Physique Quantique

(sommaire)

Introduction à la physique quantique

La physique quantique décrit le monde physique, disons pour faire simple de la matière et la lumière, au niveau notamment atomique et infra, au delà et en complément des descriptions de la physique classique et de la physique relativiste (qui demeurent valables mais atteignent des limites au niveau infra atomique, tout en restant plus faciles à manipuler au niveau macroscopique, et notamment pour les notions de forces et énergies qui nous sont familères).

Aussi surprenante et abscons qu'elle soit pour le commun des mortels, la physique quantique intervient dans quasi tout, par ex qu'une main ne traverse pas la table (en physique classique, ces 2 structures devraient se traverser), les couleurs, que certains sont magnétique ou pas (isolants - avant, on constatait et c'est tout).. Elle a permis, via ses physiciens, déjà moulte inventions, comme le transistor (1940) de nos smartphone, les LEDs (nobel pour une LED bleue), le laser, et est vue comme l'avenir des nouveaux ordinateur ultrapuissants, dit quantiques dont les premiers fonctionnent déjà. Vidéo Julien Bobroff(45min ++comm intro non scientif)

Enfin,la physique quantique permet aussi de nouveaux horizons au niveau de la description du cosmos.

La physique relativiste générale avait déjà fait un grand bon conceptuel, passant d'une description à base de forces universelles classiques, par ex la gravité, l'électricité, le magnétisme, la lumière,..., qui s'appliquaient à des objets (matière), à une description a base d'un champ de potentiel pour chaque force dan l'espace-temps, telle la représentation de la gravité comme l'attraction d'un boule circulant sur une toile avec des reliefs en creux (la matière dense/force qui attire) [et éventuellement en bosses (ex la matière chargée/force électrique qui repousse)]. Elle a aussi su unifier les forces électrique et magnétique. On en était là, à 4 forces universelles de base (électromagnétisme; nucléaire faible; nucléaire fort; gravité) qui expliquaient très bien tant la matière que les radiations. Logiquement (à tord?!), les champs, les actions de ces forces, et les positions dans l'espace étaient continues, cad pouvaient accepter toutes les valeurs, mais obéissaient aus contraintes des interactions multiples entre matières-forces dans un système (local et de proche en proche l'univers). Une notion centrale est celle d'énergie, grandeur initialement arbitraire pour décrire les grandeurs plus sensibles (le poids, la lumière,...), de plus en plus vaporeuse tant on mesure qu'elle fait le lien entre toutes les forces et entités de matiére (et d'antimatière,...)

La physique classique qui excelle aux dimensions perceptibles, et la mécanique relativiste qui excelle dans l'infiniment grands, gardent leur limitations à décrire l'infiniment petit. L'infiniment petit commence à etre bien décrit, mais c'est là qu'il faut entrer dans le plus vaporeux et fugace monde quantique.. déjà insuffisant dans la la quête perpétuelle d'une explication du tout...

La physique quantique a été introduite en 19xx pour décrire autrement la structure électronique des atomes, remplaçant les orbites des électrons par des zones de présence probabiliste séparées par des zones 'interdites aux électrons. Le terme de niveau électronique s'applique encore, mais la position de l'électron n'est plus sur une surface, et ne peut plus etre totalement défini (incertitude de Goebel). Il ne s'agit pas seulement de décrire autrement ou plus précisément un phénomène (la révolution des électrons) : le plus caractéristique est de considérer désormais que la position et l'énergie des électrons sont discrètes, cad qu'elles prennent des valeurs définies particulières, tandis que les autres valeurs sont 'interdites' ou du moins pas stables. En physique classique et relativiste, on n'expliquait ces zones interdites, et on pouvait en théorie faire graviter l'électron dans ces zones interdites.

La physique quantique a été appliquée donc à la force électro-magnétique, puis à la force nucléaire faible, force nucléaire forte, mais elle échoue (pour l'instant?) à l'appliquer à la force ('dinteraction) gravitationnelle). D'autres modèles physiques (à cordes? de la gravité à boucles?) sont à la quête perpétuelle d'une explication, le Graal d'une loi du Tout.

Un concept de base de la physique quantique, que l'on retrouve avec le mot quantique, affirme que l'énergie et bien d'autres grandeurs physiques (la masse, ...) se manifeste en quantités 'discrètes' dans l'espace et le temps, 2, cad en 'paquets d'énergie' plus ou moins ponctuels dans la continuité spatialle et temporelle (du moins percue). Ajoutons que ces quantités de base possibles ont des valeurs déterminées par des constantes universelles.

C'est en changeant de niveau d'echelle, du microscopique au macroscopique, que des grandeurs à valeurs discontinues (discrètes) deviennent des grandeurs ayant des valeurs (d’apparence?) continues. Ainsi l’énergie quantifiée au niveau atomique devient continue au niveau de la macromatière, voire sous forme d'énergie délocalisée et (?dis)continue (champs de forces). Les forces macroscopiques qui agissent sur la matière de facon continue à macroechelle, s'avèrent avoir des effets discontinus/duals/probabilistes à microéchelle (les particules). On passe de règles de base microscopiques (4 forces universelles, et des constantes: ex nb de Planck,...) à des règles macroscopiques (les lois, forces,...) par une intégration mathématique. La transformation inverse (par derivatisation) perd de l'information, tel que reconstituer l'image nette du telescope biaisé Hubble, ou reconstituer la forme et volume et densité d'un objet tombe dans l'eau d'après les vaques qu'il a créées. Ainsi ne peut-on pas tout expliquer au niveau microscopique depuis le niveau macroscopique.

Un exemple parlant est celui de la lumière, car la physique quantique précise et dépasse largement le cadre explicatif classique, sous les 2 formes admises, la forme matérielle ( la particule photon.) et la forme immatérielle (la radiation electro-magnétique), au niveaux énergie, force, vitesse/durée,...

Rem: la physique nucléaire classique décrivait déjà des discontinuités (la matière, que ce soit l'atome ou une table, ne s'étend pas de facon continue, on peu les décomposer en élements plus petits. On croyait meme que l'atome, comme son etymologie l'indique, était la plus petite unité de matériels de base, on les a classés en nombre limités, à des places déterminées dans un tableau selon certaines propriétés physicochimiques, qui se sont averées s'appuyer sur des caractéristiques d ses sous éléments(electrons, neutrons, protons); car par ex les électrons qui occupent avec un nombre maximum des couches (orbitales) autour du noyau particpent aux réactions chimiques et même electromagnétiques, ou les protons et neutrons qui interagissent avc des rayon X... Ces discontinuités classiques, qui sont la raison de l'existence évidentes à no yeux d'entitiés distinctes, ce qui a structuré notre mental, notre langage,... ne sont pas homologues à celles décrites par la physique quantique -sans y etre etrangères!-: il s'agit désormais de quantifier de l'énergie à des positions moyennes (de l'entité, ex electron, photon) (et non séparer, morceller) de l'énergie qui vibre, et non se contenter d'affecter une quantité d'energie à un entité (electron) ou à une radiation (lumière). Cela permet de décrire d'un facon plus similaire la matière et les radiations (ou les forces), et donc leurs interactions. Le photon pourra interagir d'autant mieux avec un particule que le diamètre de la particule sera proche de la longueur d'onde (largeur de vibration) du photon. Cela rend possible de rendre justement discontinu a microechelle ce qui nous parrait continu à grand echelle:

Au dela de cette notion de quantification, on peut distinguer d'autres principes et phénomènes surprenants de la physique quantique (§-Merveilles). Les notes ci après abordent ces principes/notions et points ou paradoxes remarquables, principalement via des expériences de pensée' qui nous les rendent plus abordables car "sensibles" qu'une approche scientifique (meme de vulgarisation). Ces expériences de pensée posent en termes organiques, physiques, et meme 'musculaire', des questionnements souvent simples, naifs, sur des contradictions apparentes, et disons le dignes des enfants. Elles émanent largement des scientifiques, dont un maître en la matière est Einstein -père de la quantique- mais aussi Schroedinger ou Maxwell, ce qui montre au passage que l'intuition et le ressenti physique sont nécessaires et en fait le plus souvent précèdent la description et les démonstrations scientifiques.

Principes et merveilles de la physique quantique

L'article 'les-7-merveilles-de-la-mecanique-quantique'^{/sciencetonnante(2013)} constitue une bonne introduction aux principes de la mécanique quantique. J'en reprends les principes ou phénomènes surprenants soulevés par la physique quantique, complétés par d'autres phénomènes et notions qui destabilisent notre logique ("macroscopique").

*A*La superposition d'états: une particule existe en plusieurs endroit à la fois.

A1: Une illustration simpliste de la superposition d'états consiste à imaginer un objet physique (une particule > un ballon) en superposant l'image de cet objet sous un état (électron à spin+ > ballon blanc&noir=présent) à l'image de cet objet sous un autre état (electron à spin - > ballon rouge, ou triangulaire, ou absent!). Un tel état quantique superposant 2 états s'applique à la présence/absence locale d'une particule (non déterminable précisément à un instant t), mais aussi à des propriétés des particules et de champs (ex le spin d'un électron, ou sa vitesse). Les objets macroscopiques en réalité ne peuvent pas superposer des états, il leur fait une transformation, qui requiert de temps. Mais au niveau microscopique une particule le peu, étant en fait présence simultanément à plusieurs endroit (ou sa propriété ayant plusieurs valeursà.

