Utilisateur:PhysiquantiqueG/Histoire

Chronologie[modifier | modifier le code]

Cette article est dédié à "survoler" l'histoire de la mécanique quantique.

1900: Max Planck créé la théorie des quantas , puis la loi du corps noir après avoir découvert la catastrophe ultraviolette

1913: Niel Bohr inaugure un modèle atomique plus complexe après avoir étudié le modèle de Rutheford (la MQ est née)

1920: après avoir découvert les bosons , Bose introduit la statistique de bose-einstein relative aux états énergitique dans lesquel se trouvent les bosons selon des grandeurs physiques . Ce principe sera appliqué aux atomes par Einstein en 1924 , d'où la statistique de Bose-Einstein

1921: Albert einstein contribue à la mécanique quantique en donnant une suite au travaux de Max Planck : il propose une structure corpusculaire de la lumière comme l'avait initié Max Planck. Albert recoit d'ailleurs le prix nobel pour sa théorie sur les quantums

1924: Louis de Broglie crée sa théorie sur la lumière : en fait , il va géneralisé l'idée qu'un objet physique ne peut-être décrit que par l'onde dans lequel il est transporté et par sa représentation corpusculaire . (il crée d'ailleurs une équation sur la longueur d'onde )

1926 : C'est à la suite des travaux de de Broglie , que la "véritable " mécanique quantique est née : en effet , c'est en 1926 que Erwin Schrodinger et Max Born s'associent pour discuter des travaux de de Broglie qu'ils ont trouvé remarquable : il décident alors de crée la fonction d'onde : objet physique et mathématique décrivant la particule en associant onde et corpuscule.

Histoire[modifier | modifier le code]

La mécanique quantique est née d'un problème particulier au 20e siècle : la catastrophe ultraviolette. S'attaquant à ce problème, Max Planck crée la théorie des quantas. Il révolutionne ainsi le problème du corps noir, qui (dans la mécanique classique) est un corps "imaginaire" capable d'emmagasiner toute l'énergie qu'il absorberait, son spectre étant idéal. Mais Planck se rend compte du problème que pose ce corps dans la mécanique classique : l'énergie de ce corps serait n'aurait pas de limite. C'est alors que Max Planck propose sa théorie des quantas : l'énergie n'est pas émise sous formes d'onde, donc continue, mais sous formes de paquets : les quantas.

Ainsi, le corps noir emmagasine l'énergie jusqu'à une limite déterminée par sa loi.

Il affirmait que l'on pouvait "quantifier" la matière par grain d'énergie appelés quantas : quantité d'énergie déterminée par la fameuse constante de Planck :

h= 6.6264.10^-34 Joules.seconde^-1.

cette constante sera utilisé dans denombreuses formules , comme l'une des plus connue :

$E={\frac {h}{c}}\lambda$

l est la longueur d'ondes, avec cette équation , il gagne le prix nobel en 1918 Einstein proposera par la suite

$E=hv$ , qui est équivalent . C'est d'ailleurs Albert qui a proposé pour la première fois , a la suite des travaux de Max , l'explication de l'effet photoélectrique(propriété des matériaux à libérer des électrons en présence d'une source lumineuse de forte intensité), c'est à dire une structure corpusculaire de la lumière.

Un an après, Max a inventé la loi du rayonnement thermique : a partir de la longueur d'onde , on peut déterminé la "distribution" de l'énergie lumineuse en watt(W=J.s-1) , là né l'une des premières équations de la théories des quantas , qui deviendra par la suite la mécanique quantique, en fait , cette équation est née de l'étude d'ue multitude d'équation semblables dans la mécanique classique (Wien , ...) qui tentait de trouver une formule décrivant la répartition spectrale de la lumière , mais qui se contradisaient , de là est née la théorie des quantas.

Par la suite , un grand nombre de physicien (exemple: Erwin Schrödinger,Pauli,Rabi pour le magnétisme,Fermi,...) reprennent cette théorie pour associer ondes et particules et phénomènes associés , puisque , à cete époque on ne parlais pas de particule mais d'onde , le but de la mécanique quantique était donc de lier onde et particule , avec la fameus fonction d'onde phi et psi , qui décrit à tout instant et/ou position , la racine de probabilité de présence de la particule , qui est exprimée notamment en fonction de l'énergie .

En 1913,Bohr developpera un nouveau modèle de l'atome : il se basera sur la théorie de Rutheford pour créer le modèle dans lequel il instaure plusieurs orbites correspondant à des niveaux d'énergie distincts .

il crée une constante a : le rayon de bohr (voir article) , qui représente le rayon moyen de l'électron au noyau . Par la suite , ce modèle engendre la création d'un concept : les moments. L'électron sera alors identifié par la fonction d'onde , le moment cinétique $L=r.p$ (et son observable J) , par son niveau : n , et $n'=l+n+1$ ; ainsi que par son moment magnétique M: $\mu =J\gamma$ .

