégagé par un corps chaud est constituée de petits paquets d'énergie qu'il nomme "quanta". Brian Cox et Jeff Forshaw explorent ensuite plus d'un siècle de découvertes et de questionnements, jusqu'au fameux boson de higgs, clé de voûte du modèle standard décrivant la matière à son niveau le plus élémentaire.
Brian Cox et Jeff Forshaw révèlent dans cet ouvrage la signification profonde de la physique quantique. Ils montrent pourquoi elle fournit une description de la Nature avec un immense pouvoir prédictif et explicatif, couvrant une vaste gamme de phénomènes, des puces de silicium aux fonctionnement des étoiles. L'histoire commence au tournant du XXe siècle, avec l'hypothèse de Max Planck qui postule que le rayonnement lumineux dégagé par un corps chaud est constituée de petits paquets d'énergie qu'il nomme "quanta". Brian Cox et Jeff Forshaw explorent ensuite plus d'un siècle de découvertes et de questionnements, jusqu'au fameux boson de higgs, clé de voûte du modèle standard décrivant la matière à son niveau le plus élémentaire.
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.
AVANT-PROPOSNous sommes heureux de présenter une ré-impression de l'ouvrage de José Leite Lopes et Bruno Escoubès, Sources et évolution de la physique quantique.Textes fondateurs, dont la première édition, parue en 1994', avait été très vite épuisée.La réédition était demandée par beaucoup, et les auteurs-organisateurs de ce précieux recueil de textes et leurs ayants-droits nous en ont confié la charge.Elle était particulièrement opportune en cette << Année internationale >> de la physique, décidée par l'ONU2 et lancée par l'UNESCO à l'occasion du centenaire de la publication des travaux de 1'« année d'or >> d'Einstein, puisque les textes rassemblés s'inscrivent dans la suite directe de ces recherches pionnières, dégageant ce qui apparaissait peu à peu comme la voie royale de la physique de la matière élémentaire, atomique, nucléaire et subnucléaire.Cet ouvrage est susceptible d'aider à renouer, sur des problématiques contemporaines, le fécond et nécessaire dialogue des sciences avec la philosophie.Ces << textes fondateurs >> sont dus à la plume de physiciens importants du XXe siècle, et les organisateurs du recueil sont également physiciens.J. Leite Lopes, qui fut l'élève de Wolfgang Pauli et de José-Maria Jauch lors de ses années de doctorat aux États-Unis, ami de Richard Feynman, de David Bohm, et de nombreux autres physiciens prestigieux, est connu internationalement par ses travaux, notamment sur les interactions faibles (on lui doit une première esquisse de leur unification avec les interactions électromagnétiques dans le domaine quantique) ; il fut lui-même l'un des pionniers de la physique théorique au Brésil, grand professeur et créateur d'institutions qui ont formé des générations de chercheurs du Brésil et d'Amérique latine.Homme de progrès, il fut proscrit par la dictature militaire qui sévit dans son pays des années 1960 jusqu'au début des années 1980.Nourri de culture française, c'est en France qu'il trouva l'accueil qui lui permit la poursuite de ses travaux : à l'université Louis Pasteur de Strasbourg où il a enseigné jusqu'à sa retraite, reprenant ensuite ses activités au Brésil où il se trouve aujourd'hui.Pendant son séjour en France, il engagea de fructueuses collaborations avec les physiciens expérimentateurs, et promut des dialogues riches et stimulants avec des chercheurs d'autres disciplines, et notamment des philosophes, suscitant la fondation du Séminaire sur les Fondements des Sciences de Aux éditions Masson (Paris).Lors de sa 58e Assemblée Générale.
« 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.
