Bohr et la théorie des quanta

« ! Le spectre de la lumière solaire A décomposé par un prisme : les lignes verticales noires , ou •lignes d'absorption •, trah issent le fait que certains photons de lumière sont interceptés par les atomes de l'atmosphère solaire - et donc éliminés de la lumière qui nous parvien t.

dans lequel le noyau massif était ento uré d'un cortège d'électrons en orbite, comme le soleil est entouré d'un cortège de planètes.

Détail impor­ tant, les électrons ne pouvaient «habiter> • que cer­ taines orbites particulières; ils pouvaient certes transiter de l'une à l'autre, mais sans s'attarder, sans exister entre elles.

Ainsi pouvait-on expliquer la nature quan­ tique de la lumière .

Si un électron «chutait" de l'une de ces orbites «autorisées " à une autre, plus proche du noyau, ce changement de niveau éne rgétique s'accompagnait de l'émission d 'un photon - d'un «quan ta" de rayonnement -à la longu eur d'onde dictée par la différence d'éner­ gie entre les deux orbites.

Inv erseme nt, il fallait communiqu er un grain de rayonnement d' une éne rgie strictement définie à un électron, pour le faire sauter d'une orbite courte à une orbite plus large autour de son noyau atomique.

La physique quantique était née, et devait révolutionner la conception de l'univers.

Le Fran­ çais Louis de Broglie (1892-1987), en tirait une première conséquence en postulant, en 1923, que si les rayonnements électromagnétiques, en plus de leur nature ondulatoire, se comportaient comme des particules, alors celles-ci devaient a ffich er des caractéristiques ondulatoires.

Ce postulat conduisit à la réalisation des premiers microscopes électroniques , utilisant des électrons à la manière d'ondes pour créer des images.

Le principe d'incertitude En fait , la double nature onde/particule de l'élec­ tron se révéla encore plus étrange à mesure que les physiciens l'exploraient.

En 1926 , le physicien allemand Erwin Schrôdinger (1887-1961), é tablit ' Phénomène inverse de l'absorption , les raies d 'émission montrent la palette finie de rayons qu'émet une espèce d'atome particulière (ici l'hélium) , lorsque celui-ci est excité: la demi-douzaine de raies visibles correspondent à autant de changements d 'orbites possibles de ses électrons .

que l'électron se présentait non comme une par­ ticule en orbite autour du noyau , mais comme une onde enveloppant celui-ci, de sorte qu'il se situait à tout point de son orbite en même temps! Son compatriote, Werner Heisenberg (1901- 1976) , poussa le raisonnement plus loin encore, concluant qu'il était en fait impossible de décrire l'électron en termes familiers- ondes ou parti­ cules -, mais que les orbites électroniques ne pouvaient être décrites qu'en termes numé­ riques , connus sous le nom de matrices méca­ niques.

Plus étrange encore: en cherchant à savoir s'il était possible de localiser la position d'un électron sur son orbite, Werner Heisenberg parvint à la conclusion paradoxale que plus serait précis le moyen de mesurer une telle posi­ tion, moins la mesure en question se révèlerait précise.

En d'autres termes , il était rigoureuse­ ment impossib le d'o bserver la matière dans son fonctionnement le plus intime.

Cet étonnant postulat , connu sous le nom de principe d'incertitude de Heisenbe rg, peut être compris à travers que lques exemp les simples.

Imaginons par exemp le qu'un microscope élec­ tronique soit capable de «vo ir>• un électron, grâce à l'éclairage procuré par un photon de lumière.

En éclairant (donc en touchant) l'électron, le photon déplacerait ce dernier, de sorte que sa position ne pourra it jamais être connue avec une très grande précision.

À l'éche lle macroscopique Prix Nobel en 1965 , le physicien .....

américain Richard Feynman (1918-1988) mit au point la théorie de l'électrodynamique quantique .

Il postula également l'existence de •particules virtuelles •, nées et disparues avant qu'on ne puisse les mesurer.

' Prix Nobel de physique en 1932 , Werner Heisenberg découvrit le principe d'incertitude qui porte son nom: plus les moyens de mesure du comportement d 'une particule subatomique sont précis , et moins la mesure le sera.

on peut concevoir la même difficulté , par exemple en essayant de mesurer la température de l'eau d'une baignoire avec un thermomètre.

En plongeant le thermomètre , l'instrument en extrait de la chaleur (celle nécessaire à faire grimper son mercure) , donc il mesure une tem­ pérature inférieure à celle qu'il était censé mesu­ rer.

La théorie quantique et le principe d'incerti­ tude ont permis de mieux comprendre la nature de l'univers, jusqu'au mécanisme mêm e d 'ap pa­ rition de la matière à partir du néant , comme c'est le cas dans la théorie du Big Bang.

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