Description du cours

Texte introductif du cours :

Au début, c'était la physique classique avec son déterminisme absolu composée de la thermodynamique qui traite des relations entre les phénomènes mécaniques et calorifiques, de l'optique qui étudie les phénomènes lumineux et de l'électrodynamique qui se charge d'étudier les phénomènes électriques et magnétiques. La mécanique classique est née en 1687 de l'ossature des questions traitées par les penseurs de la Renaissance comme Léonard de Vinci, Galilée, Simon Stevin, Blaise Pascal etc. NEWTON rassembla leurs divers résultats pour concevoir la théorie de la gravitation qui avait pour fondement les trois concepts fondamentaux de la mécanique classique appelés lois de NEWTON.

D'après la mécanique classique, il ne pouvait plus y avoir dans le monde d'événement fortuit. Tout s'y trouvait désormais prédéterminé sans le moindre arbitraire.

Cependant, la constante c de la vitesse de la lumière, le rayonnement calorifique des corps chauffés, la radioactivité, l'effet photoélectrique, l'effet Compton, etc., sont aussitôt devenus des pierres d'achoppement, des abîmes qui allaient rapidement entrainer forcement la naissance d'une nouvelle théorie : la mécanique quantique qui donne une explication absolument nouvelle de ces phénomènes et révèlera un nouveau monde dont le hasard se trouve permis de plein droit dans la science.

La mécanique quantique repose sur trois piliers :

l'hypothèse des quanta de PLANCK ;la théorie de la relativité d'EINSTEIN,l'hypothèse de Louis DE BROGLIE.

Le développement de la mécanique quantique connut ainsi plusieurs étapes :

v  découverte des quanta de PLANCK et d'EINSTEIN entre 1900 et 1905 ;

v  naissance du modèle de BOHR entre 1912 et 1914 et de sa confirmation expérimentale par FRANCK et HERTZ ;

v  l'hypothèse ondulatoire des particules matérielles de DE BROGLIE en 1923 ;

v  la naissance du formalisme actuel de la mécanique quantique entre 1925 et 1927

grâce à la conjonction de l'ingéniosité des physiciens et mathématiciens comme SCHRÖDINGER, HEISENBERG, BORN, BOHR, DIRAC, PAULI, HILBERT, VON  NEUMANN etc.

Au début, il faut reconnaître que le but de la nouvelle théorie était d'expliquer phénoménologiquement le rayonnement. Elle ne se limitera pas à cette tache car la physique classique n'étant plus en mesure d'expliquer certains faits expérimentaux, prenait eau de toute part. Elle étendit son champ d'application à la chimie et à l'astrophysique. Ainsi, la matière, les atomes, la structure nucléaire, les électrons dans les solides, les molécules et même le cosmos sont expliqués en détail par la physique quantique.

Si aujourd'hui, la chaleur et le rayonnement, le corps noir, les cartes de visite des atomes, l'émission de la lumière par les atomes, la différence entre ondes ordinaires et ondes de matière, l'union entre onde et quanta du fait de la dualité onde-corpuscule sont des concepts bien expliqués c'est grâce à la mécanique quantique.

Les atomes, les molécules, la différence entre solide, les cristaux, les métaux, conducteurs et semi-conducteurs ne furent pas aussi laissés en rade par la nouvelle théorie qui se donna comme finalité : tout expliquer.

La visite du tréfonds de l'atome expliqua la composition du noyau et de la radioactivité naturelle et artificielle.

Ainsi le 20e siècle rima avec des termes comme énergie atomique, isotope, radioactivité, semi-conducteur, électronique, informatique, technologie de l'information et de la communication, satellites, etc.

Considérée au début comme une aventure, la physique quantique est aujourd'hui à l'avant garde de tous les progrès technologiques. Le monde a connu un rythme de développement scientifique et technologique démesuré parce que, grâce à la physique quantique, l'électronique et l'informatique ont vu le jour et leur  perfectionnement ne cessait d'être assuré par la communauté scientifique. Plus personne ne circule avec de l'argent liquide ou avec des chéquiers : en Europe, aux USA et dans tous les pays développés, la carte bancaire électronique assure toutes les transactions monétaires.

Les moyens de transport tels que l'avion, le bateau, la voiture  sont devenus électroniques et tout est informatisé ; faisant d'eux des outils sûrs et confortables où tout est calculé et chronométré à la seconde près. Ainsi le capitaine d'avion connaît avec exactitude le temps de vol Dakar - Paris, le passager dans l'appareil suit par vidéo son parcours dans les airs avec toutes les informations nécessaires.

La maitrise de l'espace s'est accélérée avec la découverte de la mécanique quantique qui a fourni des explications pointues et claires de l'évolution et de la formation des étoiles et de la composition du Cosmos.