50 clés pour comprendre la physique quantique

L’histoire de la physique quantique est aussi riche que les phénomènes qu’elle décrit sont étranges. Depuis une centaine d’années, de nombreux personnages tous plus imaginatifs les uns que les autres – d’Albert Einstein à Richard Feynman – se sont penchés sur le cœur des atomes et la nature des forces qui y opèrent. Mais la physique a surpassé leurs imaginations pourtant fécondes. Le monde quantique est contrôlé par la physique de l’infiniment petit. Mais les événements subatomiques ne sont pas prévisibles et sont souvent déroutants. Des particules élémentaires apparaissent et disparaissent, et ce qui semblait familier, comme la lumière, se comporte un jour comme une onde et le lendemain comme un flux de billes. Plus nous en avons appris, plus l’univers quantique est devenu étrange. L’information peut être « intriquée » entre des particules, ce qui augmente l’éventualité que tout soit connecté par des fils invisibles. Les messages quantiques sont transmis et reçus simultanément, ce qui semble en contradiction avec le principe selon lequel aucun signal ne peut être transmis plus vite que la lumière. La physique quantique n’est pas intuitive – le monde subatomique se comporte différemment du monde classique qui nous est familier. Pour la comprendre, nous allons suivre la façon dont cette discipline s’est construite et découvrir les questions auxquelles les pionniers de la théorie se sont trouvés confrontés. Les premiers chapitres résument comment elle est apparue à l’aube du xxe siècle, quand les physiciens commencèrent à disséquer l’atome et à comprendre la nature de la lumière. Max Planck introduisit le terme de « quanta » , persuadé que l’énergie n’était pas continue, mais se présentait sous forme de paquets. L’idée fut appliquée à la structure de l’atome, où les électrons tournent autour d’un noyau compact. La mécanique quantique émergea de ces travaux, avec tous ses paradoxes. En même temps que la physique des particules progressait, les théories quantiques des champs et le modèle standard apparurent pour tenter d’apporter des explications. Nous explorerons aussi quelques conséquences de ces théories, par exemple sur la cosmologie quantique et les concepts de réalité, et nous évoquerons des développements techniques récents, tels les boîtes quantiques et les ordinateurs quantiques.