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la mécanique quantique / quantum mechanics

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Rajae Sammaniétudiante à université hassan2- faculté des sciences et techniques

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la mécanique quantique / quantum mechanics

  • 9. Commençons... • A la fin du XIXème siècle, les lois de la nature semblaient totalement connues à travers la théorie de la gravitation ‘’Newton’’ et de l’électromagnétisme ‘’Maxwell ET Faraday’’.
  • 12. Pendant le 20ème, la physique classique ou newtonienne n’a pas pu expliquer beaucoup de nouveaux expériences !
  • 13. ‘’c’est vrai que la pauvre a essayé mais c’était insuffisant et obscur!’’
  • 16. Pourquoi vous êtes surpris ? mais, oui je parle de la lampe!
  • 17. Thomas Edison , quand il a inventé la lampe ,il avait comme but : s’éclaircir notre vie. Mais, les physiciens n’ont jamais s’arrêté de poser les questions? Alors, les problèmes commencent…
  • 18. Questions!! Les physiciens disent: ‘’ lorsqu’on chauffe le filament par un courant électrique ; il émet une lueur ! ‘’
  • 19. Le problème c’était que : lorsqu’on augmente la température c.-à-d. lorsqu’on augmente l’intensité du courant électrique; la couleur de cette ‘’lueur’’ change de rouge en orange en jaune en…
  • 21. ? Et de quel couleur vous croyez qu’elle va se transformer
  • 24. Oui; et c’est ca le problème ! Même si on augmente la température la couleur va au jaune et après …stop! Alors pourquoi on n’a pas eu la couleur bleue? Pourquoi?
  • 25. Alors la physique qui explique ce phénomène n’était pas encore découverte ! Autrement dit la physique qui explique la relation entre la température du filament et la couleur du lumière produit!
  • 27. En 1900,le physicien allemand max Planck a décidé de travailler durement afin de répondre à notre question ‘’ pourquoi la couleur de lumière ne se transforme pas en bleu?
  • 28. Pour cela, monsieur Planck et quelques amis ont crée ce qu’on appelle the ‘’black body’’ ou le ‘’corps noir’’
  • 29. Lorsqu’on chauffe ce corps noir, il émet des ondes électromagnétiques dans un domaine de longueurs d’ondes caractéristique de sa température.
  • 30. Alors, on a chauffé et chauffé et chauffé et chauffé et chauffé et chauffé et chauffé et chauffé et chauffé et chauffé et chauffé et chauffé et chauffé …mais rien de bleu apparait !
  • 31. Pourquoi il est trop difficile d’arriver à ce ‘’bleu’’ et à ses amis aussi c.-à-d.’’les ultras violets!!!
  • 32. Croyez-moi-même avec la température du soleil qui peut arriver jusqu’au 5000°C !
  • 33. Les scientifiques du 19ème siècles étaient perplexes et impuissants? Ils ont appelé ce phénomène par : ‘’catastrophe des ultras violets ou catastrophe ultraviolette‘’
  • 34. Alors notre ami Planck a pris un pas vers la solution, ce qui veut dire qu’il a pu trouver une relation mathématique entre la couleur du lueur (fréquence) et l’énergie de cette lueur !
  • 36. Mais lui-même il n’a pas pu comprendre la nature de ce linkage!
  • 37. jusqu'à ce qu’une autre expérience était mise en scène afin de mettre les points sur les iiiiiiiiiiiii !
  • 38. Mesdames et messieurs je vous présente ‘’l’électroscope’’
  • 39. Quand on charge la tige, les feuilles se chargent à leur tour et se repoussent mutuellement!
  • 41. Maintenant prenons la lumière rouge et la posons sur la boule métallique!
  • 43. Même si on augmente l’intensité de lumière!
  • 44. Essayons une autre fois mais avec une lumière bleu !!! C.-à-d. une lumière d’ultra violet
  • 45. Et maintenant, les feuilles ne sont plus écartées!
  • 47. Les feuilles ne sont plus écartées ce qui veut dire qu’on n’a plus de charges! Et qui veut dire aussi que la lumière bleu a pu effacer et enlever ces charges. La chose que la lumière rouge n’a pas pu la faire!
