Post has published by miles imperii

Ce sujet a 8 réponses, 5 participants et a été mis à jour par  vieuxgrognon, il y a 11 mois et 2 semaines.

9 sujets de 1 à 9 (sur un total de 9)
  • Participant
    Posts294
    Member since: 12 avril 2012
    Dossier : Les prémices de la quantique

    Comme vous le savez peut-être, ou alors vous n’allez pas tarder à le savoir, nous avons récemment fêté les 100 ans d’une science nouvelle issue du début du XXème siècle ; la quantique. Aujourd’hui, la quantique sous ses différentes formes est une science en plein essor, et dont on continue à explorer les méandres, et, pourquoi ne pas imaginer dans quelques années le premier ordinateur quantique, découverte à la fois excitante et terrifiante !

    Mais bon, c’est bien joli tout ce blabla d’introduction mais qu’est-ce que la physique quantique ? :dry: Et bien je ne pourrai pas répondre à cette question dans ce court texte :whistle: … Vous vous demandez donc sûrement quel est l’intérêt de toute cette mise en scène alors, et vous avez raison, mais ce que je vous propose ici, est juste une introduction chronologique à la quantique, si certains le demande je pourrai vous montrer quelques exemples avec équations, mais pour que cela ne soit pas trop indigeste, je vais rester soft pour le moment ! Et en prime, pour ceux qui n’ont toujours pas compris la blague de Sheldon dans The Big Bang Theory sur le chat de Schrödinger, et bien vous la comprendrez lorsque j’en aurai fini, alors, il est pas beau ce programme ? B)

    Voici donc où débute notre histoire :
    En ce 27 avril 1900, Lord Kelvin tient un discours à la ROYAL INSTITUTION à Londres. Cet homme, dont le nom vous rappelle peut-être l’unité de mesure du système international pour la température, est un scientifique éminemment réputé et respecté de ses pairs, on lui doit notamment de nombreux travaux en thermodynamique. Cependant, Lord Kelvin restera aussi célèbre pour une phrase qu’il énoncera dans quelques instants ! Suspense, suspense…

    Mais je crois qu’il est temps de faire un rapide rappel sur les découvertes scientifiques à l’orée du XXème siècle ! Il faut dire que dès le XVIIème siècle, les 3 compères que sont Newton, Kepler et Galilée ont déjà placé la barre très haut, (surtout Newton, mais bon, ne faisons pas de jaloux !) leurs découvertes sur la mécanique et les mouvements des corps ont résisté jusque-là à toutes les avancées et observations faites après leur mort ! (même la capricieuse Uranus n’échappe pas à la règle, mais ça, c’est une autre histoire !) L’optique par les contributions de Young et Fresnel semblent être domptée, et l’électrique et la magnétique étudiés par Faraday, se soumettent au physicien écossais Maxwell et à ses travaux sur l’électromagnétisme. Ce dernier annonce que la lumière est une onde électromagnétique, et qu’il existe des ondes radio, que M. Hertz découvrira en 1887, 25 ans après les travaux de Maxwell. Ces théories font de Maxwell une véritable rockstar du monde scientifique mais pas que, la science est très populaire en cette fin de XIXème siècle et en ce début de XXème siècle ; les expositions universelles attirent de plus en plus de monde, et il n’est pas rare que des salles de conférence soient remplies lorsqu’un grand scientifique se déplace, et ce, dans toute la France, comme le découvrira Einstein plus tard ! La science est glamour à l’époque !

    « De ce point de vue, on peut qu’aujourd’hui les physiciens comprennent la quasi-totalité du monde qui nous entoure. Certes il reste bien quelques petits nuages qui flottent dans le grand ciel bleu de la physique : le problème de l’éther et celui du rayonnement du corps noir, mais à n’en pas douter, ils seront rapidement dispersés à l’orée de ce nouveau siècle et alors le travail du physicien ne consistera qu’à faire des mesures et des prédictions de plus en plus précises. », Lord Kelvin.

