Le Monde 
               Quantique

Lettre d'avril 2011 100000000000000000000Retour à Journal

Promenades dans le Monde Quantique

De la structure atomique au rayon laser

102e édition, 168 pages, Edition Quantum Walks

Au cours de dix promenades divertissantes un physicien invite un lecteur imaginaire à s'initier à la Physique Quantique. Tout en marchant il lui décrit les raisons de cette science étrange, commente ses solutions, discute des problèmes en suspend et laisse même quelques fois la parole au lecteur. Le projet est téméraire: comment raconter, tout en badinant, une des théories les plus complexes de la Physique du XXe siècle? sans tableau noir, sans papier, sans formule, sans mathématique? Notons que l'auteur s'appuie quand même sur quelques dessins.

Renouveler le genre de la popularisation

Le but est justement d'être contraint à renouveler le genre de la popularisation (pour une fois le terme anglais est préférable au français "vulgarisation"), à repenser la présentation de la Physique, pour créer une nouvelle démarche qui tente d'associer le lecteur à la grande construction de la Science.

Il s'agit en fait de décrire les expériences, le plus simplement possible, de montrer pourquoi certains résultats posent problème, d'analyser les causes des blocages, puis d'expliquer comment la Science s'en tire, quand elle s'en tire, en trouvant de nouvelles voies, parfois grâce à de nouvelles hypothèses. Tout cela dans la plus grande transparence possible, afin que le lecteur ait les outils en main pour saisir comment les questions et les réponses s'articulent et juger de la pertinence des solutions. La rigueur scientifique doit pouvoir s'exercer pleinement dans cette démarche. Bien sûr, en excluant les formules mathématiques, il manque la possibilité de vérification numérique entre théorie et mesures expérimentales, justification ultime de la Physique. Sur ce point, et seulement là, il sera demandé au lecteur de faire confiance aux physiciens.

Cette démarche est née de nombreuses réflexions soulevées par les questions suivantes: que retient le lecteur après avoir lu un traité de popularisation? A-t-il vu qu'il s'agit d'une construction, où les divers éléments s'agencent comme les pierres d'une cathédrale? Pourrait-il la reconstruire après avoir fermé le livre? Puis la reproduire pour l'expliquer à d'autres personnes?

Exemples

Donnons des exemples de la façon dont s'y prennent les Promenades dans le Monde Quantique. Comme la Physique Quantique est très vaste et que le livre veut entrer dans des détails, l'exposé se limite à deux sujets essentiels. D'abord la découverte de l'explication de la structure atomique (qui permet de comprendre les bases de la Chimie), puis celle de la nature de la lumière (qui conduit à la découverte du rayon laser).

La première promenade est une introduction, où le narrateur commente le spectacle de la nature sous ses yeux en montrant qu'il y a des éléments continus et d'autres qui ne le sont pas.

Blocages de la Physique Classique

Les deux promenades suivantes discutent des échecs de la Physique Classique. Malgré d'innombrables succès, des domaines entiers de la Nature lui échappaient. Elle ne parvenait pas vraiment à traiter la matière et balbutiait sur la structure des atomes. Leurs propriétés chimiques restaient un grand mystère. L'interaction entre matière et lumière était aussi obscure. De plus certaines expériences montraient que les atomes en mouvement se comportent comme des ondes, ce qui ajoutait de la confusion.

On associe aux particules de curieuses ondes

Pour sauver la situation il fallait de l'audace. La quatrième promenade propose rien de moins que d'associer une onde à chaque particule en mouvement, qui prenne en charge les aspects ondulatoires montrés par les expériences. Au début ce n'est qu'une hypothèse pour sauver la situation...

Ondes stationnaires et discontinuité de l'énergie

... Mais les atomes sont plus coriaces! Puisque les électrons restent éternellement près du noyau il faudrait leur associer des ondes qui ne se déplacent pas! Or de telles ondes existent dans la nature, par exemple les vibrations d'une corde de violon! L'énergie de ces ondes dépend du nombre de nœuds, ces points qui restent fixes. Or ces points engendrent un ensemble discontinu, et il en va de même de l'énergie de ces ondes. On s'approche ainsi des donnés expérimentales des atomes.

La toupie quantique et le spin explique Mendeleïev

Le comportement surprenant de la toupie est discuté, ce qui permet d'introduire des grandeurs physiques comme le moment cinétique et le spin (5e et 6e promenades). La mesure de ces grandeurs offre encore une surprise: on n'obtient que des valeurs discontinues! En reportant dans un tableau les différents cas qui se présentent, on trouve presque le tableau de... Mendeleïev! Tout doucement la Physique entr'ouvre la porte de la Chimie...

La discontinuité de la lumière et le rayon laser

Comme la matière, la lumière aussi est formée de grains, les photons. Ce qui n'était qu'une hypothèse, la toute première idée quantique, est devenu une réalité technologique qui donna naissance, entre autre, au rayon laser, universellement utilisé aujourd'hui. Cette aventure est racontée au cours des 8e et 10e promenades.

Fondements de la Physique Quantique

Deux promenades se proposent d'interrompre le récit pour réfléchir quelque peu. La 7e demande au lecteur de donner son opinion sur ce qui lui a été raconté. Il s'en suit un dialogue qui, au lieu de clarifier les notions, ne fait que soulever des ambiguïtés! Eh oui, cette physique est vraiment bizarre... La neuvième promenade se lance dans un résumé de tout ce qui précède, pour mieux le saisir. Elle s'y prend à deux fois, en prenant chaque fois plus de hauteur.

En conclusion

La dernière promenade se termine par un nouveau dialogue entre l'auteur et son lecteur, sorte de dialogue de sourds entre un scientifique et un littéraire. Ils ne donnent pas le même sens au mot "comprendre"... Puis leur conversation dévie et comme par hasard ils finissent par se trouver... sur la même longueur d'onde!

Un premier appendice établit l'ordre historique des découvertes et présente leurs auteurs (souvent même pas cités dans les Promenades!), et un deuxième appendice donne un petit exposé de physique pour les lecteurs qui n'ont pas peur des formules mathématiques.

Le livre des Promenades dans le Monde Quantique a-t-il atteint son but? Le lecteur, a-t-il participé à la construction de la Science? Oui si j'en juge par les réactions qui ont suivi la parution de la première édition, non si j'extrapole en pessimiste l'avis de ceux qui se sont tus! La réponse finale est donnée aux lecteurs et je l'attends impatiemment!

Pour plus de détails sur le livre ainsi que pour des extraits de quelques chapitres zappez sur Promenades dans le Monde Quantique.


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