  • 48. C’est ca ce qu’on appelle: ‘’la photoélectrique’’
  • 49. La catastrophe ultraviolette et la photoélectrique ont été les grands problèmes des physiciens de 19ème siècle parce qu’ils n’ont pas pu les expliquer malgré l’utilisation des meilleures sciences de cet époque là!
  • 51. Oui les sciences qui ont pour base: le caractère ondulatoire de la lumière!
  • 52. Autrement dit: la lumière se comporte comme un vague !
  • 53. Vous voulez un exemple?
  • 54. Les bulles de savon!!!!
  • 55. C’est un phénomène connu surtout par les enfants …les couleurs dans les bulles sont incroyables !!
  • 56. Ce phénomène est facile à expliquer si on accepte le comportement ondulatoire de la lumière!
  • 57. Une bulle de savon est essentiellement un peu d’air entouré d’une pellicule de savon. Mais cette pellicule a en fait une épaisseur : il s’agit de deux plaques de savon entourant un tout petit peu d’eau. Et c’est grâce à cette épaisseur que l’on peut voir des couleurs à la surface des bulles. Ceux sont les couleurs du spectre ! Lorsqu’un rayon de lumière frappe la bulle, une partie est réfléchie tandis que l’autre pénètre dans l’épaisseur. Ce deuxième rayon est alors réfléchi par la deuxième surface de savon .Ce que nous voyons, c’est la somme du rayon réfléchi et du rayon transmis puis réfléchi
  • 58. C’est comme les vagues sur la surface d’eau!!! On dit que la lumière est l’ensemble des ondes d’énergie dans l’espace !!
  • 59. Disons que la lumière est ondulatoire nous permet d’expliquer beaucoup de phénomène …. Mais absolument pas la photoélectrique et la catastrophe ultraviolette!
  • 60. Pour mieux comprendre l’incapacité d’expliquer ces phénomène: on doit premièrement bien comprendre comment la lumière agir?
  • 61. Puisqu’elle est ondulatoire on peut étudier le comportement des vagues !
  • 63. Quel est la différence entre ces deux vagues?
  • 65. Donc, si la lumière a le comportement d’un vague…Alors, une grande intensité de lumière signifie une grande énergie !
  • 66. Mais cela n’est pas le cas !
  • 68. Quelque soit l’intensité de cette lumière …. Elle n’a pas pu enlever les électrons et relier les deux plaques!
  • 69. Contrairement à la lumière bleu!
  • 70. Alors, le comportement ondulatoire du lumière est incapable d’expliquer aucune des expériences!
  • 71. Alors, pour résoudre l’énigme il fallait que quelqu’un pense d’une manière différente ! Comme on dit : quand le problème est difficile à résoudre il faut penser autrement avec une différente manière et une différente méthode!
  • 72. Enfin, en 1905 quelqu’un a pris l’initiative!
  • 73. Vous le connaissez peut être?
  • 75. Essayons avec une autre image?
  • 77. Oui, Le fameux , brillant , génie, surdoué …… ALBERT EINSTEIN
  • 78. En 1905, EINSTEIN a dit que nous devons abandonner la théorie ondulatoire de la lumière et commencer à la voir comme un courant ou un torrent des particules de la lumière et pas des ondes de la lumière!
  • 79. EINSTEIN a utilisé le terme ‘’quantum’’ pour décrire une particule de lumière!
  • 80. Pour EINSTEIN, le quantum est la plus petite unité d’énergie qui peut exister !
  • 81. C’est vrai que le terme de « quantum » n’était pas nouveau (c’est max Planck qui était le premier à l’utiliser) mais dire que la lumière est corpusculaire était une nouvelle idée et une folle idée aussi!
  • 82. Mais, excusez moi! Peut être qu’elle est folle mais elle est vrai! Elle a pu résoudre notre énigme d’un coup d’œil!!
  • 84. Pour EINSTEIN, chaque particule de lumière rouge a une faible quantité d’énergie! On dit qu’il a une basse fréquence!
  • 85. Contrairement à la lumière bleu « ultraviolette » chacune des particules porte une grande quantité d’énergie ! Elle a une …
  • 86. Oui, Bravo , haute fréquence!
  • 88. Finalement nous avons résolu nos problèmes!!