    Paf, et oui elle arrive comme une claque non méritée cette citation, sans transition et de manière indigeste, mais bon, vous m’excuserez cet écart, en tous cas je l’espère. :blink: Intéressons-nous donc à ce baragouin anglo-saxon, qu’y a-t-il de si particulier ? Et bien tout d’abord, la quantité d’orgueil dans ces 5 lignes est impressionnante :pinch: ; « les physiciens comprennent la quasi-totalité du monde qui nous entoure » ! Wow, ce serait bien, mais c’est faux, même en 1900 ! Passons les prédictions de Lord Kelvin sur ce qu’aurait dû être le job d’un physicien au XXIème siècle et mettons en avant ce qui est vraiment intéressant, les deux petits nuages noirs du ciel bleu de la physique !

    A suivre…

    PS : Je citerai quelques sources à la fin de ce rapport, je tiens à préciser que ce n’est nullement un dossier dont le ton un peu plus relâché, mais juste une approche chronologique d’un gros morceau de la physique du XXème siècle, que je ne fais qu’aborder ! j’arrêterai d’ailleurs ce récit après les découvertes de la fin des années 20, et il va sans dire que de nombreux progrès ont été réalisé depuis, cependant j’espère que ceci vous plaira !

  • Modérateur
    Posts8413
    Member since: 14 mai 2013

    Très intéressant cela, si tu peux mettre des équations sur les points importants

    Notons quand même que Lord Kelvin n’aura pas tout à fait tort sur le job de beaucoup de physiciens actuellement!

    Comme le forum, me voici amélioré du type 2 au type 10!

  • Admin bbPress
    Posts6309
    Member since: 5 août 2017

    Merci pour cette intro fort sympathique. Mais même une fois ton exposé terminé, si on croit avoir compris la physique quantique, c’est qu’on a rien compris 😉

    Sinon, vous connaissez Étienne Klein? Il a fait de bons exposés vulgarisant la thématique.

    La guerre a été écrite dans le SANG...
    Pour le reste, il y a le FORUM DE LA GUERRE!!!

  • Participant
    Posts294
    Member since: 12 avril 2012

    Le problème de l’éther :

    Bon dis comme ça, c’est sûr que ça ne parle pas à grand monde, déjà parce qu’avant de résoudre ce problème, il faut savoir ce qu’est l’éther ! Et l’éther, ça fait longtemps qu’il a disparu… Alors qu’est-ce ? Un gaz, un élément du tableau périodique, un astre ? Et bien non, l’éther n’a jamais existé que dans la pensée des scientifiques, en effet, l’éther devait être un fluide permettant la propagation de l’onde électromagnétique qu’est la lumière jusqu’à nous, autrement dit, ce qu’il y avait à la place du vide dans l’espace. Cette supposition s’appuyait sur le fait que le son, par exemple, qui est aussi une onde, lui ne peut se déplacer que dans les milieux matériels, il fallait donc bien quelque chose pour que la lumière arrive jusqu’à nous. Cependant, les physiciens n’ont jamais eu aucune preuve de l’existence de l’éther, alors ils se sont donc appuyés sur une expérience pour prouver son existence ; l’expérience de Michelson-Morley.

    Seulement, les résultats de cette expérience se sont toujours révélés négatifs ! Si cette expérience vous intéresse et que vous désirez avoir une approche plus scientifique de la chose, il y a de nombreux sites qui existent et qui en parlent, celui-là n’est pas mal du tout : http://www.ac-nice.fr/clea/lunap/html/Relativite/RelatRestApprof2.html, quant à moi, je vais essayer de l’expliquer en français sans devenir rasoir. C’est parti : Donc cette expérience s’appuie sur l’interféromètre de Michelson, schématisé ci-dessous, l’idée est que, la lumière va parcourir deux chemins optiques différents à partir de la séparatrice avant d’arriver sur un écran. On calcule la différence de chemin optique, et on constate en effet que les chemins ne sont pas égaux, donc qu’il y aura interférence sur l’écran. (même principe que pour les trous d’Young, les deux trajets créent deux sources de lumière cohérentes, et la différence de marche crée les interférences) L’idée est que selon l’orientation de l’interféromètre, la différence de chemin optique devrait changer, et les interférences observées devraient être différentes ; ce n’est pourtant pas le cas ! :S

    Morley et Michelson pensèrent que la différence était trop faible pour être calculée, mais toutes leurs nouvelles tentatives n’aboutirent pas ! Les physiciens restèrent dépités devant ces résultats. :dry:

    Ces résultats négatifs ont conduit plus tard à la théorie de la relativité d’Einstein ; le temps et l’espace ne sont pas absolus ! Costaud ce petit nuage quand même… B)

    PS : Je dois t’avouer BaT que je n’en avais jamais entendu parler, mais d’après ce que j’ai vu, il a l’air plutôt productif au niveau de ses ouvrages ! 😉

  • Participant
    Posts294
    Member since: 12 avril 2012

    Le rayonnement du corps noir :

    Les physiciens se sont en effet intéressés aux relations qui existent entre la température des corps chauds et leur couleur, ou en d’autres termes, aux relations entre les rayonnements émis par la matière lorsqu’on la chauffe, ou lorsqu’on l’éclaire.
    La loi expérimentale de Wien, énoncée à la fin du XIXème siècle, permettait jusque-là d’établir cette relation, mais uniquement pour les longueurs d’onde allant jusqu’à l’ultra-violet. La loi de Rayleigh-Jeans, elle, fonctionne uniquement pour les grandes longueurs d’onde, au contraire de la précédente. Vous me direz donc, et ben tant mieux, on prend du scotch, on bricole un peu et on a une espèce de loi rafistolée, certes, mais qui décrit toutes les longueurs d’onde ! Oui, mais non, car il faut une loi unique, une belle loi, pas un truc bricolé dans l’idéal théorique !

    De plus, un autre résultat effraie quelque peu les physiciens, Hertz a découvert qu’en exposant une plaque de métal à une lumière ultra-violette, cette dernière se charge électriquement, c’est donc que la lumière peut transmettre de l’énergie ! Bon jusqu’ici, tout va plutôt bien, pas besoin d’avoir peur. En plus les scientifiques se rendent compte que le nombre d’électrons projetés est proportionnel à l’intensité de la lumière, mais le couac, c’est que leur vitesse ne dépend pas de l’intensité mais de la fréquence d’émission. Ce qui signifie, que plus la fréquence est grande, plus la vitesse est importante, mais ce qui permet aussi de définir un seuil de fréquence, sous lequel il n’y a plus propagation d’électrons. Et là c’est le drame ; rien dans la physique classique ne peut l’expliquer… Vous voyez où je veux en venir j’en suis sûr ; la physique classique ne suffit plus, faisons place à la physique quantique ! Bon en réalité, c’est pas aussi simple, ça ne se fait pas comme ça, en un claquement de doigts, il va falloir passer par des soucis capillaires pour de nombreux physiciens, et par l’intervention de génies scientifiques, donc tout d’abord, place à Max Planck :

    Premier acte, octobre 1900 : « l’hypothèse des quanta »

    Max Planck formule l’hypothèse que l’énergie thermique ne peut s’échanger avec le rayonnement lumineux que par paquets et non de façon continue comme on le pensait jusqu’alors. Et ça, c’est une horreur pour les physiciens ! D’ailleurs ces paquets sont minuscules, déterminés à l’aide de la constante de Planck, qui reste aujourd’hui la plus petite constante de l’univers de la physique : h=6.62 ×〖10〗^(-34). Et la loi qui va avec : E=h × υ. (E est le quanta d’énergie)

    Bon il faut comprendre, à ce stade-là, que la physique s’est déjà prise un sacré uppercut, elle a titubé, mais c’est remis d’aplomb. Mais là encore, c’était sans compter un certain Albert Einstein ! Mais ce coup-ci, même Planck sera mis K.O

    Second acte, année 1905 : « Sur un point de vue heuristique concernant la production et la transformation de la lumière »

    Einstein est tout à fait d’accord avec les travaux de Max Planck, la nouvelle star de la physique, mais il a même envie d’aller plus loin (trop loin pour certains), il l’annonce : la lumière est quantifiée ! Il envoie d’ailleurs son travail à Max Planck, autant vous dire que le vieux briscard l’a pas trop bien pris, et lui a dit en quelques sortes d’aller voir ailleurs et d’arrêter de l’emmerder. Eh oui, non mais, quel culot, c’est pas n’importe qui M. Planck, et c’est pas un jeune qui va lui apprendre la physique ! Les travaux d’Einstein ne sont donc pas vraiment accueillis chaleureusement, et encore moins acceptés par la communauté scientifique.

