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Qu'est-ce que la mécanique quantique ? Qu'est-ce que la mécanique physique quantique ? Qu'est-ce qu'une application dans le monde réel pour cela ? Quel type de carrière l'utilise régulièrement ? Explique comme si j'avais cinq ans.
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La mécanique quantique regarde les choses à une * vraiment * petite échelle. Quand vous devenez aussi petit, les choses commencent à se comporter *très* étrangement. L'expérience la plus célèbre en mécanique quantique montrée à tous les étudiants de première année en physique est l'expérience de la double fente. Je vais essayer de l'ELI5. Imaginez que vous aviez une surface avec 2 fentes, et en dessous vous aviez une autre surface pour attraper tout ce qui passait par les fentes. Si vous versiez du sable sur la surface supérieure, à quoi vous attendriez-vous ? La réponse : vous obtiendriez deux piles de sable sur la surface inférieure. C'est donc ainsi que nous nous attendons à ce que les particules se comportent, d'accord ? Les particules traversant deux fentes formeraient simplement 2 tas. Si vous aviez un capteur sur celui du bas, il détecterait les particules individuelles qui le frappent. Imaginez maintenant si vous aviez un bassin d'eau, avec un mur à une extrémité, une machine à vagues à l'autre et, entre les deux, vous l'aurez deviné, un barrage à 2 fentes. La machine à ondes va envoyer des ondes à travers les 2 fentes et nous allons voir ce qu'il advient des ondes au moment où elles atteignent le mur du fond. Un peu plus difficile à imaginer, mais que se passe-t-il maintenant ? Réponse : lorsque l'onde passe par les 2 fentes, les fentes divisent l'onde en 2 vagues. les 2 ondes continuent alors , mais à chaque fois qu'elles se touchent , elles * interfèrent * l' une avec l' autre . [ Regardez cette vidéo ] ( URL_0 ) . Pouvez-vous voir le schéma d'interférence entre les deux ondes sortant des fentes ? C'est ainsi que les * vagues * se comportent . Les vagues sont comme des ondulations, et lorsqu'elles se touchent, elles interfèrent les unes avec les autres. Imaginez maintenant que nous prenions notre double fente pratique et que nous la placions dans une pièce. Cette fois, à une extrémité de la pièce, nous avons quelque chose qui peut tirer des électrons, à l'autre extrémité se trouve un appareil qui peut détecter des électrons. Un électron est une minuscule minuscule minuscule particule. Le tireur d'électrons va tirer une énorme charge d'électrons sur les 2 fentes et nous allons voir ce que capte le détecteur. Si les électrons sont des particules, on s'attendrait à ce qu'ils forment deux piles, n'est-ce pas ? Eh bien , voici la première chose super bizarre : le résultat que nous obtenons ressemble à quelque chose comme [ ceci ] ( URL_3 ) . Attends quoi ? Chacun de ces points montre clairement une * particule * , mais ils ont formé un motif d' interférence comme une * onde * . C'est quoi avec ça ? Donc les électrons sont à la fois des particules... et des ondes ? Nous avons *exactement* la même chose avec la lumière, la lumière est transportée par des particules appelées photons. Nous le savons. Nous connaissons aussi exactement la longueur d'onde et la fréquence de la lumière. La lumière est à la fois une particule et une onde. Il est incroyablement difficile de s'y retrouver. Maintenant, pour la prochaine chose super bizarre. Si nous changeons notre système de déclenchement d'électrons pour déclencher les électrons un par un, quelque chose de bizarre dans tous les sens se produit. Nous [ obtenons exactement le même résultat ] ( URL_1 ) . Mais si nous tirons les électrons un par un, comment peut-il y avoir des interférences ? L'électron semble * interférer avec lui-même * . C'est bizarre comme l'enfer. Ok, maintenant pour le coup de tête final : Que se passe-t-il si nous plaçons un détecteur de particules à côté des fentes ? Serions-nous maintenant capables de déterminer une fois pour toutes si les électrons sont des particules ou des ondes ? Si un électron était une particule, il ne passerait que par une seule fente (un seul grain de sable ne peut passer que par une seule fente). S'il s'agissait d'une vague, elle passerait par les deux à la fois (tout comme une vague d'eau passerait par les deux fentes). Eh bien, dès qu'on essaie de détecter par quelle fente il passe, l'électron devient une particule et le motif d'interférence disparaît. Qu'est-ce que cela montre ? * Que le simple fait d'observer, de mesurer ou de regarder une onde/particule modifie sa position et son comportement. * L'électron peut prendre * * N'IMPORTE QUEL * * chemin de la source d'origine au détecteur. Pour autant que nous sachions, il aurait pu faire plusieurs boucles avant d'atteindre le détecteur. Mais dès que nous l'observons, il suit un chemin prévisible. C'est presque comme si l'électron essayait de nous tromper, changeant ce qu'il fait quand nous essayons de l'observer. C'est un domaine très déroutant de la science, la physique quantique. Mais aussi très excitant et intéressant. Les petites choses se comportent très différemment des grandes choses. Les choses deviennent encore plus étranges lorsque vous commencez à réaliser qu'un changement dans un seul électron affecte * tous les autres électrons de l'univers *. Ce n'est pas une magie étrange. Nous pouvons faire des prédictions vérifiables en physique quantique et disposer d'un grand nombre d'équations mathématiques qui l'entourent. C'est de la science dure. Voici une [ chanson ] pertinente ( URL_2 ) . J'espère que vous avez apprécié la lecture.