On sait à quelle hypothèse M. Planck a été conduit par ses re- cherches sur les lois du rayonnement.D'après lui, l'énergie des ra- diateurs lumineux varierait d'une manière discontinue, et c'est ce qu'on appelle la théorie des Quanta.Il est à peine nécessaire de faire remarquer combien cette conception s'écarte de tout ce qu'on avait imaginé jusqu'ici ; les phénomènes physiques cesseraient d'obéir à des lois exprimables par des équations différentielles, et ce serait là, sans aucun doute, la plus grande révolution et la plus pro- fonde que la philosophie naturelle ait subie depuis Newton.Je ne parlerai pas des difficultés de détail, elles sautent à tous les yeux et M. Planck est le premier à s'en préoccuper.Peut-on néanmoins échapper à cette conséquence ?Bien des per- sonnes l'ont pensé; lors du récent Congrès de Bruxelles, M. Nernst m'avait communiqué certaines suggestions ; il pensait qu'on pourrait rendre compte des faits, en supposant que les masses, au lieu d'être constantes comme dans la mécanique classique, au lieu de dépendre seulement de la vitesse, comme dans la mécanique nouvelle fondée sur le principe de relativité, soient dépendantes à la fois des compo- santes de la vitesse et de celles de l'accélération.Ce sont ces suggestions de M. Nernst qui m'ont déterminé à entreprendre ce tra- vail, et je dois dire tout de suite que j'ai été conduit à répondre négativement à la question posée par l'éminent physicien.M. Planck se représente le rayonnement des solides comme dû à un très grand nombre de résonnateurs hertziens.Chacun de ces réson-
Préface de la première éditionLa naissance de la physique quantique date d'un siècle et cette description des phénomènes physiques, qui a transformé notre vision du monde, n'est toujours pas remise en cause, ce qui est exceptionnel pour une théorie scientifique.Ses prédictions ont toujours été vérifiées par l'expérience avec une précision impressionnante.Les concepts fondamentaux, comme les amplitudes de probabilité, les superpositions linéaires d'états, qui semblent si étranges pour notre intuition quand on les rencontre pour la première fois, restent toujours essentiels.Une évolution importante s'est toutefois manifestée au cours des dernières décennies.Les progrès spectaculaires des techniques d'observation, des méthodes de manipulation des atomes, permettent maintenant de réaliser des expériences si délicates qu'elle n'étaient considérées que comme des "expériences de pensée" par les pères fondateurs de la mécanique quantique.L'existence des corrélations quantiques "non séparables", qui est à la base du "paradoxe" de Einstein-Podolsky-Rosen et qui violent les fameuses inégalités de Bell, a pu être confirmée expérimentalement avec une grande précision.Les états "intriqués" de deux systèmes, qui manifestent de telles corrélations quantiques, sont mieux compris, et même utilisés pour des applications concrètes, comme la cryptographie quantique.L'intrication d'un appareil de mesure avec son environnement se révèle une piste intéressante pour une meilleure compréhension du processus de mesure.Parallèlement à ces progrès conceptuels, on assiste également à une invasion de notre monde quotidien par des dispositifs dont le principe de fonctionnement repose sur des phénomènes quantiques.Les sources laser qui sont utilisées pour la lecture des disques compacts, l'ophtalmologie ou les télécommunications optiques, sont basées sur l'amplification de la lumière par des systèmes atomiques dont les populations sont inversées.La résonance magnétique des noyaux des atomes est couramment utilisée dans les hôpitaux pour prendre des images de plus en plus précises des organes du corps humain.Des millions de transistors sont inclus dans les puces qui permettent à nos ordinateurs d'effectuer des opérations à des vitesses prodigieuses.
Des électrons qui sont à la fois particules et ondes, un chat à la fois vivant et mort, des particules intriquées capables de se répondre à distance... Depuis plus d’un siècle, la physique quantique défie nos intuitions les plus élémentaires. Et pourtant, sans elle, pas de lasers, pas d’ordinateurs, pas de smartphones. C’est toute notre vie quotidienne qui repose sur des lois qui ont dérouté même les plus grands esprits, d’Einstein à Feynman. Ce livre raconte, avec clarté et humour, l’histoire d’une révolution scientifique et culturelle. On y découvre les expériences fondatrices, les grandes figures qui se sont affrontées autour de ses paradoxes, et les applications qui ont changé le monde. Fruit d’une rencontre unique, ce récit mêle la rigueur d’un physicien de renommée internationale et le regard sensible d’une écrivaine. Ensemble, Frank Verstraete et Céline Broeckaert rendent accessible et vivant un univers qui, malgré son mystère, appartient à notre culture commune. Un voyage intellectuel et poétique au coeur de l’invisible, pour découvrir pourquoi comprendre la physique quantique, c’est aussi apprendre à regarder la réalité autrement.