A2: Une illustration populaire de la superposition d'état au niveau macroscopique est connue sous le nom de paradoxe du chat de Schroeninger.

|Chat> = | Mort > + | Vivant >: un boite permet de transcrire l'état d'une particule quantique sur un 'chat', qui sera alors à la fois là (vivant) et pas là (mort). Un mécanisme dans la boite commande la mort du chat (libération de radioactivité) selon l'état d'une particule. Macroscopiquement c'est bien un paradoxe, mais au niveau microscopique c'est une réalité désormais reconnue des scientifiques. Les plus gros "chatons quantiques" qu'on ait pu créer font 16 atomes.

*B*L'indéterminisme de la mesure: on ne peut mesurer précisément à la fois la position et la vitesse d'une particule. Ou plus simplement: ne peut pas mesurer la position précise d'une particule en état superposé. Le plus bizarre est qu'on ne trouvera pas la moyenne des 2 états à chaque mesure, mais soit l'un (xy1 et v1), soit l'autre (x2y2 et v2), et il reste une indétermination sur la mesure fondamentale (irréductible) proportionnelle à l'état de superposition ! Jalons: Louis De Broglie, principe d'incertitude de Goebel.

Example: un électron (quantique), qui va à la fois à 1000km/h et 2000 km/h (|1000 km/h > + |2000 km/h >), sera mesuré parfois à |1000 km/h >, parfois à |2000 km/h. Pire, on ne trouvera pas forcément le même résultat que la fois d’avant si on refait plusieurs fois l’expérience exactement de la même manière; ce pourra et 50%/50% a 1000/2000, mais ce peut aussi etre 25% des fois à 1000 et 75% des fois à 2000 (l'état superposé st noté alors (1/4) 1000 >+(3/4) 2000) !

On croit qu'on mesure une grandeur/un état, mais en fait on mesure une grandeur sur un état changeant (vibrant) entre 2 (ou n) valeurs (un "quantum"), donc la mesure (instantanée) tombe à un moment ou un autre de la vibration et "s’arrête" apparemment aléatoirement sur un des états quantiques 'autorisées (si la mesure s'arretait sur un état intermédiaire, qui est hautement improbable énergétiquement, celui ci sera obligé pour être figé par la mesure de retomber sur un des états plus stables, ce qui peut requérir un minimum d'espace-temps! ce qui ouvre la voix à devoir considérer une quantification de l'espace et du temps). En mesurant, on influe par la mesure elle-même l'état de la particule mesurée qui est "obligée" de se localiser dans l'état le plus stable-proche: on ne mesure pas l'état réel, mais l'état le plus proche/stable rendu possible par la mesure de facon suffisamment localisée dans l'espace et le temps pour la "voir". Réalisées plusieurs fois, les mesures convergent en moyenne vers une proportion des états superposés, correspondant aux conditions de préparation du quantum. On s’aperçoit par ailleurs qu'il n'est pas possible de mesurer sans affecter ce qu'on mesure: la mesure apporte une énergie (en général une radiation) qui interagit, et c'est le résultat de l'interaction (un autre quantum, plus accessible à nos instruments), que l'on détecte. Au passage, on aura pertubé la particule ou quantum mesuré, de facon parfois infinitésimale (un proton massif), et parfois fatale ('disparition' d'un photon)

*C*Dualité onde corpuscule &"quantum": une onde peut être considérée comme une particule, et inversement. Mieux, les 2 sont intrinsèquement liées. Pire, une particule est un paquet d'ondes.

Au pole onde, c'est l'ex de la lumière qu'on peut voir comme une radiation (onde electromagnétique) mais qu'il est aussi utile de décrire comme un flot de 'photons' (particules assez chimériques pour l'esprit humain dans la mesure ou la taille/masse/charge théorique du photon est nulle sauf quand on essaye de le mesurer, il pèse (entre 0 et) < 10⁻⁵⁴ kg, charge < 1 × 10⁻³⁵ e², et paradoxalement on le considère stable quoique plus guère localisable/taille!).

Au pole particule, c'est par ex l'électron qu'on voit en général d'abord comme une particule (9,109 × 10⁻³¹ kg, charge -1, diamètre <10⁻²² m(ou <2,8179 × 10⁻¹⁵ m en physique classique); durée vie >2,1 × 10³⁶ s), mais dans certaines situations ilse comporte bien comme une onde (notamment dans la fameuse expérience des fentes de Young).

A l'extrême, les objects macroscopiques ne peuvent quasi plus être considérés comme des ondes, sauf par la pensée (le "chat de Schroedinger"; le plus gros 'chaton quantique' attestable est de 16 atomes).

(Ex 3D avec matière et antimatière, pour 2 fermions dans 1 dimension: probabilité negative)

*D*L'intégrale du chemin: l'onde-particule cherche à passer par tous les chemins et intègre l'information de l'envirronnement, passant par les seuls chemins possibles avec une proportion/probabilité inverse des interactions que chaque chemin cause.

Puisque qu'une particule quantique est aussi une onde, elle se propage par tous les parcours possibles, avec une probabilité décroissante selon la difficulté duinchemn. Pour le comprendre, le mieux est de se figurer la propagation d'une vague (onde) dans une double fente (cf Young): l'onde-particule va traverser de A à B préférentiellement par la fente1 qui lui est la plus proche/en face (chemin A-f1+f1-B), et simulanément en moindre proportion par la fente2 qui est décallée (chemin A-f2+f2-B (ca occasionnera un chemin plus long pour la partie qui sera difffractée vers B, induisant un dephasage qui créera une interaction avec l'onde A-f1-B, plus directe, cad une interférence: les 2 ondes s'anihilent ou se cummulent; et ca occasionnera aussi une dispersion de particules de l'autre coté de l'écran/fentes).

Le plus étrange est que si la fente2 est fermée (mais idem à l'inverse avec la fente1), elle ne se propagera pas tout à fait pareil ! Comme si l'onde-particule "sentait" que la fente2 était fermée, n'y irait pas par ce chemin2; ou de facon sans doute plus juste, comme si elle allait à la fente2 mais ne pouvant pas y passer, rebondit en fente2bouchée dans toutes les direction du coté d'origine, pour finalement atterrir et passer par la fente 1, ou mieux encore comme si ce rebond rehaussati le niveau (d'eau - la pression) du champ environnant le trajet via la fente1 ou s'écouleront mieux les particules (pas plus vite, ca c'est lié à la célérité constitutive de l'onde-particule, mais à la densité (nb de particules/unité d'espace et temps). [vidéo à faire/illustrer des 3 interprétations]

En parlant de chemin possible pour une onde-particule, le physique quantique nous réserve une nouvelle surprise: certains chemins impossibles au sens classique (pour une particule) le deviennent (à titre d'onde)! : l'effet tunnel:

*E*L'effet tunnel/refraction: une particule (quantique, cad un quantum, paquet d'énergie qui est aussi une onde) peut parfois/en partie traverser un obstacle!

L'onde d'une particule (sa probabilité de présence) va en partie rebondir (=se réflechir comme sur un mirroir) et en partie traverser un obstacle (ou barrière énergétique) (=se réfracter via l'interface) . L'onde-particule réfléchie a perdu un peu de son énergie, et l'onde-particule qui a traversé emporte l'énergie manquante avec une faible probabilité de présence (=peu de particules ont traversé). Ajoutons que la particule qui a traversé peut avoir modifié ses caractéristiques (sa longuer d'onde, à l'instar des vagues qui changent de longueur selon la profondeur, ou la lumière qui change couleur (et de vitesse!) selon la densité/transparence du nouveau milieu)

*F*L'effet EPR 'faussement 'paradoxe EPR')

(a voir/d'apres une phrase wiki) l'effet EPR montre qu'en mécanique quantique, s'il est toujours interdit de transférer de l'information ou de l'énergie vers le passé (ou à une vitesse supérieure à c, rappelons que c'est équivalent), certaines séquences d'événements ne s'expliquent pas comme des causes et des effets au sens intuitif du terme sans contredire le principe d'antériorité de la cause sur l'effet.

Cet effet est avéré, il opère dans des microscopes dits « à effet tunnel », qui permettent de voir et manipuler les atomes. L’effet tunnel permet également d’expliquer le principe de la radioactivité.

