L'étrange réalité des MONDES QUANTIQUES

[Musique] imaginez un monde dans lequel les choses peuvent être à plusieurs endroits à la fois ou pour vous rendre quelque part vous pouvez passer par plusieurs chemins en même temps un monde où deux particules séparées de plusieurs milliers de kilomètres pourraient s'influencer instantanément et dans lequel un mur n'en serait pas un et bien cette réalité là existe déjà et il est même possible d'y faire tout ça à jeun vous l'aurez compris aujourd'hui l'on va plonger dans les étranges propriétés de la matière à l'échelle de l'infiniment petit s'intéresser aux bizarrer de la physique quantique dans cet

épisode un peu décousu je vais essayer de vous résumer sans matte et avec des images les plus grandes découvertes que l'on ait fait sur la nature de la réalité à l'échelle microscopique une nature qui vous le verrez peut-être déboussolante la première de ces grandes découvertes est qu'à l'échelle nanométrique le comportement des éléments qu'on y trouve est extrêmement différent de ceux du monde qui nous entoure et que l'on dit classique car des objets quantiques tels qu'un électron en photon ou un neutron peuvent à la fois se comporter comme une onde et comme une particule prenez un

objet dit classique par exemple un téléphone et balancez-le en direction d'un mur et en deux fentes vous n'aurez à chaque lancer qu'une possibilité ou bien il passe au travers de l'une d'entre elles ou bien il s'écrase sur le mur et rebondit et à chaque fois si vous avez filmé l'expérience vous savez précisément où il était et ce qui lui est arrivé bon il est cassé quoi mais pour les particules subatomiques les choses sont différentes lorsqu'elles se déplacent l'on s’est rendu compte qu'elles peuvent emprunter en même temps tous les chemins possibles et c'est seulement quand on

tente de mesurer ou une particule est que celle-ci se réduit comme soudainement en un point dit autrement à l'échelle de réalité nanométrique les objets quantiques peuvent occuper plusieurs positions à la fois passées par plusieurs chemins en même temps comme le montre cette simulation informatique de la fonction d'onde d'une seule et unique particules envoyer en direction de deux fentes on peut voir qu'une partie de cette onde est réfléchie quand l'autre traverse les fentes et continue son chemin de l'autre côté ce que l'on a représenté ici c'est en quelque sorte l'ensemble des régions dans lesquelles la particule

que l'on a lancé en direction des deux fentes peut se retrouver avant que l'on tente de l'observer ainsi à l'échelle quantique une particule quelque chose que l'on a coutume de ce représenter comme ayant une consistance matérielle une position bien précise doit être décrite sous la forme du nom de probabilité de présence je vous avais déjà longuement parlé dans une vidéo précédente de l'une des plus fascinantes expériences de la physique qui permet de le montrer si vous voulez vous rafraîchir les idées c'est par là et si vous trouvez ce dont on vient de parler bizarre attendez

de voir le principe de superposition d'État reprenons notre téléphone si vous le lancez et vous amusez à étudier son mouvement vous pouvez savoir à n'importe quel instant à quelle vitesse il se déplace par rapport à vous j'enfonce là une porte ouverte cet objet n'a qu'une seule vitesse dans l'espace par rapport à moi par rapport à vous mais maintenant imaginons que nous puissions nous réduire aux échelles d'un électron alors tout cela volerait en éclat car au niveau quantique une particule est donc nous l'avons vu une onde peut-être dans plusieurs États à la fois des états que

l'on dit superposer pour le dire autrement un électron par exemple peut se trouver à la fois ici et là avoir en même temps plusieurs vitesses plusieurs niveaux d'énergie et ce n'est pas qu'on ne sait pas quel est son état tant qu'on n'a pas tenté de le mesurer c'est qu'il peut littéralement en avoir plusieurs à la fois et quand on cherche à connaître la valeur de ces états superposés alors on force en quelque sorte la particule à choisir parmi ces possibles ainsi aussi bizarre que cela puisse paraître un électron peut être dans un état et au

repos en même temps et ce n'est qu'au moment de la mesure que cet état superposer va devoir se décider prendre position c'est un peu comme si vous jouez de la trompette à la fois en sol et en dos mais que l'unique note finalement que vous entendez ne se décide qu'au dernier moment en arrivant à vos temps et ce qui est peut-être encore plus fou dans tout ça c'est que le résultat que l'on va trouver la valeur de sa vitesse l'endroit où la particule va se révéler être étant partie déterminée par le hasard ce hasard là

n'est pas le fruit pourri d'une ignorance il est intrinsèque à ce qu'on observe il fait partie intégrante de la réalité à l'échelle microscopique une réalité que l'on dit indéterminée car il n'y a aucun moyen de savoir à l'avance ou l'électron par exemple va se manifester quel sera le résultat de la mesure mais attention cela ne veut pas pour autant dire que les valeurs trouvées pourront donner tout et n'importe quoi car ce hasard ne décide pas n'importe comment il est régi par des probabilités contraintes à la manière d'un dé comme légèrement pipé par avant fortement instable

