La Géobiologie, discipline ‘quantique’ ? Partie IIIPar Igor BEZARD, ingénieur en système d’information et organisation, expert géobiologue et bioénergéticien, certifié GÉOBIOS

Partie III : Petite pédagogie des mystères quantiques

« Si vous croyez comprendre la mécanique quantique, c’est que vous ne la comprenez pas… » Richard Feynman

L’essence même de la physique quantique est probabiliste, c’est à dire qu’elle ne peut s’exprimer de manière exacte qu’en terme de probabilités ; étranges petites particules !… C’est pour cela que l’abandon de tout modèle de représentation autre que mathématique, s’est révélé nécessaire pour la précision de son fonctionnement. Ce qui n’empêche pas de faire encore autrement pour la pédagogie, au prix de quelques simplifications !…

Les observations et implications de la physique quantique défient le sens commun, et sont inconcevables à notre échelle de fonctionnement macroscopique :

Le principe de superposition

Les particules subatomiques peuvent être dans plusieurs états en même temps, être ici et ailleurs, avoir des vitesses différentes au même moment, des niveaux d’énergie et d’autres caractéristiques simultanément différentes. En fait, c’est le référentiel d’observation qui va ‘figer’ l’état du sujet observé, l’observateur modifiant par son observation même, l’état final de l’objet observé (on parle d’effondrement de la fonction d’onde)…

L’indéterminisme de la mesure

La mesure d’une caractéristique d’une particule obéissant à la loi des probabilités, il est impossible à l’avance de savoir quelle valeur sera obtenue. Pire, dans des conditions d’expérience rigoureusement identiques, il pourra être possible d’obtenir des résultats différents, signant par là même, l’indéterminisme fondamental à la base de la mécanique quantique, si contraire à la mécanique newtonienne.

Le principe d’incertitude

Établi par le physicien allemand Werner Heisenberg, ce principe stipule qu’il est impossible de connaître précisément et simultanément, la vitesse et la position d’une particule. Plus exactement, plus on connaît précisément l’un des paramètres, moins l’autre sera précis ; les observables se retrouvent alors dans une fonction d’onde qui décrit une répartition spatiale statistique de la particule.

La dualité onde-corpuscule

La superposition des états d’une particule se retrouve à créer un champ de probabilités qui pourra se comporter un peu à la façon d’un champs électromagnétique classique, et donc prendre une forme ondulatoire. Ce paradoxe, décrit par le physicien français Louis de Broglie, avec ses “ondes de matière”, puis développé par le physicien allemand Erwin Schrödinger, conduira à la mécanique ondulatoire, et à la création de la fameuse “fonction d’onde”.

L’effet tunnel

Conséquence également de la superposition des états d’une particule : Si un obstacle infranchissable pour une particule se trouve à couper son champ de probabilité, ladite particule pourra se retrouver à différents moments, de part et d’autre de l’obstacle, en raison de la composante ondulatoire de son comportement. C’est cet effet qui est utilisé précisément dans le microscope à effet tunnel, qui permet de voir et interagir avec des atomes ; il explique également la libération des noyaux d’hélium dans le cadre de la radioactivité alpha, et plus généralement la radioactivité corpusculaire et son corollaire électromagnétique (rayonnement γ).

L’intrication

Deux particules peuvent se retrouver dans un état intriqué lorsque leur état quantique ne peut être décrit que de façon unique, les deux objets n’étant plus distinguables l’un de l’autre, et formant un seul système, quelque soit leur éloignement spatial. En d’autres termes, un changement d’état de l’un affectera instantanément l’autre, sans qu’il n’y ait aucune transmission de signal (inférieur ou égal à la vitesse de la lumière) entre les deux, puisque c’est le système global qui réagit. On parle également dans ce cas là, du principe de ‘non localité’.

L’intégrale de chemin

Vulgarisée par Richard Feynman, c’est la capacité d’une particule à utiliser simultanément toutes les trajectoires possibles pour se rendre d’un point A à un point B. C’est ici aussi, l’une des conséquences probabilistes de la double nature onde-corpuscule de la matière.

La quantification

En physique classique, une mesure concernant un système en évolution peut prendre de façon continue différentes valeurs au cours du temps (vitesse, position, chaleur, etc.), qui évolueront donc de façon continue d’un état A à un état B. Par exemple, pour se déplacer de 0 à 100 Kms/heure, il faudra passer toutes les vitesses intermédiaires… En physique quantique, pas du tout ! Certaines valeurs sont dites quantifiées ou discrètes, c’est à dire qu’elles passent d’une valeur à l’autre sans intermédiaire et sans transition ; c’est le cas du niveau d’énergie des électrons qui peut sauter de 1 à 2, sans passer par 1,5, et sans pouvoir descendre en dessous de 1.

L’antimatière

Conjecturée puis formalisée par le physicien anglais Paul Dirac en 1928, puis prouvée ultérieurement par l’expérimentation, c’est l’ensemble des particules de masses identiques, mais de caractéristiques quantiques (notamment les types de charges) opposées aux particules ordinaires (sauf le spin). On y trouve donc le positron (antiélectron), l’anti proton et même l’antineutron, de charge électrique nulle. La rencontre d’une particule et d’une antiparticule correspondante, conduit à une annihilation mutuelle se résolvant par une transformation totale de la masse perdue en énergie photonique, selon l’équation E=MC2. Le mystère est que cette antimatière n’existe qu’en quantité infime dans l’univers ; où est donc passé le reste ?

Le vide quantique

Un atome est composé de 99,9 % de vide. Du vide vraiment vide ? En fait, pas vraiment, semble-t-il. Dans les collisionneurs de particules, on crée de la matière à partir de l’énergie cinétique de protons se télescopant à des vitesses proches de celle de la lumière ; des particules exotiques venant de ‘nulle part’… Du vide et de l’énergie, naît de la matière

Large Hadron Collider LHC (CERN)
Large Hadron Collider LHC (CERN)

Tous ces paradoxes le sont à notre échelle. Quelle est la frontière entre les mondes de la physique classique et celui des particules, qui voient se déployer des lois si contraires ? Comment transite-t-on de l’un à l’autre ?

Des explications non abouties car non prouvables expérimentalement en totalité, sont en gestation, comme la théorie de la ‘Décohérence’ qui expliquerait le passage d’un ‘monde’ à l’autre, ou la théorie des ‘Supercordes’ pour unifier relativité générale et mécanique quantique… Encore du chemin reste à parcourir pour la science afin de lever tous ces mystères, elle-même d’ailleurs en ressortira probablement bien transformée.