[SE-46min] Introduction historique ayant méné aux inégalités de Bell(1964) et leur application par Alain Aspect pour montrer que des photons intriqués sont bien localement quantiques, cad selon l'interpréation de Bohr/Copenhague (superposition d'états) et non selon Einstein (approche réaliste: état quantique des photons en fait prédéterminé, par des variables cachées. "Dieu ne joue pas aux dés" ou plutot "il en peut pas y avoir d'état déterminé localement qui resulte d'une interaction plus rapide que la lumière (avec l'autre photon intriqué")). A.Aspect utilise une source de photons intriqués de meilleure qualité et polarisés (Ca40/un photon vert puis un photon violet de meme polarité) sur 2 filtres polarisants à 0ou45°C et à 17 ou 22.5° (à 0° les photons passent, et pas à 45°, tandis qu'à 17° et 22° la méca quantique prévoit l'effet de détermination quantique avec un effet maximum). Il obtient expérimentalement les fréquences prévues par la méca quantique, avec une significance enorme (13sigma cas déviations standard, ce qui sera encore amélioré à 40-50sigma). Selon les inégalités de Bell, cela signifie qu'il n'y a pas de variable cachée locale, ou que la méca classique est prise en défaut. Aspect écarte aussi "l'échappatoire de la localité", en dédoublant les faisceaux sur 2 détecteurs après que les photons intriqués soient nés. D'autres échappatoires moins préoccupantes seront levées (e.des detecteurs), et la démonstration de l'effet quantique au niveau local sera montré en 1975 en levant toutes les échappatoires (detecteurs à 1.3km!).

Il y a un autre interprétation de la méca quantique, dite de la théorie de l'onde pilote (de & Bohl).

/F*Les vitesses ne s'additionnent plus: c+c=c ! : la lumière émise par un objet qui avance à une vitesse (proche) de la lumière (la célérité c) conserve sa vitesse c par rapport au référentiel ! = la vitesse est relative.

Ceci est parfaitement modélisé par l'équation xxx . Il est évident que si on adment que la vitesse maximale possible est celle de la lumière, c=299 792,458 km/s, par définition on ne peut la dépasser. Masi cela heurte l'entendement. Et là la science nous aide à comprendre pourquoi comment notre intuition que c+c=2c devient faux par effet relativiste. Mathématique avec l'équation (si on l'admet/postulat). Plus conceptuellement avec la physique relativiste. Et plus pragmatiquement quand on voit des expériences ou la lumière se déplace plus lentement (124 000 dans le diamant), et à notre échelle/reférentiel à des vitesses plus percevables humainement (record: ? 57m/s dans le rubis dopé par laser). Il est possilble de 'ralentir' la lumière (c'est une apparence) par l'indice de refraction, .. de facon générale par les Interaction de la lumière avec la matière, la température,... (/wiki: ). Cela déjoue aussi les Cas de dépassements apparents.

+: cf §-Temps infra

*G*L'antimatière

Ex pour l'électron: voir la page /wiki, shéma et texte qui suggère que l'antimatière correspond à une probabilité négative de la présence de la particule (ou onde negative our irréelle (mathéamtiquement), non visible dans la réalité (onde plate = 0) telle une couvercle que écraserait l'onde à plat vibrant pourtant dans une autre dimension (non visible) et justement pouvant faire apparraitre par interactions de la cahrge ou masse ou moment magn... dans notre dimension (energie du vide = énergie d'un autre univers).

*H*Les symétries

Une symétrie (en math) traduit une correspondance entre 2 objets dans l'espace OU le temps: cad entre 2 emplacements de l'univers au meme moment, ou entre 2 instants dans l'espace. En physique la symétrie, pour rester cohérente cad respecter le lien entre l'espace et le temps (et l'énergie), doit etre 'durable' et continue dans l'espace-temps (et est finallement 'intrinsèque' à la structure de l'univers considéré constant globalement). Une symétrie 'fondamentale' ne correspond pas à une symétrie entre 2 objets ou phénomènes qui apparaitrait ponctuellement (une coincidence) alors qu'ils évoluent de facon non inertielle dans le système/univers (deséquilibre causé par une/des interactions).

Une symétrie fondamentale relie, au delà des objets eux mêmes, des phénomènes qui evoluent en parallèle, ou de facon opposée, et traduit un invariant:

Symétrie de translation (symbole: 2 fleches droites croisées) correspond à la conservation de la qté de mouvement (symb: particule/clé qui avance droit)

Symétrie de rotation (symbole 2 fleches courbes sur un cercle) correspond à la conservation du moment cintétique (inertie axiale/?de spin: symb.clé qui tourne)

Symétrie temporelle (symbole: chrono) correspond à la conservation de l'énergie (symb. particule double/singlet superposé)

Symétrie de charge(phase) (symbole: anneau-spectre) correspond à la conservation de la charge électrique (symb. double de charge/singlet nul: e+/e- <-> 0)

rem: la masse n'apparait pas, car c'est en fait un Dans l'univers on constate qu'il n'y a pas tjrs de symètries entre des zones (systèmes), et certaines grandeur ne sont(semble) ainsi pas conservées (ce qu'on traduit par une évolution temporlele/irreversible/entropique). Pour articuler la description entre ces systèmes, il faut introduire un champs de grandeur(s) qui varient dans l'espace-temps, ce qui traduit l'interaction entre la réalité et le point de vue (metaphore excellente de l'altitude d'un avion constante par rapport à la mer ou variable par rapport à la surface de la Terre), et que la méca quantique traduit en terme de courbure de l'espace-temps.

+/ScienceClik-15min (+0+)

Reflexion: les symétries comme invariants et structures fluides entre les 3 grandeurs espace/temps/energie [EB]

Dans l'espace constant (->temps variable; à énergie constante) il y a pplmt la symétrie de translation (%aucun point: l'ensemble des points equidistants = et -devient> espace), de rotation (% 1 point-centre; les equidistants = et -> sphère; % 1 droite: les equidistants = et -> cylindre; %1 plan: les equidistants = et -> plan; on peut imaginer d'autres symètries dans des espaces >3D). Ces symétries nous sont familières/manifestes comme 'évolution.

Dans le temps constant (->espace variable; à énergie constante), une symétrie permet de décrire (et prédire) que 2 phénomènes évoluent instantanément de façon liée ('lien/loi/dualité': dans l'espace en parallèle, de façon opposée, ou transfo matricielle; jusqu'à?aussi l'apparition de novo d'une particule intriquée). Ces symétries nous sont familières car manifestes bien que non visualisables sous la forme de phénomènes liés exclusifs (et faussement visualisées sous le forme d'états superposés d'un mouvement').

Enfin au niveau de l'énergie (masse, charge,...) la symétrie s'exprime comme loi de conservation d'une/des énérgies (dans un système) préalable aux lois de symétrie d'espace-temps précédemment décrites. C'est en cas de défaut de symétrie d'énergie (l'en. d'une particule varie) qu'apparaisent des modifications de l'->espace-temps plus surprenantes pour nous ('relativité étendue - quantique'): une perte (ou gain) d'énergie interne d'une particule (en.nucléaire, de masse ou de charge,.... considérée hors l'énergie potentielle de champs de l'espace-temps) modifie de fait l'espace-temps, qui se retrouve plus courbé (ou applani), ce qui donne l'impression que TOUTES les particules du champs concerné (considéré constant - et au final de l'univers) perdent (ou gagnent) de l'energie relative entre eux. Rem: la perte extrème d'energie d'un particle au profit de l'espace-temps pourrait contribuer à la création d'effondrement µlocaux (antiparticules) ou larges (des trous noirs). Il est probable qu'une particule ne puisse par disparaitre totalement (à moins d'admettre que la modification de l'espace-temps induite elle meme recrée intantanément une particle de novo ailleurs: transmutation en symétrie de temps constant: particule delocalisée dans l'espace; transmutation en symétrie d'espace constant: particule délocalisée dans le temps cad en virbration de fond/omniprésente).

APPROFONDISSONS

* Les états fondamentaux de base, et les états quantifiés

Un électron possède une énergie de -13.6eV, impossible de lui en enlever (dans l'univers présent), et impossible de lui en ajouter ... sauf à certaines valeurs (-3.4V,...). Cela vaut de toutes les autres particules, et meme les ondes: la physique quantique en arrive a se baser sur des constantes universelles qui conditionnent toutes les grandeurs physiques, leur imposant des limites inférieures avec des comportements quantiques (saltatoires) pour les microechelles (atomiqu et infra atomique). L'intégration de ces sauts quantiques au niveau multiparticulaire (disons la molécule) produits des états quantifiés. Ce n'est à des niveaux d'intégration plus elevés, jusqu'à à l'univers, que les comportements continus des grandeurs et des forces se manifestent, et sont plus aisément décrits par la physique classique puis relativiste.

Ne pas pouvoir descendre l'électron à un niveau inférieur de son état fondamental (< -13.6eV) évite qu'il disparraisse spontanément, en s'annihilant sur le proton par exemple. Qu'est ce qui explique cette énergie minimale, et garantiy cette stabilité? c'est la pression de son environnement, fut-ce le 'vide' qui est un champ d'energie (de charge, de masse,...) infranchissable pour lui (et le proton).

Pourquoi l'électron ne peut il porter que certains niveaux d'énergie (-13.4ev, -3.4eV,...)? car c'est dicté par les structures auquelles il peut participer!

1r explication simpliste: faisont l'analogie de toute onde (celle d'un photon) avec l'onde mécanique qui ébranle la corde d'une guitare: cette corde (le milieu de propagation = l'univers) est attachée aux deux extrémités, elle ne peut vibrer qu’à certaines fréquences. Les sons émis par une corde le sont donc à des fréquentes discontinues, et ne prennent pas des valeurs intermédiaires !

