Mécanique quantique:le principe de superposition.

 Mécanique quantique. Alors, la mécanique quantique qu’est-ce que? Et bien, c’est la meilleure théorie dont on dispose à l’heure actuelle pour comprendre et expliquer le comportement de la matière au niveau microscopique. Microscopique ça veut dire les atomes et puis tout ce qu’il y a de plus petit que les atomes et notamment toutes les particules comme les protons, les électrons, les photons etc...  grandes idées qui sont vraiment au cœur de la mécanique quantique et dont vous allez voir qu’elles sont toutes fortement contre-intuitives. Elles nous montrent que le monde au niveau microscopique fonctionne d’une manière bien différente de ce dont on a l’habitude à notre échelle.

La première idée c’est la plus importante parce que c’est celle dont tout découle. On l’appelle le principe de superposition.

Alors pour comprendre ce que c’est, on va commencer par considérer des objets qui sont macroscopiques. Alors par exemple une balle de tennis ou la lune ou bien même un grain de sable qui voltige. Tous ces objets sont trop gros pour obéir aux lois de la mécanique quantique. On dit que ce sont des objets classiques. Si vous considérez un objet classique, comme par exemple une balle de tennis à un instant donné, elle a une certaine vitesse et elle se trouve dans une certaine position de l’espace. On dit qu’elle est dans un état bien défini. Et bien ça au niveau quantique, ça n’est plus vrai, c’est-à-dire que les objets quantiques peuvent être dans plusieurs états à la fois. Ça veut dire par exemple qu’un électron peut être à la fois, ici et là ou bien aller, en même temps, à 1000km/s et à 2000km/s. Un électron peut être dans deux états à la fois. C’est bizarre, non? Mais il va falloir vous y habituer parce que dans le monde quantique, ça se passe comme ça. Les objets peuvent être dans plusieurs états à la fois, ils peuvent être dans plusieurs états superposés et c’est pour ça qu’on appelle ça le principe de superposition. Alors, pour faire face à cette possibilité un petit peu bizarre, les physiciens ont été obligés d’inventer une notation particulière. On va décrire chaque état entre une barre et un crochet, comme ça et donc, par exemple, pour dire que l’électron va simplement à 1000km/s, on écrit ça et quand un objet est dans plusieurs états à la fois, on ajoute les états, on les superpose. Donc par exemple, pour dire qu’un électron va à la fois à 1000km/s et à 2000km/s, on écrit ça. Dans cette histoire on n’est pas du tout obligés de se limiter à superposer deux états, on peut en superposer 3, 4, 5 et même une infinité. Un exemple très classique, c’est que quand un électron tourne autour d’un proton, dans l’atome d’hydrogène, il est sur tous les points de son orbite à la fois. Evidemment, vous voyez à quel point ça contraste avec ce dont on a l’habitude au niveau macroscopique.