et possédant des faces beaucoup plus petites que d'autres des résultats interdits si par exemple une particule est dans deux états superposés à la fois que sa vitesse et disons de 1000 km par seconde mais aussi de 3000 et bien si vous tentez d'en connaître la valeur à aucun moment vous ne tomberez par exemple sur la moyenne des deux car sa vitesse ne peut intrinsèquement pas être de 2000 km/s en fait tout se passe comme si à chaque fois que l'on cherche à mesurer la vitesse d'un électron par exemple celui-ci sortait sa carte de fonction d'onde

lui disant qu'elle est sa valeur lancée son dépité qui a plus de chances de tomber ici que là et qu'en fonction du résultat il apparaisse ici ou là ce qui nous amène à un autre aspect très étrange du monde quantique à savoir qu'à ses échelles les choses peuvent être quantifiées en fait bien que le monde quantique puisse sembler fou tout n'y est pas permis il est même dans un sens extrêmement contraint car certaines valeurs sont intrinsèquement impossibles à posséder c'est pourquoi on dit qu'à ce niveau de réalité les choses sont quantifiées c'est à dire qu'une

fonction d'onde ne peut adopter que certaines formes ou valeurs qu'un électron par exemple ne peut posséder que des vitesses des niveaux d'énergie distincts et extrêmement précis un peu comme un instrument de musique ne pouvant intrinsèquement que vibrer de certaines façons n'étant autorisé par ses caractéristiques qu'à jouer certaines notes car les intermédiaires lui seraient interdits par des lois impossibles à contourner celles de la nature bref la cantique nous plonge dans un univers discontinu un univers de valeur en marche d'escalier dans lesquels les particules ne peuvent passer que brutalement d'une forme d'onde d'un niveau d'énergie d'une vitesse

à l'autre sans entre deux possibles et l'on est bien obligé d'admettre qu'il y a quelque chose de profondément troublant c'est un peu comme si nous ne pouvions dans notre vie de tous les jours utiliser seulement et exclusivement quelques volumes et rien d'autre comme si on pouvait boire qu'un petit verre une bouteille entière mais aucun volume intermédiaire qui ne nous était possible de nous déplacer qu'à certaines vitesses sans aucun intermédiaire possible que l'on pouvait rouler à 20 km/h mais que si nous ne mettions à accélérer à monter dans les tours il ne se passerait rien jusqu'à

ce que tout d'un coup on se retrouve là à 150 c'est bizarre là au niveau microscopique c'est la norme et pour revenir à l'exemple de notre particule superposée se déplaçant à 1000 et 3000 km par seconde en même temps si vous pouviez reproduire des milliers de fois la même mesure dans des conditions identiques alors vous pourriez commencer à voir apparaître des proportions pour ces niveaux d'énergie pour ses vitesses elle pourrait être du genre 50% de chances de tomber sur une valeur ou une autre comme du 90 10 du 25 75 ou n'importe quoi d'autre bref

vous avez l'idée au niveau quantique les particules peuvent être dans une superposition d'État dont les valeurs sont quantifiées et là vous vous demandez peut-être pourquoi les choses à l'échelle macroscopique nous manifestement pas ce genre d’état superposés alors que nous sommes constitués d'un amoncellement de particules quantiques qui toutes prise individuellement ont bien ce type de comportement et bien la réponse tient justement dans le fait qu'autour de nous quand nous contrairement aux conditions de laboratoire les particules subatomiques sont en interaction constante les unes avec les autres ainsi dans notre environnement dès qu'un objet quantique se retrouve superposé

dans deux états il est comme contraint par toutes ces interactions continues de choisir dans un laps de temps extrêmement court lequel il a le mien étant actuellement celui d'une superposition d'incrédule ébriété ce temps dit de décohérence et qui se fait plus court à mesure que l'objet étudié est grand et baigné dans un environnement riche en lumière et en matière rend chaque superposition d'État terriblement fragile pour vous faire une idée de la fugacité du phénomène une molécule complexe dans l'air qui nous entoure voit cette superposition d'État disparaître en 10 - 30 secondes la même molécule dans

un vide quasi parfait de laboratoire mais en présence de lumière va pouvoir le maintenir 10 - 13 secondes et on pense que dans le vide intergalactique entre les étoiles celles-ci devrait pouvoir le garder théoriquement pendant 32 000 ans vous trouvez cela déstabilisant attendez de découvrir le principe d'incertitude de Heisenberg prenons de nouveau notre téléphone et jetons-le en l'air si vous en connaissez la masse et les conditions de lancer initiale vous devriez sans trop de soucis être capable de connaître sa vitesse de chute et sa position finale en fait même sans aller plus loin on peut

