dans
un monde
à 2 dimensions
la 3e dimension
est un mystère
un monde
à 2 dimensions
la 3e dimension
est un mystère
J'ai imaginé une petite histoire afin de mieux appréhender la physique quantique.
Supposons un monde, une planète par exemple, où ...
... les habitants et les objets ne se déplacent que sur un plan, un peu comme le jeu de palets (jeu breton) de l'image ci-dessus.
Tels les palets, les habitants de cette planète et les objets ne peuvent qu'avancer, reculer, aller à gauche ou aller à droite, et seulement cela.
A supposer que les habitants et les objets de cette planète n'aient pas d'épaisseur, ce serait alors un monde à 2 dimensions.
Un monde où la 3e dimension est inconnue. Les habitants n'ont aucune perception de cette 3e dimension. Vivre dans 2 dimensions est leur norme.
Le concept être au-dessus ou être en-dessous n'existe donc pas. Habitants et objets sont sur un même seul plan. Ils ne sont pas traversants.
Parmi les habitants de cette planète, des chercheurs dans le domaine de la physique quantique ont observé le comportement des atomes de la matière de leurs objets.
A leur grande surprise, ils ont pu observer que les particules ne se heurtaient pas quand elles se croisaient, elles passaient l'une à travers l'autre et continuaient normalement (voir ci-dessous).
En réalité, les particules ne se traversent pas mais évoluent dans un monde à 3 dimensions. Cette dimension supplémentaire permet aux particules de se croiser en passant l'une au-dessus (ou en-dessous) de l'autre.
Retour sur la planète Terre.
Il n'est pas question de raconter ici que les propriétés sur-prenantes des particules trouvent l'ensemble des explications dans une autre et nouvelle dimension (au singulier comme au pluriel).
Il est par contre question de montrer qu'il y a des domaines que nous ne maîtrisons pas car ils reposent sur des concepts inconnus ou difficiles à appré-hender (comme dans l'histoire ci-dessus où la 3e dimension est un concept inconnu).
Il est bon de rappeler qu'elles sont les sept propriétés qui caractérisent le comportement des particules:
1. Le principe de superposition:
Une particule peut-être dans plusieurs états en même temps comme être, par exemple, à deux vitesses au même instant ou à deux endroits différents au même instant.
Note:
Il faut cependant faire très attention car, si ce qui précède semble "magique" (comment être au même instant à deux endroits différents?), c'est parce que nous imaginons les particules se comporter comme des objets physiques (des toutes petites billes).
C'est faux!
Il est dit (un peu plus loin ci-dessous) qu'une particule se comporte soit comme un objet corpusculaire, soit comme un objet ondulatoire. Si on s'arrête un instant sur le mot "ondulatoire" on comprend que, comme toute onde, la particule est une propagation, et là, on ne parle pas d'objet. Aussi, à la place d' "objet corpusculaire" il vaudrait peut-être mieux parler de "propagation discontinue". Le terme "propagation" a l'avantage de ne pas associer, dans l'esprit, particule et objet.
Le site Internet "Pour la Science" (titre: Particules et champs sont-ils réels?) donne, à ce propos, un éclairage inté-ressant. Ci-dessous, en italique, un copié-collé extrait de ce site:
• On imagine souvent les parti-cules élémentaires comme de petites billes. Mais cette image perd son sens en physique quantique.
• Selon de nombreux physiciens, les particules ne sont pas des objets, mais des excitations d'un champ quantique. Toutefois, cette notion soulève elle aussi des difficultés.
• Pour surmonter ces obstacles conceptuels, certains pensent que le monde n'est pas formé d'entités matérielles, mais de relations ou de propriétés telles que la masse, la charge et le spin.
2. L'indéterminisme de la mesure:
Comme une particule peut être à deux vitesses différentes "au même instant", toute mesure donnera l'une ou l'autre vitesse sans pouvoir préjuger laquelle des deux vitesses sera mesurée.
3. La dualité onde-corpuscule:
Les particules peuvent, suivant les circonstances, se comporter soit comme des objets corpusculaires, soit comme des objets ondulatoires.
4. L'effet tunnel:
Une particule est capable de franchir une barrière de potentiel (tel un mur très épais) même si son énergie est inférieure à l'énergie minimale requise pour franchir cette barrière.
5. L'intégrale de chemin:
Puisque les particules peuvent être à "plusieurs endroits à la fois", elles peuvent aussi suivre plusieurs trajectoires à la fois. Attention, comme dans le premier point (voir la note ci-dessus à popos du principe de superposition), il ne faut pas considérer une particule comme un objet physique.
Un canon envoie des électrons sur un écran à travers deux fentes parallèles. Comme une particule a la propriété de pouvoir être à deux endroits différents à la fois, la particule pourra traverser les deux fentes.
Une même particule peut se rendre d'un point à un autre en utilisant tous les chemins possibles. Cette approche porte le nom d'intégrale de chemin.
6. La quantification:
Vitesse, énergie, etc. sont des paramètres qui, dans le monde des objets macroscopiques (objet plus grand que l'atome, comme une pierre par exemple), sont variables.
Dans le domaine des objets plus petits que l'atome, ces quantités (vitesse, énergie, etc.) ne le sont pas. Elles sont quantifiées (d'où la dénomination de physique quantique).
Etre quantifié signifie, par exemple, que l'énergie d'un atome peut prendre deux valeurs mais pas les valeurs intermédiaires à celles-ci.
En physique dite classique (gros objets) on parle de quantités continues, en physique dite quantique on parle de quantités quantifiées.
7. Le principe d'incertitude:
Le principe d'incertitude appelé aussi principe d'indétermination est complexe mais pourrait se résumer à cela: pour une particule donnée, il est impossible de connaître simultanément sa position et sa vitesse exactes.
C'est Werner Heisenberg qui énonça pour la première fois ce principe d'indétermination. Il a dit que toute amélioration de la précision de mesure de la position d’une particule se traduit par une moindre précision de mesure de sa vitesse et inversement.
Commentaires et conclusion:
A ce jour, personne n'explique de façon rationnelle les propriétés (déroutantes) de la physique quantique. C'est-à-dire connaître les lois (les règles) qui justifient de tels comportements.
Constater les faits par l'observation et/ou par les calculs est déjà un pas immense grâce à des personnes comme Max Planck, Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Albert Einstein, ...
A propos d'observation, il est très important de rappeler qu'à l'échelle subatomique toute observation induit une modifi-cation du phénomène observé. Ainsi, pour observer de la lumière (des particules appelées photons) ... il faut de la lumière, et la lumière perturbe la lumière.
Je voulais aborder la théorie des cordes dans cette page. Mais j'aurais répété ce que d'autres disent bien mieux que moi sur Internet.
La théorie des cordes exige 10 dimensions (voire davantage). Pourquoi? Je l'ignore. Mais c'est cela qui m'a alors donné l'idée d'imaginer un monde à 2 dimensions avec les questions que ce monde pourrait se poser pour justifier des comportements irrationnels sur la base de l'existence d'une dimension supplémentaire.
Comme nous sommes familiers avec la 3e dimension, on peut supposer que les autres dimensions supplémentaires devraient apporter des réponses claires, cohérentes et logiques à certains comportements dits irrationnels.
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