Résoudre la multiplicité dans l’unité et la multiplicité dans l’unité, voilà qui est divin.Nicolas de Cues.IntroductionSi la théorie atomique et moléculaire des chimistes fut un encouragement donné aux physiciens pour adopter la physique statistique qui devait soulever les difficultés qui conduisirent à l’élaboration de la mécanique quantique, il n’en reste pas moins que la richesse foisonnante de la spécificité chimique restait en attente d’une prise en compte par la physique théorique.Or, ...
Résoudre la multiplicité dans l’unité et la multiplicité dans l’unité, voilà qui est divin.Nicolas de Cues.IntroductionSi la théorie atomique et moléculaire des chimistes fut un encouragement donné aux physiciens pour adopter la physique statistique qui devait soulever les difficultés qui conduisirent à l’élaboration de la mécanique quantique, il n’en reste pas moins que la richesse foisonnante de la spécificité chimique restait en attente d’une prise en compte par la physique théorique.Or, ...
La mécanique quantique est désormais une discipline scientifique de base, enseignée dans toutes les universités.Elle permet de rendre compte du comportement du monde microscopique avec une précision impressionnante, et en particulier du fonctionnement de tous les objets techniques (ordinateurs, téléphones mobiles, disques laser, etc.) que nous utilisons dans notre vie courante.Une pratique quotidienne de cette discipline permet au physicien d'acquérir une certaine maîtrise dans le maniement du formalisme quantique, une certaine intuition des erreurs qu'il ne faut pas commettre, de la démarche qu'il faut suivre pour parvenir au résultat correct.Cependant, lequel d'entre nous n'a pas ressenti, au moins une fois dans son parcours scientifique, un certain trouble concernant les fondements de la théorie quantique, l'impression qu'une formulation convaincante et satisfaisante de cette théorie restait encore à élaborer.Un grand nombre d'ouvrages d'enseignement de la mécanique quantique sont désormais disponibles, qui présentent en détail le formalisme quantique traditionnel et la manière dont il permet de rendre compte des propriétés des atomes et molécules, des corps solides et liquides, des interactions matière-rayonnement, et plus généralement du monde physique qui nous entoure.D'autres livres retracent l'histoire de l'élaboration de cette discipline, et décrivent les diverses étapes qui ont conduit à sa formulation moderne.Rares sont cependant ceux qui présentent, d'une part une revue des difficultés conceptuelles de la théorie, et d'autre part un panorama complet de toutes les tentatives de reformulation de la mécanique quantique ayant pour but de résoudre, au moins partiellement, ces difficultés.L'ouvrage présent de Franck Laloë répond à ces deux objectifs.Il introduit et discute en détail un certain nombre de résultats et de notions, comme le théorème d'Einstein-Podolsky-Rosen, le théorème de Bell, l'intrication quantique, qui illustrent clairement le caractère étrange du comportement quantique.Au cours des dernières décennies, des progrès expérimentaux importants ont été réalisés.Par exemple, il est devenu possible de suivre l'évolution en temps réel d'un atome unique.De nombreuses expériences, considérées comme des "expériences de pensée" par les pères fondateurs de
Distinguer pour unir.MaritainIntroductionA partir du début du 20ème siècle, la théorie atomique de la chimie et de la physique statistique a fini par l’emporter sur les réticences des physiciens énergétistes qui lui étaient hostiles, et ce, grâce aux découvertes des particules élémentaires (électrons et protons). Or cette adhésion au discontinu portait en germe une suite de crises graves qui vont mettre en cause le mécanisme cartésien sur lequel reposait la grande synthèse physique réunissan...
Lorsque les physiciens commencèrent à explorer de manière plus précise le monde de l’atome pour essayer de comprendre sa structure et les lois qui régissent son comportement, ils se heurtèrent vite à de graves difficultés. Nos concepts intuitifs, basés sur notre expérience quotidienne du monde macroscopique qui nous entoure, se révélèrent totalement erronés à l’échelle atomique ; l’atome était incompréhensible dans le cadre de la physique classique. Pour percer ces nouveaux mystères, il fallut donc, après de longs tâtonnements, élaborer des concepts entièrement nouveaux, les concepts de la mécanique quantique. Quelles sont les principales étapes qui nous ont conduits à cette vision moderne de l’atome ? Où en est actuellement la physique atomique ? Quelle est sa contribution au développement de nos connaissances et vers quoi s’oriente-t-elle ?
Clef de voûte de la physique actuelle, la mécanique quantique reste un instrument dont la maîtrise est nécessaire à l'étudiant. En effet, aucun domaine de la physique, depuis l'étude de l'état solide jusqu'à celle des particules élémentaires, ne peut être abordé sans une très bonne connaissance de cette discipline. Parmi plusieurs livres existant sur le sujet, en France comme à l'étranger, celui du professeur Messiah est le seul traité, simple et complet, qui soit à la fois un livre d'enseignement à l'usage des étudiants et un document de travail et de référence pour les chercheurs. Issu d'un cours professé au Centre d'études nucléaires de Saclay, il est présenté en deux tomes et constitue une somme théorique toujours d'actualité. À partir de notions mathématiques et de connaissances physiques élémentaires, le lecteur est progressivement initié aux principes et au formalisme de la théorie, puis aux méthodes et aux applications qui en découlent. Ainsi, la mécanique quantique est exposée sous sa forme moderne, à la fois concise et élégante.