dire que sans avoir besoin d'être un génie si vous ne l'avez pas perdu de vue vous savez même précisément où il est dit autrement dans le monde classique à un instant donné tout objet se trouve à un emplacement précis mais pour un objet quantique tout ceci n'est pas vrai à cette échelle de réalité l'on a découvert qu'il est littéralement impossible de connaître avec précision à la fois la position et la vitesse d'une particule et ce quel que soit votre outil de mesure dans le monde quantique la nature d'une chose à un instant T et toujours

en partie intrinsèquement insaisissable pour le dire encore autrement si la position ou la vitesse d'une particule peut être parfaitement connue c'est toujours au détriment de l'autre paramètre et plus vous êtes précis sur une valeur et moins vous l'êtes sur l'autre et réciproquement on imaginant que mon téléphone soit quantique c'est un peu comme si en étudiant sont lancés je pouvais en dire ok je l'ai balancé à 22 km/h mais je ne sais absolument pas dans quelle direction il peut bien se trouver à peu près n'importe où autour de moi ou alors en le localisant en sachant

qu'il est actuellement précisément là je perds toute précision sur sa vitesse qui peut tout aussi bien être au moment où j'ai mesuré sa position de 0 comme d'un million de kilomètres par heure le principe d'incertitude dysonberg nous dit qu'à mesure que notre connaissance d'une propriété augmente notre ignorance de l'autre fait de même condamner à toujours être un peu dans le flou à ne voir nettement qu'un seul aspect de la réalité en même temps ce principe d'incertitude nous impose une limite sur ce qui est possible de savoir à un instant T aux échelles nanométriques si vous

localisez précisément sa position sa vitesse se met à comme fluctuer et à l'inverse si vous connaissez avec précision sa vitesse c'est la position qui devient dès lors indéterminé imaginez si dans notre monde macroscopique en cherchant à mesurer finement la position d'un objet sa vitesse devienne mal déterminée et inversement mesdames et messieurs nous survolons actuellement Paris mais je suis bien incapable de vous dire si notre vitesse au sol est 10 fois celle que son ou si trop lents nous sommes actuellement chute libre ah je peux maintenant vous donner notre vitesse précise nous allons à 900 km/h

mais nous sommes désormais quelque part n'importe où au-dessus de l'Europe bref ce principe nous dit qu'on ne peut pas tout savoir à la fois qui nous faut à chaque mesure faire un choix sur ce que l'on veut connaitre ce truc est tellement bizarre à vous donner un mal de crâne très léger je ne ressens presque rien mais c'est tellement précis c'est tellement localisé là et tel introuvéant s'est un prétexte tout trouvé pour aborder le troublant et ses tunnels reprenons notre téléphone et balançons-le de nouveau contre le mur je suis vraiment désolé je pense qu'on peut

s'accorder que même en renouvelant l'expérience des centaines des milliers des milliards de fois le résultat sera toujours le même à aucun moment il ne le traversera mais une particule quantique elle peut parfois traverser des obstacles a priori infranchissable tels des murs comme si un tunnel invisible souverain et lui donner accès à l'autre côté ce bon gros morceau d'étrangeté tire une partie de son explication dans le fait qu'à ses échelles les particules sont aussi des ondes des ondes de probabilité qui si elle disposent de beaucoup d'énergie vont en rencontrant une paroi certes en grande partie rebondir

mais aussi pour une infime portion s'enfoncer dans le mur voir si celui-ci n'est pas trop épais le traverser à l'image du nom de sonore produite par votre voisin jouant du greencore et qui en rentrant en contact avec votre mur en papier crépon et capable de se retrouver de l'autre côté j'ouvre une parenthèse le fait qu'une infime partie de cette onde de probabilité traverse le mur ne signifie pas nécessairement que la particule va le traverser mais que sous sa forme de fonction d'onde elle est des deux côtés du mur à la fois et donc qu'il existe

de nombreuses possibilités pour que la particule apparaisse de l'autre côté du mur si longtemps de savoir où elle est un peu comme si par miracle un infime tunnel c'était ouvert et aussi bizarre que cela puisse paraître sans l'existence de cet effet tunnel c'est sorte de saut dans l'espace à petites échelles nous ne serions pas là car si au dessus de nos têtes les étoiles sont capables de briller ont fusionnant les éléments c'est que la barrière électrique a priori infranchissable qui tend à repousser les noyaux des atomes quand il se rapprochent peut-être dépassé grâce à cet

