Promenades dans le Monde Quantique

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2e promenade: A travers les obstacles

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Il n'y a pas que le boomerang qui revienne en arrière! Il n'y a pas que le vent et les feuilles qu'il souffle qui zigzaguent imprévisiblement. D'autres phénomènes naturels peuvent suivre des chemins sinueux. Je pense en particulier aux sons. Pourvu que les portes soient ouvertes, le moindre cri s'entend dans toutes les chambres d'un appartement. Le son s'élance dans chaque direction, se faufile dans les labyrinthes, s'installe dans les recoins et revient même par l'écho. Il contourne les obstacles, de sorte qu'on entend parfaitement un violoniste derrière un paravent!

... [ Image d'un violoniste derrière un paravent ] ...

Suivons ce chemin qui mène au lac. Je veux profiter du vent incessant; il doit y avoir de fortes vagues, bien soutenues. Allons les observer à l'entrée du port, elles nous montreront des phénomènes intéressants.

... [ En chemin l'auteur explique pourquoi les sons contournent les obstacles. Arrivés au lac il montre les vagues qui entrent dans le port puis se répandent parmi les bateaux. ] ...

Entrée des vagues dans un port

Nous voilà en présence d'un phénomène déjà discuté. La progression des vagues contourne des obstacles, ici la jetée et les constructions du port. Ce phénomène curieux s'explique aussi aisément que dans le cas des sons.

... [ Explication du contournement des obstacles par les vagues. ] ...

Permets-moi un peu de théorie. Cela sera parfois nécessaire, rarement je le souhaite. La description des vagues est délicate, car elle superpose deux oscillations différentes, l'une dans l'espace, l'autre dans le temps.

D'abord dans l'espace. Observons une vague à un instant précis, ce que donnerait une photo par exemple. On obtient une image répétitive du type suivant.

La longueur d'onde

La distance entre deux crêtes consécutives est appelée la longueur d’onde, et sera notée par la lettre grecque λ (lambda).

Enfin dans le temps. Prenons rapidement une multitude de photos à un endroit précis. Puis plaçons-les côte à côte, dans l’ordre où on les a prises. On obtient un film d’allure suivante.

La fréquence

On observe une oscillation dans le temps, cette fois. La durée entre deux crêtes consécutives est la période, notée τ (tau).

Le mouvement de la vague superpose ces deux oscillations, celle dans l’espace, visible sur la photo, de longueur d’onde λ, et celle dans le temps, vue sur le film, de période τ.

... [ Il existe donc deux types de propagation dans la nature, celle des ondes, comme les vagues, qui peuvent contourner les obstacles, et celle des projectiles, comme un jet de cailloux, qui n'y arrivent pas, ce que nous montre l'expérience quotidienne. ] ...

Jet d'atomes contre un écran percé

Répétons l’expérience, en changeant seulement d’échelle.

Des atomes sont lancés par un canon approprié contre un écran percé de deux trous minuscules. Un écran sensible est installé juste derrière. L’expérience entière est réalisée dans le vide.

On observe l’écran sensible avec un fort grossissement. On obtient l’image surprenante suivante.

Impacts d'atomes sur l'écran sensible

Autour de l’image des trous (les deux cercles sur la figure), on observe une alternance de zones foncées (qui ont reçu des atomes) et des zones claires (qui n’en ont pas eu). Les zones foncées dépassent nettement l’image des trous; les atomes sont donc capables de contourner les obstacles, comme les vagues!

Comment peut-on expliquer ces étranges résultats? Je te vois t’agiter, lecteur: parle, j’écoute tes suggestions.

... [ Le lecteur propose diverses explications à ce phénomène. Il fait preuve de tant de fantaisie qu'il embarrasse l'auteur, qui conclut la promenade. ] ...

Quel esprit habile, lecteur! Tant de questions auxquelles je ne sais que répondre! Mais le temps se gâte, fort à propos. Voilà les premières gouttes d’une pluie qui risque d’être torrentielle et qui me tire d’embarras. Je ne veux pas être trempé, je cours à la maison. A dimanche prochain!



3e promenade: les atomes Extraits


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