En 1920, Bose introduit la statistique de Bose-Einstein : celle-ci décrit le nombre de bosons à partir notament des niveaux occupés et de la quantité de matière . Cette statistique est appliqué aux atomes en 1924 , par Albert Einstein.

Parallèlement , Fermi a crée le même principe pour les fermions , et Pauli à repris l'idée de Bose pour créer le principe de Pauli : on peut déterminer le niveaux d'énergie où l'état d'une particule d'un système de bosons ou de fermions grace à des équations déterminées.

- L'histoire de la fonction d'onde débute en 1924 , louis de broglie , physicien et mathématicien français ,émet la théorie selon laquelle toute particule doit être décrite comme un objet ponctuel qui se déplace dans son onde , et il donne entre autre la formule permettant de trouver la longueur d'onde( $\lambda$ ) .

Par la suite , En 1926 le mathématicien Max Born et le physicien allemand schrodingër , s'associe pour proposer un "outil" physique , qui permettrait de terminer la description d'une particule à un instant t et à une distance r ou une position x , à la suite de travaux dans lesquels ils ont étudier certaines expérience qui avaient montrée que les faisceaux se comportaient à la fois comme des ondes mais aussi comme des particules : l'expérience des fentes de young nous montre par exemple que lorsque l'on émet une source de lumière , la lumière passe à travers deux fente et à l'arrivée on remarque l'intérference , qui prouve le comportement ondulatoire de la lumière

Mais lorsque l'on reproduit l'éxperience avec des billes de matières , les interferences disparaissent

Il se basent alors sur la probabilité de trouver cette particule à l'instant t , et à la position x , pour aboutir à cette fameuse fonction d'onde :

$\psi (r,t)^{2}d^{3}r=dP(r)$ ^[1]

cette fonction est complexe et son module intégré est normalisé à 1.

( Sans le savoir vraiment en 1860,avant que la théorie quantique n'est était envisagée , le mathématicien Hilbert a découvert , en étudiant les produits scalaires hermitiens , les solutions du problème de l'oscillateur harmonique : on calcule l'énergie d'une particule dont le mouvement et pendulaire et élastique par rapport à un centre(par exemple , une bille dans un bol qui va de la droite vers la gauche sans s'arreter ) avec la formule :

$E\psi (r)={\frac {1}{2}}m\omega ^{2}x^{2}-(d^{2}\psi /dx^{2})$

or cette même formule a été trouvée près d'un demi-siècle plutôt par Monsieur Hilbert , sous cette forme :

$(x^{2}-d^{2}/dx^{2})\phi (x)=\epsilon \phi (x)$

$\phi$ est une sorte de transformée de fourier de la fonction d'onde et $\epsilon$ le niveau d'énergie

c'est en fait en étudiant les fonctions de carré sommables qu'ils trouvent toutes les solutions de cet équation

En 1925 , Einstein établi la nature corpusculaire de la lumière avec les quantums : particule dont l'énergie serait déterminée à partir de $h$ .

[...]

(1) $\psi$ est la fonction d'onde , $dP(r)$ la probabilité.)

.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Fentes de Young

Liens et documents externes[modifier | modifier le code]

Quelques repères...[modifier | modifier le code]

-Schrodinger : En il a réalisé des travaux sur la mécanique quantique , il réalise notamment l'équation de schrodinger: http://bgoglin.free.fr/physique/images/schrodinger.png

avec H le hamiltonien(l'énergie après évolution du système) , $\psi$ le vecteur d'onde , hbarré h/2 $\pi$ , P l'impulsion(2m*v) , V le potentiel , x la position

$\gamma$ le facteur gyromagnétique

Schrodinger introduit aussi le paradoxe du chat qui décrit un chat mort et vivant à la fois pour montrer l'idée de superposition d'états .

-Pauli : il introduit le principe de pauli : deux particules identiques sont indiscernables , on peut déterminer l'état d'une particule à partir de l'autre , en invoquant notamment l'opérateur de permutation P.

- Rabi : il présente un phénomène magnétique appellé résonance magnétique (RMN pour résonnance magnétique nucléaire): lorsque une particule s'approche d'un champ " local " , elle a le choix entre s'aligner avec le champ ou tourner autour à une vitesse angulaire appelée précession de Larmor , notée w0. $\omega {\underset {0}{=}}-\gamma B$

$\gamma$ est le facteur gyromagnétique : $\gamma ={q^{2}}/{2m}$ (q est la charge et m la masse) , le spin peut être déterminé par : y/2 .

La probabilité que le spin bascule est notée: Pmax = w1²/((w-w0)²+w1²)

Les oscillations de résonnances se notes : $P{\underset {max}{=}}Psin^{2}\Omega {\frac {t}{2}}$

$\Omega =\omega -\omega 0/\omega$

il a d'ailleurs obtenu le prix nobel en 1944

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