  • 89. Alors…. • Pour la catastrophe ultraviolette, il est impossible d’obtenir une lumière bleu parce qu’elle nécessite une grande énergie ! Plus que 100.000 fois plus grande que celle utilisé pour produire une lumière rouge ou normale! • Pour la photoélectrique, tout simplement les particules rouges n’ont pas de l’énergie suffisante pour enlever et supprimer les charges sur les deux plaques contrairement aux ultras violets !
  • 91. Comme vous pouvez le remarquer, ceci n’est pas la physique de newton! C’est une nouvelle physique avec un nouveau Esprit !
  • 97. Le caractère ondulatoire-corpusculaire de la lumière ou principe onde-corpuscule
  • 98. Comment? Ondulatoire et corpusculaire en même temps ? Impossible? Quelques chose qui ne vas pas?
  • 99. Mais les deux théories nous permet d’expliquer la réalité d’une manière logique!
  • 100. Alors , il ya quelque chose qui cloche dans cette réalité!
  • 101. cette question à propos de la réalité va nous éclater un conflit entre les modernes scientifiques!
  • 103. Ce débat a été déclenché lorsqu’une nouvelle expérience a été mise en scène! Une expérience qui montre qu’on ne sait rien à propos de la réalité!
  • 106. Mais vous savez c’est qui d’abord NEILS BOHR?
  • 107. Physicien danois (1885-1962) il a publié en 1913 une théorie sur le modèle de la structure de l’atome!
  • 109. le spectre atomique • Le spectre est l'ensemble des longueurs d'onde présentes dans la lumière que l'atome est capable d'émettre. • L'énergie de l'électron ne peut prendre que quelques valeurs discrètes, appelées niveaux d'énergie. Lorsque l'électron passe d'un niveau élevé à un niveau plus bas, il émet un photon dont l'énergie vaut la différence entre celles des deux niveaux!
  • 110. La chose que ce modèle ne permet pas de l’expliquer!
  • 111. Alors, la théorie de Bohr présente l'atome comme un noyau autour duquel gravitent des électrons, qui déterminent les propriétés chimiques de l'atome. Les électrons ont la possibilité de passer d'une couche à une autre, émettant un quantum d'énergie, le photon. Cette théorie est à la base de la mécanique quantique.
  • 115. Après la deuxième guerre mondiale, les scientifiques étaient très excités de recommencer leur recherches, ils ont appliqué les ‘’ lois ‘’ quantiques sur les atomes et les interactions entre la lumière et les électrons, en ignorant ces débats puisqu’ils ne causent pas de problèmes pour leur avancement!
  • 116. Les scientifiques _ en appliquant la loi de la mécanique quantique _ nous changèrent notre vie vers le meilleure !
  • 117. La mécanique quantique est au cœur de la technologie moderne car le fonctionnement des lasers et des composants électroniques de nos lecteurs et de nos ordinateurs repose sur ses lois.
  • 118. Actuellement, des chercheurs mettent au point des systèmes de cryptage inviolables basés sur des propriétés quantiques, permettant de détecter toute écoute, qui provoque inévitablement une réduction de l'onde transportant l'information.
  • 119. Et en parallèle, des recherches portent sur des ordinateurs quantiques. Un ordinateur quantique opère ses calculs grâce, entre autre, à la superposition d'états quantiques. La mémoire d'un ordinateur classique est faite de bits. Chaque bit porte soit un 1 soit un 0. La machine calcule en manipulant ces bits. Un calculateur quantique travaille sur un jeu de qubits. Un qubit peut porter soit un , soit un zéro, soit une superposition linéaire des deux. Le calculateur quantique calcule en manipulant ces distributions.
  • 121. Mot de la fin!
  • 122. La mécanique quantique explique pourquoi les atomes et les molécules sont stables, peuvent émettre et absorber de la lumière, mais aussi se combiner dans les réactions chimiques. La mécanique quantique explique pourquoi et comment le Soleil brille, l’origine des noyaux de carbone de notre corps et nous permet de connaître la composition des étoiles dans les galaxies.!!!!
  • 125. Sources & Remerciement • Documentaire: ∞ The secrets of the quantum mechanics ! ∞la magie du cosmos ∞ Dr.quantum ∞ cosmos: spacetime odyssey • Sites web: ∞ WIKIPEDIA ∞ futura sciences • livres & magazines: ∞ PHYSIQYE MODERNE ∞ sciences & nature ∞ philosophie de la physique moderne