Imprimer l'article
La vision classique de la physique
Mais revenons maintenant au concept de « dualité onde-particule ». Si la lumière est formée de particules comme nous l’affirmons, comment se fait-il qu’elle montre les caractéristiques d’une onde ? Et si la lumière se comporte ainsi, est-ce que d’autres particules ont le même comportement ?
Hé bien oui ! En répétant l’expérience de Young avec un faisceau d’électrons, des atomes et même des molécules, nous observons le même résultat. Mais comment expliquer cela ? Pour se faire, nous devons tout d’abord réintroduire quelques concepts du point de vue de la mécanique quantique.
Lorsqu’en mécanique classique, l’outil que nous utilisons pour décrire le monde macroscopique, nous voulons indiquer la position d’un objet, nous disons simplement : « il est là ! ». Nous sommes capables de dire que par exemple notre voiture est garée à tel ou tel emplacement. En mécanique quantique tout cela change. La position des objets ou des particules n’est plus décrite par un point dans l’espace, mais par ce que nous appelons une « amplitude de probabilité ». Celle-ci va nous dire : « l’objet a une probabilité de 25% de se trouver à tel endroit, de 10% de se trouver à tel autre endroit, … ». Le système n’est plus décrit comme étant à un certain endroit à un certain moment, comme c’était le cas en mécanique classique.
Imaginez par exemple une maman qui envoie son fils à l’école. Elle peut dire : « il y a 80% de chance qu’il soit à l’école, mais également 10% de chance qu’il soit au parc ou 10% de chance qu’il soit au cinéma s’il décide de faire l’école buissonnière ».
À ce stade, les choses peuvent encore paraître simples, il suffirait de tenir compte de l’ensemble des possibilités. Mais en réalité, les amplitudes de probabilité ne sont pas discrètes mais continues (à l’inverse de l’analogie de la bouteille donnée précédemment) et peuvent s’étendre dans tout l’espace. Cela veut dire qu’il y a une probabilité non nulle qu’un électron qui se trouve un instant devant vous, se trouve à un autre instant à l’autre bout de l’univers, bien que cette probabilité soit extrêmement faible ! En pratique, l’amplitude de probabilité de l’électron peut être considérée comme nulle au-delà de la taille de la molécule. Comme dit précédemment, l’électron n’est plus vu comme une planète orbitant autour du Soleil, mais comme un nuage au sein duquel l’électron a telle probabilité d’être présent à tel ou tel endroit.
Qu’est-ce que ceci a à voir avec le comportement ondulatoire de la lumière ?
Le comportement ondulatoire apparaît lorsque nous voulons décrire l’évolution de l’amplitude de probabilité dans le temps. Prenons par exemple l’expérience des fentes de Young. A un moment donné, la lumière va passer par une des fentes et aura donc une certaine amplitude de probabilité. Celle-ci dira que la lumière a 50% de chance de passer dans l’une ou l’autre fente (si nous ne tenons pas compte des photons qui se cognent sur plaque). Plus tard, ce même photon atteint le mur et est donc décrit par une autre amplitude de probabilité. Mais les deux sont reliées ! L’amplitude de probabilité au mur est décrite par celle aux fentes car si vous bouchez les deux fentes, aucun motif ne sera visible sur le mur. Il y a donc une évolution de l’amplitude de probabilité.
Lorsque nous regardons comment est décrite cette évolution, nous nous rendons compte que les équations sont celles qui décrivent la propagation d’une onde !