2m explication tout aussi simpliste (analogique, fausse!?), mais plus locale:

On peut imaginer, l'électron (et le proton) étant comme un creux dans une nappe plane (l'espace temps), qu'un contrepoid (d'antimatière: ?& postitron) exerce une pression sur la surface plate qui sépare les champs de matière/onde et le vide (notre non réalité). L'electron par sa charge(creux sur la nappe) repoussera des charges négatives(autres creux) car la barrière (plat qui les sépare) ne peut descendre. Regardez 2 siphons formés sur une surface d'eau, ils s'éviteront plutot que fusionner -comme s'ils avaient "besoin" pour nourrir leur tornade" d'un vide autour d'eux. Par contre ce même électron(creux) va attirer des charge positives(bosses), car le trop plein de charge sur la bosse peut lui s'écouler dans son creux via un plat (ou une ligne isoforme si bosse et creu sont en contact). Avec l'analogie du syphon (ou déprssion) jouxtant une vague tournante (aspérée par le haut - anticyclone), la bosse-vague-anticyclone va alimenter volontiers le creu-syphon-depression. La bosse va se vider, et le creux deviendra moins creux, mais arrive un nouvelle bizarrerie: il n'adoptera que certaines profondeurs discrètes (et la bosse des hauteures discrètes) S'il y a de l'energie en surplus de ces niveaux autorisés, le surplus d'energie sera évaqué en rayonnement. La méthaphore devient plus laborieuse pour illustrer ce qui conditionne ces niveaux d'energie seuls autorisés. Autant pourra t on dire que le plus creux est conditionné par la resistance de la nappe et son support (localement, et dans dans tout l'espace-temps), autant faut il imaginer une struture de la nappe (un tissage) qui permette certains allongements et pas d'autres. Cela ne vient pas de l'électron, qui est actuellement bien considéré sans sous-structure/composants, cad une particule élémentaire (ou par analogie, de la depression inférieure (creu) ou supérieure (bosse)). D'ou l'idée que c'est bien son environnement (la nappe) qui est structuré, et induit ces niveaux/paliers d'énergie. Une nappe pourrait etre tissée avec des fils repliés qui se déplient en tout ou rien, puis mobiliserai un 2m niveau de dépliement,... S'il faut imaginer une struture du vide (sic!) (vide = lacunes entre particules, électrons/protons/...), envisageaons la piste des particules vrtuelles apparraissant/disparaissant dans le vide.

*Les particules virtuelles

Ex pour l'électron: voir la page /wiki, shéma et texte qui expliquent que des particules virtuelles qui appararraissent/disparraissent en continu dans son environnement par paires elecron/positron, en empruntant au vide de l'energie tant qu'<constant dielectriqu e de Planck pour une durées w6.6.10-22sec. D'ailleurs, cela masque en partie la charge de l'électron pour les autres particules de l'envirionnement. Ceci existe aussi pour la masse, et autres grandeurs... On comprend alors qu'il y a un diamètre/masse/charge/momment/spin... thérorique, parfois ponctuels, qui est a distinguer de la meme grandur apparente (cad ou la particule produit un effet sur son environement, excluant les autres quanta sauf a interagir, constituant ainsi la barrière (espace) energétique pour des interactions.

*L'incertitude est le prix de la localisation. La complexité est garant de la certitude.

Il a été expliqué ci dessus que la localisation d'une particule (et ses états superposés) est limitée par celle de l'onde qui lui est associée. C'est un premier niveau d'incertitude. Mais l'incertitude d'Heisenberg englobe une dimension plus complexe, car elle s'applique à un mélange d'ondes ou de grandeurs d'un entité:

Avec une analogie de la vibration sonore, on montre que plus le son est court (comme un coup sec sur une batterie), plus il contient un nombre important de fréquences harmoniques (d'un fondamentale si le sont est pur, ou snon d plusieurs fondamentales). Et réciproquement plus le son est pur en fréquence, plus il doit être long dans le temps. Le son ne peut pas être à la fois localisé dans le temps (très court) et en fréquence (très pur), et au final on ne peut pas maintenir une fréquence pure peu de temps sauf à la complexifier d'autres fréquences, cad créer de l'incertitude. Il en est de meme du photon qu'on ne peut localiser sans le faire disparaitre.

Pourquoi? la raison reveindrait à vouloir faire vibrer un récipientà un fréquence pure une fraction de temps minimale sans laisser le temps qu'elle se propage à toutes les parois ce qui ne permettrait assurément pas d'affirmer avoir réalisé cette vibration dans tout l'espace-temps! ni meme dans une partie de cet espace de facon certaine, puisqu'on ne peut pas l'atteindre pour la mesurer sans l'influencer, et on peut supputer que la fréquence sera perturbée en rencontrant certains éléments. Pour etre sur que la vibration est pure (fréquence unique) et determinable, il faudrait qu'elle ait atteint toutes les limites de son espace de propagation (donc le système de mesure) et trouvé le moyen de rebondir pour s'équilibrer dans tout (son) espace-temps. Alors en resonnance avev l'univer, tout l'univers 'sait' sa fréquence.

Imaginons maintenant pourquoi créer un son (une onde) localement induit d'autant plus de fréquences que cette création est courte. Il est clair que mettre en ouvement (mécanique (son) ou electromagéntiquement (lumière)) une particule (air, photon) va créer à son voisinage des frottements, qui eux meme vont générer des ondes... certes moins énergétiques, cad de fréquences plus courtes.

On ne peut créer un evenement dans l'espace temps sans impliquer toutes les dimensions physique des éléments qu'il mobilise (diifférentes types d'onde), et l'évenement sera manifeste, sûr, s'il ebranle le milieu et qu'on le voit(mesure) sans (trop) l'affecter. Le fait qu'il comporte que chaque type d'onde ait de multiples fréquences, et qu'il y ait de multiples types d'ondes (qui pourront interfererer ou non), rend possible d'en mesurer certaines ondes/fréquences sans trop affecter l'évenement globalement (du moins sur sa durée de vie/mesure). La complexité des ondes émanant d'un objet est garant de la certitude qu'il existe, son empreinte spécifique. Ceci est résulte soit de sa brieveté/anisotropie, soit de sa taille/anisotropie, ... cad d'une fraction de l'espace temps. La certitude d'un objet ou phénomène resulte de cet objet et celui qui le mesure. Il n'y a pas de certitude plus absolue que celle que l'on se crée, ou alors il faut s'en remettre à la certitude globale de l'univers!

Similairement, on comprend qu'un objet complexe -de particules organisées- est moins probable d'exister, mais possiblement plus stable qu'un microbjet (particule) sujet aux fluctuations des champs ou il baigne. L

Différence entre mécanique classique>relativité générale>physique quantique et plus:

(notes et détails explicitant ce qui a été mis en intro supra, par sujets montrant les différences Phys Class>RelGen>Quantique mais ne pas trop approfondir/ne pas empièter sur la/les pages 'Physique RE' < 'Physique classique (Newton)', préférer y renvoyer)

[a] La physique quantique décrit la matière et les forces au niveau microscopique avec des grandeurs discontinues ('discrètes') et probabilistes, ce qui rompt singulièrement avec la physique classique qui manipule des grandeurs continues, et avec notre entendement empirique et intuitif qui réflechit surtout au niveau macroscopique avec des grandeurs soient discontinues (les objets) soit continues (pour les forces).

Ainsi un électron en physique classique RelGen tourne autour d'un atome dans un nuage, et en fait sur des niveaux qui dépendent de leur énergie. Mais contrairement à des planetes qui tournent autour du soleil à une distance proportionnelle au rapport de masse planete/soleil, les distances autorisées ne peuvent prendre toutes les valeurs: l'energie et les distances sont quantifiées. C'est en fait bien plus complexe, car différentes types de rotation existent (on parle d'orbitales de type s, p, d...) , au maximum 2 électrons (de spin opposé) peuvent cohabiter sur un et meme saute entre ces orbitales.

Rem: la physique quantique ne contredit par la RelGen qui décrit l'univers à la fois au niveau micro et macroscopique de facon. Il faut y voir une description qui s'y superpose, opérant notamment au niveau microscopique (tandis qu'au niveau macroscopique c'est plus complexe et étrange).

SE#33(23min): super ppt du passage de la mécanique classique>relativité générale>physique quantique, et pour une théorie du tout 2 approches: théorie des cordes, gravité quantique à boucle. Les 9 première min, qui a servi à rédiger un partie de l'intro ci dessus).

La physique quantique échoue pour l'appliquer à la force (interaction) gravitationnelle). C'est Dirac qui a fourni une méthodes pour appliquer la quantification à la physique de relativité générale (et il faut un approche dite de perturbation). Hilbert ayant reformulé les équation d'Einstein reformulées de facon plus compatibles avec ce qu'on faisait en électroagnétisme, on entrevoit de quantifier lla gravitation, avec la methode à boucle (qui permet d'apprécier la courbure de l'espace-temps). On est veint à montrer qu'ill y a des plus ptites longueurs (de Planck:5.10-34cm), de surface, et volume; que les géométries (volumes) peut etre rliés par des transpformations (mousse de spin). L'espace temp apparaitrait ainsi a un bouillonnement d ces petites unités d'espace fini, avec une densité maximal (densité de Planck: 5.10^96kg/m3) (qui expliquerait que l'Univers à atteint un Bounce avant le big bang). Cette force de répulsion (qu'il restera à expliquer!) des unités d'espacetemps explique la quantification

Remarquons que les ondes electromagnétiques include en fonction de la longuer d'onde décroissante, les ondes radio, l'InrRouge, la lumière visibles (l'arc en ciel du rouge profond à violet), l'UltraViolet (200-400nm B puis A), les RaonsX, puis les Rayons de radiactivité (Alpha, beta, gamma). On comprend que les particules coorespondantes augmentent, au point qu'il est illusoire d'en parler pour les ondes radio, et qu'on contraire on assimile la radioactivité davantage à ses particules a b g qu' des ondes. Plus facile d'accepter e photon lumineux entre les 2!

