Imprimer l'articleLa vision classique de la physique
Dans les points précédents, nous avons introduit la dualité onde-particule qui est une des pierres angulaires de la mécanique quantique et qui est également un point assez difficile à accepter. Mais avant de développer plus le sujet et d’expliquer ce qu’il en est réellement, nous devons nous pencher sur ce qui est appelé la « catastrophe ultraviolette ».
À l’aide des modèles physiques et mathématiques dont disposaient les physiciens des années 1900, ils furent capables de prédire quel serait le spectre d’émission du soleil. Par spectre d’émission, nous entendons : quel est le nombre de photons émis à une certaine fréquence ou énergie (les deux étant reliés comme l’a démontré Einstein). Un parallèle avec le tennis serait de voir combien de fois un joueur effectue un coup-droit, un revers, une volée, … et d’en faire un graphique. Nous avons alors une idée de comment le joueur joue et du nombre de fois qu’il utilise chaque frappe. De même, à l’aide d’un spectromètre, nous avons une idée de combien de photons sont émis à une certaine fréquence.
En observant le Soleil à l’aide de télescopes équipés de spectromètres, les physiciens ont pu comparer les prévisions théoriques aux résultats expérimentaux. Et comme le laisse entendre le nom de catastrophe, les deux n’étaient absolument pas en accord. En théorie, le Soleil aurait dû émettre une quantité énorme de lumière très énergétique qui n’aurait laissé aucune chance à la vie sur Terre. L’expérience montre naturellement que ceci n’est pas le cas et qu’il faut donc revoir la théorie.
La solution fut apportée par Max Planck qui proposa que l’énergie des photons émis par le Soleil doit adopter des valeurs discrètes.
Qu’entend-t-il par là ?
Lorsque l’on parle d’énergie discrète, cela veut dire que les photons ne peuvent pas avoir n’importe quelle énergie. Lorsque par exemple vous remplissez une bouteille d’eau d’un litre, vous pouvez choisir de la remplir avec un doseur de 1 dl, 1.1 dl, 3.1415… dl, bref n’importe quelle quantité d’eau. Il s’agit donc d’un phénomène continu car vous avez une infinité de choix. Si maintenant quelqu’un ou quelque chose vous impose de remplir votre bouteille avec un doseur de précisément 1 dl ou 2 dl ou 3 dl, vous avez un nombre restreint de possibilités. On parle alors d’un phénomène discret.
Il en va de même pour les photons émis par le Soleil. Ceux-ci ne peuvent pas porter une quantité quelconque d’énergie mais sont limités dans leur « choix ». L’énergie des photons est un multiple entier d’une certaine valeur. Elle est dès-lors quantifiée d’où le nom donné à la mécanique quantique.
En mécanique quantique, les propriétés des objets sont quantifiées. Les photons sont ainsi des « quantas » de lumière qui portent une quantité donnée d’énergie.