effet qui permet à la fois d'y entrer et d'en sortir c'est également cet effet qui permet de comprendre comment un noyau atomique devenu instable peut se désintégrer en émettant des particules de haute énergie en effet pour s'extirper de la puissante force nucléaire dite forte qui maintient ensemble les protons et les neutrons du noyau atomique il faut que ces derniers soient capables lorsqu'ils sont extrêmement agités de pouvoir exceptionnellement s'évader de leur prison et là encore pour s’échapper pour s'affranchir de l'emprise du noyau il passe par l'effet tunnel on appelle ce phénomène la radioactivité c'est d'ailleurs en

mettant à profit cette capacité à franchir de grandes distances à l'échelle nanométrique et qu'on retrouve aussi chez les électrons que l'on a pu mettre au point les microscopes à effet tunnel dont le principe propose sur une pointe métallique placée sous vide et que l'on approche suffisamment près d'atomes dont les électrons grâce à cet effet peuvent exceptionnellement venir titiller la pointe du microscope et vu que la probabilité de voir un électron sauté en direction de 7 pointes est extrêmement faible et diminue drastiquement à mesure que l'on s'éloigne de l'atome en suivant une loi bien connue alors

on est capable à partir de l'étude de ces sceaux de reconstituer la topographie de surface de matériaux à l'échelle nanométrique de découvrir là où les atomes sont et les zones de vide les séparant ondulante et particulaire en même temps superposés quantifier et intrinsèquement incertaine autant de propriétés qui peuvent sembler aberrantes et qui sont pourtant nécessaires pour arriver à franchir par la seule force de la pensée ce qui nous sépare de cette réalité qui échappent à nos intuitions première aussi étrange qu'il soit ses comportements déroutant de la matière aux échelles nanométriques sont parfaitement décrits par les

théories dont on dispose et vérifier en pratique par l'expérience la cantique n'est pas une vue de l'esprit elle se retrouve partout nous a donné la totalité de l'informatique d'aujourd'hui et sûrement de demain cône de délicieux mal au crâne c'est en mettant à profit les tranches comportement ondulatoire des électrons que nous avons appris à les utiliser dans les microscopes électroniques comment le ferait avec de la lumière pour éclairer des objets et ainsi dépasser les limites de grossissement optique c'est notre capacité à jouer avec leur palier d'énergie qui nous a permis d'inventer les lasers comme les lampes

à LED les exemples existent par milliers aussi efficace qu'elle soit pour décrire le réel à petites échelles la physique quantique reste de par sa nature frustrante car elle voulait un goût d'inachevé de par l'immense et parfois impossible tâche que cela demande d'arriver à cela représente et pour finir cette vidéo en beauté j'aurais voulu vous parler du fascinant phénomène d'intrication et de ses expériences qui montrent que deux électrons séparés de plusieurs milliers de kilomètres peuvent-elles des sortes de télépathes s'influencer instantanément sauf qu'après avoir littéralement passé deux jours à retourner le problème dans tous les sens à

aucun moment je me suis arrivé à rendre compte de la magie de la démonstration au point de finir par abdiquer se tenir face à la physique quantique c'est parfois être devant un monument d'efficacité et au contour mystérieux non pas au sens de l'incompris mais d'un monument construit dans un paysage fou que l'on devine splendide et floue et qui demanderait pour être peint à sa juste valeur de savoir parler le langage de ses habitants les mathématiques mais je n'ai personnellement à disposition comme arme que des mots qui trouve là leur limite et viennent se fracasser sur

l'immense étrangeté de ses petites choses auxquelles j'ai osé m'attaquer sans disposer de toute la puissance et la capacité abstraction de ces outils mathématiques peut-être les seuls béquilles permettant de continuer d'avancer dans ce paysage quand on est allé trop loin peut-être le seul moyen d'accéder à des phénomènes aussi éloignés de nos sens commun et à force d'arpenter ces chemins sinueux sans cet arbre sonné par ses étranges particules qu'on y a croisé j'ai fini par perdre de vue l'horizon par mégaré au point de voir le sol de la réalité que je pensais connaître ce dérober sous mes

pieds avant de finir comme écraser par la masse minuscule de ces particules subatomiques dont le comportement ma littéralement laissé KO et je me dis que tout compte fait j'aime bien je crois l'idée que le mot de la fin soit finalement celui d'une délicieuse frustration d'une nature qui se refuse à moi et peut-être un peu aussi à vous désolé et parce que vous êtes toujours là et que 250 pages valent toujours plus qu'une vidéo je me permets de vous recommander chaudement la lecture de la cantique autrement du physicien Julien beaubroff un ouvrage auquel cette vidéo doit

beaucoup ce bouquin est trop bien et nombre des animations que je vous ai présenté ici proviennent du super site que Julien et son équipe ont réalisé pour rendre accessible la quantique c'est une superbe et vous y trouverez quantité de contenu pédagogique pour aller encore plus loin à la découverte de ce monde [Musique]