(A ranger / creuser)

(notes - les 1ere relevent en fait plus de la RE/autre page)

Problèmes majeurs (sky scraper reconciling gravitational physics with the quantum world): general relativity, superstring theory, M-theory, Calabi-Yau compactification

symétrie et groupes de symétrie

théorie de jauge

unification des forces fondamentales

les corrections radiatives, les anomalies, les developpements de produits d'operateurs, ou encore les configurations etendues de topologies non-triviales.

les SU pour Spécial Unitaire. (SU(3) ou comment passer à SU(5)...

Richard Taillet: Plan/cours sur la meca quantique ++

(sources)

https://www.arquantis.eu/Les-10-lois-quantiques.html

http://www.staff.science.uu.nl/~gadda001/goodtheorist/index.html : the challenges posed by real science:

LIST OF SUBJECTS, IN LOGICAL ORDER (not everything has to be done in this order, but this approximately indicates the logical coherence of the various subjects. Some notes are at a higher level than others): Languages; .Primary Mathematics; Classical Mechanics; Optics; Statistical Mechanics and Thermodynamics; Electronics; .Electromagnetism; .Quantum Mechanics; .Atoms and Molecules; .Solid State Physics; .Nuclear Physics; .Plasma Physics; .Advanced Mathematics; .Special Relativity; .Advanced Quantum Mechanics; .Phenomenology; .General Relativity; .Quantum Field Theory; .Superstring Theory

Intrication (quantique), paradoxe EPR / Interprétation de Copenhague,... Décohérence

Einstein pose le paradoxe EPR (w) pour pointer les incompatibilités conceptuelles résultant de ses travaux + ceux de Porodoski + Niels qui acceptent la notion et la réalité de l'intrication.

Sources:

(W) wiki : l'interprétation de Copenhague , principe d'indétermination, ...

(Aa): http://www2.cnrs.fr/sites/communique/fichier/debat.pdf : article du physicien Aspect Alain, très clair:

- L'expérience de pensée: 2 photons polarisés perpendiculairement et intriqués (issus d'un atome, avec un spin total nul, dans un état dit superposé) sont séparés. Il est admis que l'un aura un spin +1 et l'autre -1, mais le pblm est de savoir ,

si [position d'Einstein] c'est déterminé au départ et l'état de l'un sera simplement révélé par sa mesure, renseignant de facto sur l'autre)

ou si [position de Niels Bohr] c'est la mesure de l'un (+1 par ex) qui détermine son état , et simultanément determine l'état de l'autre (-1).

Mesure l'état des 2 photons simultanément dans des lieux éloignés (et meme 'indipendants', par un courbure de l'espace-temp du genre espace') lèverait le paradoxe.

- Le but: montrer que SOIT il y a des incompatibilités dans les bases mêmes de la théorie de la mécanique quantique (elle n'est pas complète)

SOIT deux quantités physiques incompatibles n'ont pas simultanément une réalité objective.

- 3 postulats: (ils sont mis en cause)

impossibilité pour un signal de dépasser la vitesse c (causalité relativiste) ;

la mécanique quantique est complète et décrit entièrement la réalité (pas de variable cachée locale) ;

les deux particules éloignées forment deux entités pouvant être considérées indépendamment l'une de l'autre, chacune étant localisée dans l'espace-temps (localité).

- La controverse: le débat à soulevé l'enthousiasme, introduisant comme momment clé:

l'inégalité de Bell (1964) montrer qu'on pourrait trancher le débat/paradoxe EPR

l'expérience 1985 (Aspect Alain) montre l'intrication de 2 photos 'éloignés', refutant donc une réalité quantique locale des photons

- Le statut actuel sur le paradoxe:

.au plan théorique (W):

• • Il n'existe pas de variables cachées locales (dans le sens de créées localement, avant d'être séparées entre les participants), contrairement à ce qu'espérait Einstein ;

  • Si l'on veut conserver l'hypothèse d'une limite à la vitesse de transmission d'une information (c, vitesse de la lumière), sans quoi les principes de relativité et de causalité relativiste seraient violés, il faut admettre que deux particules créées conjointement, même géographiquement séparées, continuent à se comporter comme un système unique (non-localité du système) dès lors qu'elles sont dans un état intriqué.

.le paradoxe EPR débouche sur des applications: 1) 2) la possibilité d'un ordinateur quantique aux performances incomparables

- Avis perso et réflexions:

(en résumé, centré sur le paradoxe EPR, l'intrication)

le paradoxe EPR est levé, ou nous renvoit à remettre en cause lun (des) postulats (la vitesse de la lumière déterminée). La mécanique quantique reste valable comme expliquant tout (pas de paramètre cachés), mais au niveau global (pas local). (En gardant c determinée) Chaque particule ne peut être considérée comme seule, isolée, indépendante: elle est intriquée à sa jumelle (co-créée), et de facon globale à tout l'univers (tout ce tient, par le principe de décohérence).

(digressions)

je n'ai aucune compétence en physique... mais certains parallèle entre le paradoxe EPR et des effets très familiers (W), tels que la communication instantanée, la magie, ... me font considérer que les réalités décrites par la mécanique quantique dont la non-localité totale d'une particule (mais aussi la dualité onde corpuscule, l'espace-temps et ses courbures,...) correspondent vraiment a quelque chose d'utile, au mieux (!?) une pure image de la réalité, au pire (!?) une interprétation pure de la réalité.

Dans la pratique, et surtout avec une approche analytique et au niveau marcroscopique, on peut se contenter de considérer une particule (un objet, un évènement) comme déterminé, fini, réel,... mais on doit accepter une probabilité que ce soit différent !: cette probabilité est à notre grand dam constitutive de la réalité, mais heureusement la probabilité que la réalité réalisée soit différente de ce qu'on mesure, attend,... est infinitésimale au niveau macroscopique qui nous concerne le plus souvent.

Il faut voir dans les incohérences ou aléas observés (aussi les mutations, ... ) une 'dégradation' d'information ou d'énergie (une perte pour nous certes), comme non pas notre manque de conscience ou connaissance ou intelligence ou pouvoir. Cette dégradation se répand dans l'environnement, comme un bruit de fond, parfois comme un signal inconnu (la vague célérate, les coincidences de Chopra, ...) qui 'in-forme'° d'autres réalités. Mieux, on peu voir dans les 'aléas' et évènement imprévisibles de l'information/énergie/inspiration pour l'évolution. On rejoint le hasard et la nécessité de J.Monod.

Temps

Considérer le temps comme relatif à l'espace n'est pas chose aisée.

Vidéo Veritissum-19min: +++: Mesurer la vitesses de la lumière n'est pas possible s.s.. Il faut stipuler qqchos, la dispance, la synchronisation. Au final ca n'a pas de send de dire que 2 evmt sont synchronisés en 2 lieux différents... La vidéo montre par des shéma sympa commernt appréhender que

-comment synchroniser les horloges départ et arrivée ? Une horloge intermédiaire ne résoud pas le probleme: la vitesse peut ne pas etre la meme sur chaque trajet. D'ou solution de l'aller retour (avec miroir*): Toutes les méthodes utilisnnt ou reviennet à utilise la methode de mesure aller-retour.

-la vitesse peut ne pas etre la meme à l'aller et au retour : shéma tres sympa de la Terre et Mars sur 2 trajets parallele et une comm AR entre les 2: selon la position/vitesse de Mars%Terre on peut configurer commeon veut la vitesse de la lumière (entre infinie a l'Aller, ou au Retour). La solution vitesse aller = vitesse retour est logique/intuitive, mais reste arbitraire. Car ce qui nous échappe alors est la structure de l'espace qu'on veut 'figer' lignéaire/euclidienne...

*pblm supplementaire avec un miroir qui suppose (stpule que le rebond est instantanée...