Avant-proposLa mécanique quantique est une théorie étonnante dans tous les sens du terme.C'est un lieu commun que de faire remarquer qu'elle est peu intuitive, souvent contraire à toute représentation des phénomènes physiques issue de notre expérience journalière.Mais elle est également étonnante par le contraste qu'elle présente entre ses triomphes et ses difficultés.D'une part, de toutes les théories scientifiques, la mécanique quantique est probablement l'une des plus couronnées de succès.Inventée initialement dans le cadre de la physique atomique, elle a rapidement débordé dans de très nombreux domaines, permettant de concevoir et de réaliser maintes expériences en optique, en physique du solide, des liquides, en astrophysique, etc. Plus qu'une simple théorie, elle est ainsi devenue une méthode générale, un cadre qui a permis de développer la théorie des fluides et des solides, celle des champs, celle des particules élémentaires et l'unification des interactions en physique.Elle a ainsi très largement dépassé les objectifs initiaux de ses inventeurs sans qu'il soit nécessaire, ce qui est vraiment remarquable, de modifier les principes généraux de la théorie qu'ils avaient élaborée.Ses applications sont multiples, peuplant notre environnement au XXI e siècle de multiples dispositifs qui auraient été inimaginables il y a 50 ans.D'autre part, cependant, cette théorie reste relativement fragile du fait des difficultés conceptuelles et d'interprétation qu'elle présente, sans d'ailleurs que cela affecte son efficacité.Ce n'est pas que les physiciens aient voulu ignorer ou occulter ces difficultés, bien au contraire !En témoigne le nombre important d'interprétations de la théorie qui ont été proposées au cours des décennies, mettant en jeu des méthodes d'approche et des techniques mathématiques souvent très diverses.C'est une situation rare dans l'histoire des sciences : un consensus général se dégage concernant une approche des phénomènes et des méthodes de calcul, dont la puissance prédictive est extraordinaire ; et cependant, presque un siècle après l'introduction de ces méthodes, le même consensus est loin d'être obtenu en ce qui concerne l'interprétation de la théorie, sa base en quelque sorte.On retrouve l'image du colosse d'airain aux pieds d'argile.L'essentiel des difficultés fondamentales de la mécanique quantique tient au vecteur d'état |Ψ qu'elle utilise pour décrire les systèmes physiques.Alors
Ouvrage publié grâce au mécénat du Centre National de la Recherche Scientifique, de Paris-Sciences-et-Lettres et du Collège de France. Cet ouvrage, issu de nombreuses années d’enseignements universitaires à divers niveaux, a été conçu afin de faciliter le premier contact avec la physique quantique et d’aider ensuite le lecteur à progresser continûment dans la compréhension de cette physique. Les deux premiers tomes, publiés il y a plus de 40 ans, sont devenus des classiques dans le monde entier, traduits dans de multiples langues. Ils se placent toutefois à un niveau intermédiaire et ont été complétés par un troisième tome d’un niveau plus avancé. L’ensemble est systématiquement fondé sur une approche progressive des problèmes, où aucune difficulté n’est passée sous silence et où chaque aspect du problème est discuté (en partant souvent d’un rappel classique). Cette volonté d’aller au fond des choses se concrétise dans la structure même de l’ouvrage, faite de deux textes distincts mais imbriqués : les « chapitres » et les « compléments ». Les chapitres présentent les idées générales et les notions de base. Chacun d’entre eux est suivi de plusieurs compléments, en nombre variable, qui illustrent les méthodes et concepts qui viennent d’être introduits ; les compléments sont des éléments indépendants, dont le but est de proposer un large éventail d’applications et prolongements intéressants. Pour faciliter l’orientation du lecteur et lui permettre d’organiser ses lectures successives, un guide de lecture des compléments est proposé à la fin de chaque chapitre. Le tome I fournit une introduction générale, suivie d’un chapitre détaillé qui décrit les outils mathématiques de base de la mécanique quantique. L’expérience d’enseignement des auteurs a montré que cette présentation est à terme la plus efficace. Les postulats sont ensuite clairement énoncés à partir du troisième chapitre avec de nombreuses applications en compléments. Ensuite sont décrites quelques grandes applications de la mécanique quantique, par exemple le spin et les systèmes à deux niveaux, ou encore l’oscillateur harmonique qui donne lieu à de très nombreuses applications (vibration des molécules, phonons, etc.) dont bon nombre font l’objet d’un complément spécifique.