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1 NTRODUCTION
1.1 QU'EST-CE QUE LA MÉCANIQUE QUANTIQUE?
Ses fondateurs considéraient la mécanique quantique comme le cadre théorique permettant de décrire le comportement de la matière et de la lumière aux échelles atomiques et subatomiques. Plus tard, avec la découverte de phénomènes quantiques
macroscopiques, cette définition est néanmoins apparue trop restrictive. Cependant
la définition du domaine quantique est déjà une question très délicate, aussi nous en
resterons à ce premier point de vue, qui permet de toucher du doigt assez aisément
la nécessité d'un abandon des concepts de la physique dite classique (nous entendons par là, la mécanique newtonienne et l'électromagnétisme) lorsque l'on s'intéresse aux échelles atomiques et subatomiques. Les notions qui constituent le socle
de la physique classique ont été forgées à partir de notre expérience immédiate, or,
si nous pouvons espérer deviner les lois fondamentales qui régissent le mouvement
des corps matériels en analysant le mouvement d'une boule de billard, ou celui des
planètes à l'aide d' un télescope, il n'y a a priori pas de raison évidente pour que
ces lois s'appliquent encore dans le monde atomique et subatomique
1 • Il n'est donc
pas surprenant, rétrospectivement, que la description du comportement des atomes
requière d'autres concepts que ceux utilisés pour analyser la dynamique des corps
macroscopiques.
Commençons par quelques considérations historiques afin de dresser un rapide tableau de l'état de la physique à la fin du XIXe siècle, à la veille de plusieurs grands
bouleversements. Elles nous aideront à mieux saisir les paragraphes suivants qui seront consacrés à une description succincte de la structure des théories physiques et de
la mécanique quantique en particulier.
1. Aujourd' hui les progrès de la physique quantique nous permettent de« voir » les atomes à l'aide des
microscopes à force atomique ou à effet tunnel (fi gure 2.2). C'était loin d 'être le cas à la fin du XIXe
siècle et les propriétés du monde atomique ne pouvaient qu'être déduites indirectement d'observations
aux échelles macroscopiques. La réalité des atomes était contestée par quelques grands noms de la
physique (par exemple Ernst Mach), tenants d'une approche «continue» opposée à la description « atomiste ». On peut considérer que la question de l' existence des atomes fut tranchée définitivement par
la validation expéri mentale, en 1908, par Jean Perrin ( 1870-1 942, prix Nobel 1926), de la description
du mouvement brownien proposée par Einstein en 1905. Le mouvement erratique d' une petite particule
déposée à la surface de l'eau révèle les chocs incessants avec les molécules du liquide.
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Ses fondateurs considéraient la mécanique quantique comme le cadre théorique permettant de décrire le comportement de la matière et de la lumière aux échelles atomiques et subatomiques. Plus tard, avec la découverte de phénomènes quantiques
macroscopiques, cette définition est néanmoins apparue trop restrictive. Cependant
la définition du domaine quantique est déjà une question très délicate, aussi nous en
resterons à ce premier point de vue, qui permet de toucher du doigt assez aisément
la nécessité d'un abandon des concepts de la physique dite classique (nous entendons par là, la mécanique newtonienne et l'électromagnétisme) lorsque l'on s'intéresse aux échelles atomiques et subatomiques. Les notions qui constituent le socle
de la physique classique ont été forgées à partir de notre expérience immédiate, or,
si nous pouvons espérer deviner les lois fondamentales qui régissent le mouvement
des corps matériels en analysant le mouvement d'une boule de billard, ou celui des
planètes à l'aide d' un télescope, il n'y a a priori pas de raison évidente pour que
ces lois s'appliquent encore dans le monde atomique et subatomique
1 • Il n'est donc
pas surprenant, rétrospectivement, que la description du comportement des atomes
requière d'autres concepts que ceux utilisés pour analyser la dynamique des corps
macroscopiques.
Commençons par quelques considérations historiques afin de dresser un rapide tableau de l'état de la physique à la fin du XIXe siècle, à la veille de plusieurs grands
bouleversements. Elles nous aideront à mieux saisir les paragraphes suivants qui seront consacrés à une description succincte de la structure des théories physiques et de
la mécanique quantique en particulier.
1. Aujourd' hui les progrès de la physique quantique nous permettent de« voir » les atomes à l'aide des
microscopes à force atomique ou à effet tunnel (fi gure 2.2). C'était loin d 'être le cas à la fin du XIXe
siècle et les propriétés du monde atomique ne pouvaient qu'être déduites indirectement d'observations
aux échelles macroscopiques. La réalité des atomes était contestée par quelques grands noms de la
physique (par exemple Ernst Mach), tenants d'une approche «continue» opposée à la description « atomiste ». On peut considérer que la question de l' existence des atomes fut tranchée définitivement par
la validation expéri mentale, en 1908, par Jean Perrin ( 1870-1 942, prix Nobel 1926), de la description
du mouvement brownien proposée par Einstein en 1905. Le mouvement erratique d' une petite particule
déposée à la surface de l'eau révèle les chocs incessants avec les molécules du liquide.
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