La vitesse de la lumière

L'expérience de pensée d'Einstein (/YT-E.Klein: ++quelle serait la vitesse de la lumière d'une particule (ou objet, ou lumière) qui émettrait de la lumière? Intuitivement, les vitesses s'ajoutent, donc on dévine que la vitesse de al lumière pourrait être infinie, mais paradoxalement si elle est finie (postulat de départ), elle devrait être constante! L'expérience suivante de pensée encore plus 'musculaire' (se placer homme dans l'expérience; imaginer que l'on est a cheval sur un rayon de lumière, qui est aussi un onde électromagnétique: on est sur une vague, entouré de 2 vaques qui sont immobiles par rapport à soi! Voila des ondes stationnaires -or ca n'existe pas selon Maxwell-. En 1905/Einstein enfin ingénieur à 26ans publie 5 articles extraordinaires, qui répondent a ses questions (de son adolescence). La lumière est toujours en vitesse par rapport à moi/un objet. Dire qu'un train arrive à 7h00 n'est pas anodin, ca veut dire qu'il y a coïncidence entre l'arrivée (espace) et l'aiguille de la montre du quai. Mais est ce qui cette heur est la même à Paris, alors que je dois me déplacer à Paris pour vérifier cela, que ca va prendre du temps ne serait ce que pour en communique l'information, même à la vitesse de la lumière. Pire, l'heure dépend donc de mon déplacement. Pour résoudre la contradiction entre la vitesse finie(bornée) de la lumière qu'on a montrée, et ...Il rapproche cela de l'impression que le corps ne sent pas son propre point en chutant, et que la notion du temps pendant la chute est très différente qu'à l'état d’arrêt/repos. Pareil que pour la lumière, un corps voisin qui chute a coté de soi est dans un champ gravitationnel 'nul'. Le principe d’équivalence impose qu'il est impossible de distinguer si le physicien est dans un référentiel ou un autre, et si l'un des champs mesuré est plus réel/fondamental que l'autre.

L'expérience de pensée du physicien dans un ascenseur qui voit que la lumière qui traverse l’ascenseur voit la le faisceau courbé. Il est bien courbé pour le physicien de l'ascenseur, il ne l'est pas pour le physicien sur Terre. La lumière est courbée par la vitesse ou plutôt la gravitation qui produit la vitesse... Application a voir les étoiles derrière le soleil... ce qui est montré par des mesures de prédiction du déplacement des étoiles quand des géométries non euclidiennes apparaîtrons (Einstein démissionnera pour pouvoir travailler à ca!). Le mouvement inertiel (base de la mécanique Newtonienne: un corps soumis à aucune forme va trou droit) est un postulat qu'on ne voir nulle pas sur terre, et même dans l'espace quand on sait qu'il y a de la masse partout.

L'intrication quantique

[Video ScEt(min) le paradoxe EPR d'Einstein-Podolsky-Rosen, les inégalités de Bell, les théories à variables cachées et l'expérience d'Alain Aspect.

On a produit de preuves d'une particule présente simultanément a 3000 endroits simultanément. Ces 3000 états sont intriqués, on ne peut pas les séparer (ou sa modifie l'ensemble instantanément), ni mesure l'une d'entre elles. représentaiton que les 3000 positions/particules 'vus' sont des protubérance reliées par une membrane dans un plan invisible. L'idée poussée bout ira vers de branes reliant tous les composants de l'univers, cette liaison expliquerait la décohérence.

Condensat de Bose-Einstein

Etat de la matière ni solide ni liquide ni gazeux: tous les atomes mettent leur fonction d'onde (proba de présence/'haut des vaques') en accord, formant une fonction d'onde unique. Phénomène prédit par Einstein en reprenant l'application aux atomes des équations quantiques des microparticles faite par l'indou Bose (article refusé). Einstein montre que cet état se produira à très basse température, avec des atomes formés de bosons(et non de fermions), et si la matière ne devient pas solide. Einstein pensait donc qu'un condensat serait irréalisable, mais que ca resterait un élégant phénomène théorique. Les physiciens ont réussit à le réalise dans 3 cas: avec l'Hélium qui se trouve etre formé de bosons, et ne pas geler dou son usage en cryogénie). Avec le Rubelium et x, en empechant la solidification par un laser...

Dans la condensation quantique, les atomes subissent une 'crise d'identité: ils se transforment en paquets d'ondes de plus en plus (métaphore1: longs; métaphore2: gros et coordonnés), qui se chevauchent, qui se connectent, qui se comportent en un unique grand paquet d'onde. Au final ils sont comme au repos global entre eux (froid ultime). Du coup, en tant qu'onde, ils n'interagissent plus avec la matière: on l'a montré avec l'Hélium, qui ) 0.002K° traverse et goutte sous le récipient! (ou remonter si c'est du verre, car....). (cf/JulienBobroff ) 11-13min)

Dans un métal c'est les électrons qui sont hyper fluides, libres de bouger et donc mettre leur fonction d'onde en accord: homologue au condensat, on parle de supraconductivité (découverte en 1911) Plus de resistance électrique .

Supraconductivité

(découverte en 1911>bien compris en 1957) Plus de resistance électrique, plus de viscosité, ...

Le premier supraconducteur étaient À <6K°(270°C), puis on a découvert des céramiques qui fonctionnent à 100/150°K. A présent, on arrive a faire de la supraconductivité à -10° (H2S)

Applications: l'IRM, le stockage d'électricité (quand on saura refroidir moins cher),

L'ordinateur quantique: son usage est plus interet/pertinent pour les calculs/algorithme dont la complexité croit exponentielle. Les appli ne seraient pas si nombreuses pour la vie et industrie ordinaires. L'appli immédiate reste pour modéliser... des phénomène quantiques, cad pour les physiciens. Et les chimistes (éviter de passer par l'expérience ou hasard au labo):

Ex le procédé Haber-Bosh utilisé pour produire de l'engrais (ammoniac) coute 2% de l'énergie mondiale (chauffer à 500°C pour l'étape de catalyse). On veut améliorer le catalyseur, qui fonctionne à plus basse température, par modélisation quantique.

L'IA quantique demande: 1)états quantiques, 2)tous les superposer (pour la base), 3)gmps en vie, 4)lire l'information à la fin ctearder le tout long fabriquer des bit 5)savoir écrire les progrm informatiques avec une nouvelle logique.

Autre approche: un ordinateur basé sur la topologie (choix de Microsoft)

De la theorie (réprésentations) classique, à relativiste, à quantique, à corde et à boucle

[Video AurélienBarreau/cours Cosmologie post bac/n°7]:

-La relativitérestreinte : 4 postulats définito 4 1) référentiels galiléens (inertiels) 2) 3)ajote d'Einstein: vitesse maximal C 4)

Rem: le postulat3(célérité umière) est en fait inutile/on peut le montre avec les propriété des groupe de systeme galiléens.

-On montre que l' "intervalle"(de temps et espace; au carré) entre 2 positions d'un mouvement lumineux dans un systeme galiléen R (coordonnées t1,x1,y1,z1 et t2,x1,y2,z2) est toujours nul, 'par construction' (définition): delta(S) = delta(t)2 - delta(x)2 - delta(y)2 - delta z(2) = 0. (on a écrit l'intervalle de distance avec les xyz1et2 [c.delta(xyz)2], puis avec la vitesse/célérité (=c2.delta(x)2/delta(t)2; égaux;...).

-On montre qu'un intervalle(de temps et espace) non nul (cf ex infra: à vitesse différente de c/faible) sera aussi égal dans tout système galiléen (indépendant du systeme Galiléen): (cf equation/conclu)

Ex d'intervalle non nul: une montre (systeme.referentiel R') en mouvement libre (inertiel) à 1m/sec par rapport à R(l'amphi). En effet l'evenement(mouvement de la montre 1->2) donne l'intervalleS'=delta(t')2-0 (car dans R', delta(x'y'z')=0). L'intervalle S de la montre en mouvement est aussi non nul par définition (delta(S) = delta(t)2 - delta(xyz)2. Et en fait égal:

On le montre ainsi: (au niveau local donc aussi par intégration au niveau global) l'intervalle dans R' est linéaire afin avec l'intervalle dans R (Delta(S')=a.delta(S)+b ) ; on montre que b=0 car (je sais plus trop: postulat2; meme lois sur t, et sur xyz), puis que a=1 si R'=R. Ceci exprime que les coordonnées tempo(t) et spatialles(xyz) peuvent etre différentes entoure R et R' (pas la meme direction, voire pas la meme echelle), mais les écart/intervalles spatio-temporx t-xyz) sont conservés (en système galiléen, cad mouvement libre inertiel, pas d'accéleration).

-Conclu: l'intevalle spatiotemporel entre 2 evenements est égal dans tout syst.referentiel galilée (inertiel),

cad delta(S') = delta(S) avec S=delta(t)2 - delta(xyz)2 et idem pour S'/t'x'y'z'

on voit que le temps et l'espace sont 1)intiment liés 2) varient pareil (au carré). u

(1)voir l'espace-temps (cylindre en bias) ne peut se faire que par l'espace (rectangle de coté) ou que par le temps (cercle vu du haut). Analogie champ electro&magnétique indissociable: un observateur immobile a coté d'un fil parcouru par un courant voi(subit) le champs magnétique, mais il voir(subit) un champ électrique s'il se déplace à la meme vitesse que les électrons du fil.

(2)Quand ce n'est pas le cas dans d'autres lois, la relativité restreinte nous montre ainsi que ces lois sont automatiquement fausses dans un domaine au moins (ex de la loi de Shoroninger, /t2 d'un coté, et /x2 de l'autre; la loi reste ok dans un domaine pour montrer effet quantique)

-On montre que le temps se dilate entre 2 sytèmes galiléens: delta(t)= delta(t) / (1+v2.v2/c2)

-On montre similiairement la contraction des distance spatialles delta(x')=...

