Physique quantique : des deux « nuages » à l’intrication

Intervenant 10:00

Bienvenue à toutes et à tous dans le podcast du magazine Tangente. Si on imagine un instant que la chaise sur laquelle on est assis n'est pas vraiment solide, ça donne un peu le vertige.

Intervenant 20:11

Ah oui, c'est sûr. Parce qu'en ce moment même, à l'échelle microscopique, cette chaise n'est finalement qu'une gigantesque équation mathématique, un brouillard de probabilités en fait.

Intervenant 10:22

Voilà. Et ce brouillard n'a pris une forme concrète que parce qu'on interagit avec lui. Alors dit comme ça, ça ressemble vraiment à de la très mauvaise science-fiction.

Intervenant 20:30

Tout à fait. Mais c'est pourtant exactement la conclusion inévitable à laquelle nous amènent les mathématiques de la physique quantique.

Intervenant 10:37

Et c'est pour ça qu'aujourd'hui, on entame une exploration fascinante, une véritable plongée dans les sources de l'une des plus grandes révolutions intellectuelles de l'histoire des sciences.

Intervenant 20:46

C'est ça. Notre mission pour cette analyse, en se basant sur les documents d'époque qu'on a rassemblés, c'est de comprendre comment la physique classique a été, disons, complètement détruite pour laisser place à ce monde quantique.

Intervenant 10:59

Oui, un monde totalement contre-intuitif. Et pour bien visualiser la situation, dans les années 1890, on pourrait comparer la physique classique de l'époque à un immense puzzle de, disons, 5000 pièces.

Intervenant 21:13

Une très belle image, oui.

Intervenant 11:14

Les physiciens viennent tout juste de poser ce qu'ils pensent être la toute dernière pièce. L'image globale est magnifique, elle est d'une cohérence absolue, sauf que...

Intervenant 21:23

Sauf qu'en regardant de très près, il reste un petit souci.

Intervenant 11:27

C'est ça. Sur le bord de la table, il reste deux minuscules pièces. Deux pièces qui refusent obstinément de s'emboîter dans le décor. Et le plus fou dans cette histoire, c'est que pour faire entrer ces deux petites pièces, il n'a pas suffi de forcer un peu dessus.

Intervenant 21:42

Ah non, pas du tout. Il a fallu balayer le puzzle entier par terre. Il a fallu repenser la nature même de l'image. Et je dois dire que cette allégorie du puzzle illustre parfaitement l'arrogance intellectuelle de l'époque.

Intervenant 11:55

Ou disons la très grande confiance des scientifiques de la fin du XIXe siècle.

Intervenant 21:59

Voilà, c'est le contexte essentiel de nos sources. À l'époque, la thermodynamique décrit parfaitement la chaleur, la mécanique newtonienne régit les astres, et surtout, surtout, James Clerk Maxwell vient de réaliser une synthèse magistrale.

Intervenant 12:12

Avec ses fameuses équations de l'électromagnétisme.

Intervenant 22:15

Exactement. Il a unifié l'électricité, le magnétisme et l'optique. D'un coup, on comprend que la lumière est une onde électromagnétique. Les physiciens ont littéralement l'impression d'avoir craqué le code source de l'univers.

Intervenant 12:28

C'est l'euphorie totale. D'ailleurs, on lit dans nos documents que Lord Kelvin, qui est une sommité absolue à l'époque, déclare lors d'une conférence que la physique physique forme un ensemble, je cite, « parfaitement harmonieux et pratiquement achevé ».

Intervenant 22:42

Pratiquement, oui. Parce qu'il concède tout de même un petit détail. Il parle de deux petits nuages sombres, selon son expression, qui viennent obscurcir ce ciel parfaitement dégagé.

Intervenant 12:53

Deux petits nuages. Et on sait ce qu'ils représentent aujourd'hui ?

Intervenant 22:56

Tout à fait. Le premier nuage, c'est l'expérience de Michelson et Morley. Ils cherchaient à mesurer la vitesse de la Terre dans l'éther, et ça s'est soldé par un échec

Intervenant 13:05

retentissant. Ce qui donnera plus tard la théorie de la relativité restreinte avec Einstein.

Intervenant 23:11

C'est ça, mais c'est le second nuage qui va vraiment faire s'effondrer notre puzzle classique aujourd'hui. C'est un phénomène très spécifique qu'on appelle le rayonnement du corps noir.

Intervenant 13:21

Alors là, il faut vraiment qu'on s'arrête une seconde. Parce que j'ai regardé la définition de ce fameux corps noir dans nos documents et j'ai été franchement perplexe.

Intervenant 23:31

Ah bon ? Qu'est-ce qui vous a

Intervenant 13:33

surpris ? C'est pas un trou noir galactique, ou je ne sais quelle matière exotique. C'est simplement un modèle expérimental, en gros un four. Un four chauffé à une certaine température, avec un trou minuscule sur une face pour laisser échapper la lumière qu'il émet.

Intervenant 23:49

Oui, c'est exactement ça. Un simple four percé.

Intervenant 13:52

Mais comment est-ce possible qu'un objet aussi trivial qu'un four ait pu mettre en échec les magnifiques équations de Maxwell ?

Intervenant 23:59

C'est parce que les équations de Maxwell, quand on les combine à la thermodynamique classique, prédisent pour ce four quelque chose de physiquement impossible. C'est ce qu'on appellera plus tard la catastrophe

Intervenant 14:11

ultraviolette. Un nom de film de science-fiction encore une fois.

Intervenant 24:14

C'est vrai. Pour faire simple, selon la physique classique de l'époque, l'énergie thermique à l'intérieur du four doit se répartir équitablement entre toutes les longueurs d'ondes possibles du champ électromagnétique.

Intervenant 14:25

D'accord. Donc l'énergie se distribue. Jusque-là, on suit. Mais où est le blocage mathématique au juste ?

Intervenant 24:32

Le blocage, il vient du fait qu'il y a une infinité de longueurs d'ondes possibles, surtout quand on va vers les très courtes longueurs d'ondes comme l'ultraviolet, les rayons X, etc. Et

Intervenant 14:40

comme il y en a une infinité…

Intervenant 24:42

Voilà. Si chaque petite onde prend sa part d'énergie, les mathématiques classiques de Rayleigh-Jeans dictent que plus la longueur d'onde est courte, plus l'intensité du rayonnement doit littéralement exploser.

Intervenant 14:53

Attendez, exploser jusqu'à quel point ?

Intervenant 24:56

Jusqu'à l'infini.