    Pourtant Einstein n’a pas inventé ce qu’il dit, il a résolu l’effet photoélectrique, alors resté sans réponse, grâce au postulat de Planck et de sa constante ! Mais pour se faire, il a osé dire que la lumière est un phénomène discontinu, et que chaque petit paquet d’énergie défini par Planck, est à relié à un « grain de lumière », qu’on appelle aujourd’hui photon. Mais à l’époque, ça ne passe pas, et il faudra une bonne dizaine d’années pour faire changer les mentalités des scientifiques !

  • Admin bbPress
    Posts6309
    Member since: 5 août 2017

    Très bien expliqué, même si j’ai été quelque peu confus lors de l’explication de l’éther, mais je connaissais déjà l’expérience de Michelson et Morley 😛

    Sinon, tu as de bons documentaires ou conférences à partager en lien avec la physique?

    La guerre a été écrite dans le SANG...
    Pour le reste, il y a le FORUM DE LA GUERRE!!!

  • Participant
    Posts294
    Member since: 12 avril 2012

    Disons que l’éther est une construction de l’esprit des scientifiques avant le XXème siècle pour expliquer certains phénomènes 😛

    Je m’appuie pour beaucoup sur mon cours de physique, qui était d’ailleurs excellent, mais sinon il y a un site qui vulgarise pas mal aussi là-dessus, qui m’a donné quelques idées, le voici : http://www.podcastscience.fm/dossiers/2013/04/19/la-genese-de-la-physique-quantique/

    Suite :

    En 1913, N. Bohr propose de rajouter quelques pincées de discontinuité au cœur de l’atome. Kesako exactement ? Et bien c’est assez simple à comprendre, encore faut-il savoir de là où l’on part, alors soit, petit flashback :

    Rutherford, un autre scientifique, je sais que ça commence à faire beaucoup, mais que voulez-vous, il faut de tout dans le monde, même de physiciens ! Donc je disais, Rutherford dévoile en 1910 un modèle planétaire de l’atome. Encore une fois, kesako ? Et bien, au centre de l’atome se trouve le noyau, le « soleil de l’atome », et autour de lui, en orbite, se trouvent les électrons. Jusqu’ici rien ne cloche, mais, car il y a toujours un mais, pour rester en orbite, les électrons ont besoin d’une certaine vitesse, et pour conserver cette vitesse, il leur faut de l’énergie, le problème, c’est que d’après les calculs de l’époque, l’électron finirait, faute d’énergie, par venir s’écraser sur le noyau ! Après tout, pourquoi pas ? Et bien parce que ceci entrainerait l’instabilité de la matière ! Vous allez me dire, il suffit que la matière ne devienne instable qu’au bout de milliards de milliards de milliards d’années, et puis on est tranquille, nous on ne sera plus là. Certes, mais d’après les calculs, en moins d’un millième de seconde, l’électron viendrait se crasher sur le noyau. Autrement dit, aucune stabilité de la matière, pas vraiment évident à prouver expérimentalement puisque nous existons ! :dry:

    C’est là que N. Bohr apporte quelque chose, il propose que les électrons ne puissent changer d’orbite de manière continue. Il faut donc un « saut » à l’électron pour changer d’orbite ; s’il reçoit l’énergie nécessaire, il « grimpera » d’une orbite, sinon en cédant de l’énergie, il pourra « descendre » d’une orbite. Ces quantités d’énergie qu’il gagne ou perd, ce sont des photons.

    Et alors là, c’est la fiesta chez les scientifiques, N. Bohr assure à son nom la pérennité, son modèle explique quantité de phénomènes atomistiques. B)

  • Participant
    Posts194
    Member since: 10 mai 2017

    Ce qui est bien c’est que ces “orbites”, représentent des niveaux d’énergies précis et calculables. Un atome ne peut pas sauter à peu près à un niveau mais seulement exactement dessus.

    Ce qui est intéressant c’est que ce qu’on a appris en cours, c’est exactement ça mais il n’est mentionné nul part que c’est de la physique quantique, alors que c’est la base même.

    Ce qui est intéressant c’est que la matière (les atomes), ne sont apparus que 380 000 ans après le big bang.

  • Participant
    Posts45
    Member since: 28 février 2017

    Tu cas poursuivre car c’est bien expliqué et tu as piqué ma curiosité.

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