Pardoxe des muons qui se forment en haute atmosphère et arrivent sur Terre à la quasi vitesse de la lumière malgré leur durée vie 2.5ms: c'est 2.5ms dans leur référentiel (qui se déplace à c % Terre), mais >10ms dans le référentiel Terre.

Paradoxe du segment qui tombe dans un trou de table de meme largeuer s'il est à faible vitesse horizontale, mais à forte vitesse parallele à la table on peut voir soit qu'il traverse, soit qu'il ne peut pas traverser! Qui a raison?

Rem: dans cette expérience, les 2 référentiels sont galiléens, il n'y a pas d'accélération,... Il ya symétrie d'espace-temps.

En decrivant coté table, le segment se racourcit (dans R'-segment) et il peut traverser le trou de la table. Ceci est vrai, et cohérent avec ce qu'on observera/

En decrivant coté segment, on peut penser qu'il s'allonge (% la table, dans R-table: spaghetification) et ne peut alors la traverser. Ou penser plutot que c'est la table qui se racourcit, et le segment à nouveau ne peut traverser le trou raccourcit. Ces 2 assertions sont 'vraies' (exactes / théorie, langage) bien que ne rendent pas compte de la réalité car le sgment traversera effectivement la table! On devrait dire que le segment se racourcit (pour lui, dans R'-segment) et il peut ainsi traverser. Ou dire que le trou certes se racourcit, mais c'est comme si la table pivotait (pour compenser la trajectoire du segment à vitesse horiz >>> vertic) ) en raison d'un changement de référentiel : en fait les angles ne sont plus consercés, c'est l'espace-temps qui se courbe/"pivote" d'un pur espace (cartésien) à un espace courbé (par le temps accéléré du segment). Au final le trou s'est bien racourcit mais incliné/orienté verticallement il laisse passer le segment (spaghetifié).

Paradoxe des jumeaux, l'un en voyage : celui qui voyage vieillit moins vite (d'autant plus qu'il aura voyagé à la vitesse de la lumière). On l'a montré avec 2 horloge atomiques embarquées en avion autour de la Terre en sens inverse (qq msec de différence). En fait c'est la phase d'accélération/décélération qui modifient le temps, et introduisent une assymétrie de référentiel (ce qui n'est pas le cas dans le paradoxe du segment/trou de table); ceci relève de la relativité générale.

Vide-Arteo (2h06): trop longue, mais bien imagée, et didactique (vulgarisation>exactitude scientif)

De la physique Newtonniene à la relativité générale: experience de pensée de la disparition soudaine du soleil, qui suggère à Einstein que la theo Newtoniene est incompatible. Me semble un peu fallacieuse car compare/lie implicitement la gravité à la lumière... en présumant que la théorie Newton produirait une dispersion immédiate des planètes (soit), et que la lumière a une vitesse finie (soit), or rien n'est lié chez Newton comme chez Einstein (bien qu'il s'y emploie). L'expé de pensée reste néanmoins didactique, surtout avec la représentation graphique de l'espace-temps maillé.

Exp de pensée du saut d'un homme qui est arreté par le sol: montre (encore assez fallacieusement, mais ok didactique) que la force de gravité est bcp plus faible que la force EM (qui lie les atomes du sol, et du corps). => idée de faire un tableau comparant les forces G et EM au niveau d'un homme (ou 1kg de matière) (qui serait chargé electr, ou serait magnétique); idem pour des particules.

Schéma de l'atome (a 30-32min) ou se manifeste à peine la G, mais bien l'EM, et qui introduit les forces d'interaction forte (S) et d'interaction faible (W) + ex de manifestation par une explosion/fission nucléaire (S sépare les nucléons) et radioactivité résiduelle (W transmute un proton en neutron). G est petite à l'échelle microscopique, et (pour l'image) n'arrive pas a se frayer un chemin dans le noyau, entre (séparer) EM, S et W, qu'Einstein arrive à réunir, par la mécanique quantique. =>On comprend ainsi la relativité générale face à la méca quantique pour décrire respectivement le monde macro et micro, et la quête de l'unification des théorie/forces n'a plus mobilisé autant d'efforts avec la fin d'Einstein. L'unification s'avère néanmoins de +en+ nécessaire pour expliquer certains phénomènes dans l'infiniment grand (les trous noirs, découverts 1916) et l'infiniment petit (?assymétrie, ...). Saut d"échelle, ou il se vouer/faire confiance à la méca générale pour expliquer le trou noir car se manifeste à très grande échelle, ou à la méca quantique parce qu'il est 'minuscule'.

La théorie des cordes (à 3m8in) permet de décrire par un brin d'energie qui vibrent de différente manières expliquant les différentes particules,et forces.

(à 49min): pour comprendre des lois plus générales que le physi.Newtonienne et meme la méca générale d'Einstein (espace temps deformé), il faut descendre plus loin vers le microscopique (et par expérience de pensée pour l'appliquer au macroscopique = metaphore de l'ascenseur): au niveau des atomes et infra, on observe un monde étrangement agité (voire chaotique, perturbable) qui defie le sens commun, remettant en cause des notions évidentes comme: on ne peut plus être sûr d'une présence ou symétrie droite/gauche, d'un orientation haut/bas, et meme du temps avant/après.

(à 56min). La théorie des corde vient de l'équation d'Euler, considérée alors comme curiosité mathématique, qui à semble bien décrire l'interaction forte (par un physicien italien, 19xx). Mais recalée/ignorée, il dut attendre qu'un autre physicien (x, US, 1995) pour qu'une équation pour résoudre une particule sans masse (prédite) et divers anomalies soit vue comme celle d'un graviton (particule de la gravité), puis que Ed Witton, 1995 propose une description qui montre que les 5 modeles en lice étaient 5 eclairages différents! Mais il fallait accepter que les 6 dimensions supplémentaires soient lovées dans la corde + 1 nécessaire 11 au total). Il faut en effet sortir des dimensions étudiées pour voir l'ensemble des dimensions, tel (a 1h45) dans la métaphore du film (2D) qui représente 3 dimensions(+1/temps) on .voit la profondeur (projettée en 2D) en sortant de l'écran. La dimension supplémentaire permet qu'une corde (1D) enfle/forme une (mem)brane tubulaire (3D, ou +3D)

(a 1h52) La gravité qui nous semble forte, car à notre niveau (macro), s'avère scientifiquement 10³⁹ fois plus faible que la force EM; il doit nous échapper qqchose, il nous faut imaginer autre chose: (selon la métaphore du billard: la boule libère du bruit qui part dans toutes les dimensions), le gravité ne manifesterait qu'un petite partie de sa force dans notre monde/dimension, le reste irait peut etre dans les autres mondes/branes? Autre analogie du sucre qui tomberait d'une tranche de pain (equivaut à la gravité) , alors qu'une gelée (equivallent à la matière) y resterait collée tout en pouvant s'y déplacer. Le graviton serait une boucle fermée, qui interagirait peu avec les branes, alors que les forces EM S W serait des boucles ouvertes aux extrémités collées sur les branes.

Idée(eb) que toutes les particules (de matière, antimatière, forces) soient reliée par une brane hyperinvoluée formant des codes (et au global une mousse de brane //? à leur mousse de spin'). la vibration de la brane entre les dilations que sont les particules de matière vibreraient comme des cordes, en laissant passer (?à l'intérieur) les particules de liaison.

La theorie des cordes offre des pistes pour remonter à: s'appliquer au big bang(du coup, un big bounce entre supermembranes). Il faudrait montrer l’existence du graviton (au Fermilab, au LHC). Mais les Superparticules prédites par les théories seraient trop lourdes pour qu'on arrive à les détecter...

(à min): les voies philosophiques qui découlent de la physique quantique:

-la conscience (Wigner: la conscience détermine le monde dual/superposé. Pblm quel conscience influe sur l'autre le plus? => l'intersubjectivité (vs le solipsisme (intégriste): le monde n'existerait pas s'il n'y avait pas de conscience pour le fixer). Pblm qu'il faudait admettre un signal qui descend de la conscience, 'remonter le temps',...

-le matérialisme : la physique dit le bon résultat (Hugues Avray), et quand on observe, il y a séparation des et

-la décohérence quantique; la taille d système (le nb d'éléments liés) détruit la superposition des états

-les déterministes (Einstein: Dieu ne joue pas aux dés): la théorie quantique est belle, mais elle n'est pas complète, si/qd on aura les données dans des dimensions supérieures on pourra savoir quel état sera fixé. (explique un hasard prédeterminés)

<video ScEto(20min): La théorie des cordes

Présente bien comment à la quete d'une théorie du tout on bute entre la description de la physique quantique (microscopique) et celle de la relativité générale (la gravité, macroscopique). On a bien reussi à unifier la description les interactions faible, forte et electromagnétique avec une approche de quantification perturbative, avec le représentation par ex des diagramme de Feyman [2 particule figurées pr des traits convergents interagissent (sinusoide commune ou parallele) et continue en autre (ou memes) particules (traits divergents)]. = modèle standard des particules.

Mais cette approche et description (modélisation) butent pour l'interaction gravitationnelle, ou elle mène à donner l'infini comme solution (aux constantes, ou à la quantité perturbée).

