INITIATION A LA CHIMIE QUANTIQUE: cours et exercices corrigés
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Date
2025
Authors
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Publisher
Ecole Nationale Supérieure de Technologie et d’Ingénierie-Annaba
Abstract
La mécanique quantique est une science née au vingtième siècle, à la suite des expériences réalisées essentiellement pour sonder l’infiniment petit, et dont les résultats contredisaient complètement les prédictions de la physique de l’époque, que nous appelons aujourd’hui ‘la physique classique’. Cette nouvelle branche de la physique a provoqué un bouleversement profond et inédit, en imposant des idées étranges et mystérieuses. Elle nous apprend par exemple qu’à l’échelle microscopique, une particule n’est pas un objet localisable en un point de l’espace, dont nous pouvons savoir la vitesse et par la suite déterminer la trajectoire. C’est plutôt une chose étendue dont la position et la vitesse ne peuvent être connues qu’avec une certaine incertitude, et qui peut interférer avec d’autres particules. Ce n’est pas tout à fait une onde. Ce n’est pas non plus un corpuscule. C’est les deux à la fois ! Cette dualité onde –corpuscule avait d’abord été découverte pour la lumière avant d’être étendue à une particule matérielle. Ainsi, particule de lumière et particule de matière sont décrites par une fonction d’onde qui donne une description de toutes les propriétés des systèmes qu’elles constituent. Cependant, elle ne permet de prédire que des probabilités lors d’une mesure qu’un système peut subir. Et lors de toute mesure, ce système est perturbé d’une manière incontrôlée et la fonction d’onde subit un saut imprévisible ! Cet indéterminisme heurte le bon sens. Il a donc été difficile à accepter par les physiciens. Néanmoins, à ce jour, aucune expérience n’a réussit à mettre en échec la mécanique quantique.
La mécanique quantique a été formulée entre 1925 et 1927 par un ensemble de physiciens (Schrödinger, Heisenberg, Dirac, Bohr et Pauli). Leurs efforts ont conduit à une interprétation qu’on appelle ‘interprétation de l’Ecole de Copenhague’. Dans cette interprétation, on renonce aux principes de déterminisme et de causalité pour une physique indéterministe à vision probabiliste, mais dont les succès ont été fulgurants. En effet, la mécanique quantique a permis de comprendre et d’interpréter une multitude de phénomènes. Aujourd’hui, elle constitue un outil indispensable pour une compréhension approfondie de la majorité des phénomènes physiques et par conséquent doit faire partie intégrante du bagage intellectuel des étudiants.