Une approche alternative proposé est la théorie des cordes: le diagramme de Feyman se transforme en tubes qui se branchent/ramifient. On resout le problème des infinis, on n' a plus besoin d'admettre différentes particules (61 pour l'instant), car on peut les construire avec d'autres cordes (refermées, qui vibrent sur elle meme selon différentes modes/nb de noeuds vibratoires dans la corde fermée). Il faut 26 ou 10 dimensions, en fait plutot 10. Les 3 dimensions infinies sont les usuelles (espace 3D et temps), et il faut 6 dimensions finies.

Video ScEto(23min) La theorie de la gravité quantique à boucles

Ca commence vraiment à 12-13min. Des boucles de déplacement dans l'espace permettent de mesurer les déformations de l'espace temps.

Il existe une plus petite longueur possible (la longueur de Planck: 10^-35m), ce qui fait que les espaces definissables sont discrets (n'existent qu'en certaines configurations: tetraedre,...). On affecte de plus à ces microespaces minimum une valeur de spin (qui les orienté) = > on fabrique une mousse de spin. L'espace serait ainsi constitué d'un amoncellement de briques d'espaces (atomes d'espace temps) avec une densité max (la densité de planck), des lacunes entre ces microespaces (qui acquièrent ainsi des niveaux d'energie : // orbites électroniques). Ca descrit le BigBang et permet le BigBounce cad un rebond de l'univers à sa densité maximale. Par contre que cela donne t il pour un trou noir? La confinement/densité êtreme arriverait il a fusionner ces microespaces élémentaires (et du coup remanier certaines cordes/vibrations)?

Limites infra de l'univers / de notre pensée

On comprend qu'il faille passe d'un type de description du monde à un autre, par ex de la description commune du poids des choses à la physique classique (Nexton) puis le physique de relativité générale, puis la physique quantique. Ceci suppose des changements de language de plus en plus formalisés (ordinaire > sciences > maths), et des raisonnement/logiques de plus en plus astraits. L'avènement de la physique quantique nous fait toucher du doigt ce qui nous semble une ultime frontière infranchissable: on ne peut franchir -en compréhension scientifique- au delà d'une limite supérieure de l'univers, mais aussi une limite inférieure, sans faire appel à l'incertitude, puis l'imaginaire.

Depasser une limite supérieure nous parrait relativement possible par l'imaginaire. On reste libre d'ajouter des choses, des 'plus' (fut-ce avec des chiffres qui dépassent notre entendement, et l'univers lui même: cf monstres mathématiques).

Par contre, dépasser une limite inférieure nous fait entrer dans une sorte d'abime réductrice et globale qui nous perd: la physique quantique nous parle de plus petite masse ou longueur ou temps mesurable et décrivable

.la constante de Planck est un nombre sans dimension qui décrit la taille des quanta, par ex à partir de l’énergie d’un photon ( E ) à sa fréquence ν ): E = h ν = ℏ ⋅ ω , soit: h = 6,626... × 10⁻³⁴ J s1). On en dérive d'unités comme la longueur de Planck (l_P), le temps de Planck (p_P),... Ces unités seraient la limite pratique indépassable de l'échelle de mesure de masse(énergie) en dessous de laquelle une mesure n'a plus de sens (ou il faudrait y consacrer la totalité de la masse de l'univers). L'espace-temps peut mathématiquement toujours être prolongé jusqu'aux mesures nulles, mais des longueurs et temps décrits en déca des unités de Planck n'ont plus de sens/mesure/réalité objective: les lois habituelles d'addition et division des distances et temps n'y sont plus valables! Il faut alors passer à des déscriptions de la physique extrême : théorie des cordes, mousse quantique,... On n'a pas franchit un mur, ou seuil, mais un horizon: on décrit alor non pas un vide/néant (d'un monde lacunaire) mais un vide/totipotent ou tout peut disparaitre et apparaitre dans une fluctuation continuelle de l'espace-temps-energie: "l’énergie-impulsion diverge alors quand les résolutions tendent vers l’échelle de Planck, non plus vers le point zéro" mais permet la création de novo d'autres chose, sans qu'on puisse prédire ou, quand, sous quelle forme. Le(mal nommé) 'mur de Planck' correspond sans doute à une (mem)'brane' qui nous sépare d'autre(s) dimension(s), lieu d'échange probable d'énergie-temps-espace avec un hyper-univers.

Matière noire

Principe: il s'agit de la masse qu'on ne voit pas l'univers mais est 'nécessaire' pour accorder les observation de l'expansion de l'univers (qui s'accélère) avec la physique de rélativité générale (la physique quantique n'est pas requise). Sauf remettre en cause la théorie de la physique moderne (en laquelle moultes données nous dont accorder une très forte confiance), il fut support que 75% de la masse de l'univers nous est invisible.

Pistes explicatives: de nombreuses idées ont été proposée pour explique ce que serait cette matière noire, mais aucune ne souscrit grande adjhésion (et vraisemblance a défaut d'aucune cadre d'investigation et données d'expérimentale). Voir la vidéo AurélienBarrau/FuturaScience(12min), qui fait un résumé, et propose la nouvelle piste des 'reliques de Planck", des microtrounoirs:

PostEB20200507/Idée de trou noir electromagnétique (!) idéo AurélienBarrau/FuturaScience(12min)

1) L'hypothèse de "reliques de Planck" créant des micro trous noirs semble supposer des énergies colossales de collision. Nos modèles de physique/du big bang peuvent ils raisonnablement supporter de telles force/collisions/energies, à partir de quelle matière (avant le découplage!)? Ou ne pourraient ils pas forcément décrocher et donner des résultats biaisés, tout comme la physique classique rend(ait) inexactement compte de la précession de Mercure, et devient incomplete et finallement inapplicable pour les processus et energies colossables en se rapprochant du bigbang.

2)Pourrait on imaginer des genres de trou noir basés non pas sur un effondrement abyssal de la gravité, mais d'un champ électromagnétique par ex; des trous qui 'goberaient' toute charge +(ou-) passant à leur horizon. Lesquels pourraient rendre invisibles la masse baryonique (et non de la charge électrique) des particules absorbées, à l'instar des trous noir classiques ("gravitationnels") qui j'ai l'impression cachent (à nos mesures) la charge électrique des particules qu'elles ont englouties (mais ne masquent pas leur masse, ce qui donne l'effet trou noir). Lesquels pourraient créer des équivalences ou 'conversions' de charge electrique (réduite) en temps (dilaté)? -avec un changement de référentiel du champs électromagnétique?-

Alors... Pourrions nous alors imaginer appliquer de tels trous noirs "electromagnétiques" au niveau microscopique? Ou en version 'anti-trou noir'(qui repousse et non attire; plus des trous... mais des spicules... ou des cordes!)? Ou les 2! Appliquer cela à des particules connues ...

Partons du noyau atomique, qu'on voit attirer électriquement sans fin les électrons, qui forme un champs electrique... En fait le noya ne déformerait il pas le champ electromagnétique du cosmos en vagues stationnaires dans l'espace-temps lui meme courbé en cloche centré sur le noyau? Ainsi un électron tournerait dans un creux de vague(une orbitale électronique), confiné du flan extérieur de la vague par une attraction électrique vers le noya (effet trounoir), et du flan intérieur par une répulsion électrique du noyau (effet antitrounoir). Passer d'un creux de vague (orbitale) à une autre demande un apport d'energie pour 'monter' la vague/barrière électromagn (et remonter ou descendre dans la cloche), et re-libère de l'énergie (photon) en descendant de la vague.

Oour franchir la 1er vague(limitant la 1ere orbitale), il y a une barrière (coulombienne) très élevée... la 1ere vague electromagn très pointue forme un cornet au centre de la cloche: ses 2 flancs forment la 'surface' du noyau, et est analogue à l'horizon d'un trou noir gravitationnel de Herr (double horizon). Bref le noyau serait un 'microtrounoir electromagnétique' qui génerait une deformation de l'espaceélectromagnétique-temps formant ainsi les orbitales électronique. Dans cette configuration ordinaire, il ne masque pas la masse (des neutrons et protons), ou plutot il se superpose a un microtrounoir gravitationnel créé aussi par le noyau, avec une barrière s'opposant à l'effondrement très élevée, à la hauteur et à la portée (rayon) de la force d'interaction nucléaire forte.

Pour rejoindre la piste des reliques de Planck/matière noire, il faudrait imaginer une configuration de microtrounoir electromagnétique sans barrière s'opposant à l'effondrement (ou faible barrière), car alors la masse des particules englouties deviendrait inaccessible/invisible: encore de l'imagination... il existerait des particules (ou un ensemble, un type de 'noyau atomique') qui ne tournent pas et ne génèrent donc pas de barrière ElectMagn (1r vague electromagnétique non enroulée et pas trop haute/forte); disons des trounoirs gravitationnels de Schwarzschild (effondrement radial) et electromagnétique. Si cette matière (de trou noir, invisible) ne tourne pas, c'est peut etre qu'elle est issue de la fraction des particules dont les mouvements de rotation (spin?) ont été annulés dans le grand chaos du bigbang. Peut voir ces trounoir EM/matière noire comme relique d'un bruit de fond cinétique? Peut on detecter quelque chose qui tourne ( et donc vibre) moins que nos instruments?