• http://lancien.cowblog.fr/images/Sciences2/697889universitedebristolultrahapticsjpg.png

          Monsieur Mélenchon a fait sensation en tenant 8 meetings en même temps, l'un où il était réellement présent et 7 où les spectateurs voyaient un  hologramme. C'est une innovation assez inattendue pour un homme politique, lesquels n'ont, en général, que peu d'atomes crochus pour la technique.   
          J'avais fait le 22/06/19 un article sur les interférences lumineuses, le 23 sur l'holographie et le 24 sur l'utilisation de l'informatique pour réaliser des hologrammes, dans la même rubrique "Techniques".


        Toucher de l’immatériel, que l’on ne voit pas, voilà qui aurait effrayé mes ancêtres. Aujourd’hui c’est possible grâce à des chercheurs britanniques de l’université de Bristol.

        Si l’on envoie, avec un appareil approprié des ultrasons sur la peau, par exemple d’un membre de notre corps, des vibrations sont perçues créant l’illusion d’une surface résistante ou en mouvement.
       
        Lorsque l’on utilise plusieurs sources sonores, de même fréquence (même hauteur de son, - la note -) et relativement ponctuelles, les ondes arrivant en un point se composent, en fonction de leurs phases, de la même façon que la lumière.
        En utilisant deux sources,le son est maximal aux points où la différence des distances est égale à une longueur d’onde, et, si la différence est d’une demi-longueur d’onde, le son est nul.
        On ne parle pas dans ce cas d’interférences, (bien que ce soit analogue au phénomène lumineux), mais d’ondes stationnaires.
        La création d’un tel phénomène dans un tuyau est le principe de base de tous les instruments de musique « à vent ».

        Les chercheurs anglais ont crée un ensemble de générateurs ponctuels d’ultrasons,  analogues à ceux qui servent en échographie, qui peuvent créer de multiples points où le signal sonore est maximal ou nul, par interférence entre les ondes que créent les diverses sources.
        Si on pilote ces générateurs par un logiciel qui serait la représentation holographique de l’objet, pour la longueur d’onde de l’ultrason utilisé, on peut provoquer alors dans l’air des maxima de pression sur une surface en 3D ayant la forme de l’objet.
        Evidement il faut obtenir cet hologramme adapté aux longueurs d’ondes sonores au lieu des longueurs d'ondes lumineuses.
    Pour cela on peut comme en holographie lumineuse, composer le son reçu directement d’une source et celui réfléchi par les divers points de l’objet.
        Mais ces hologrammes dit « haptiques » (toucher en grec), sont moins précis et pour le moment, on ne sait modéliser que des formes simples (cubes, sphères, cônes…), mais évidemment des progrès vont être faits.
        Si on met la main à l’endroit de l’objet virtuel, les effets des ultrasons sur les terminaisons nerveuses de la peau, donnent l’illusion de le toucher
        Les chercheurs ont associé leur machine à un module de contrôle gestuel, afin de permettre au générateur d'ondes de s'adapter au positionnement et aux mouvements de la main de l’utilisateur, car comme il ne voit pas l'objet, il ne sait pas trop où mettre la main et il faut que la peau soit au bon endroit pour sentir la pression de l’objet virtuel.
        Le système d’essai est représenté dans le schéma ci dessous.

    http://lancien.cowblog.fr/images/Sciences2/hologrammesonore.jpg
         Parmi, les applications envisagées, les chercheurs évoquent la possibilité de l'appliquer aux méthodes d'imagerie pour que le chirurgien puisse littéralement sentir une affection comme une tumeur sous ses doigts. Ou encore, une utilisation dans les musées qui permettrait aux visiteurs de toucher des objets exposés.

        J’en propose une autre, plus amusante, combinant l’holographie lumineuse et sonore.
        Je reproduis en sonore l’image haptique holographique d’un petit chien et à son extrémité l’image virtuelle visible de la queue du chien.
        Avec ma main je caresse l’image virtuelle sonore invisible du chien, et l’ordinateur déclenche une holographie vidéo de la queue, qui se met à remuer de plaisir, et la queue je la vois, bien que je ne vois pas le chien mais que je le sente sous mes doigts. LOL

    Toucher un objet qui n'existe pas et que vous ne voyez pas

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  • Eruptions solaires et orages magnétiques.

     

    Eruptions solaires et orages magnétiques.Eruptions solaires et orages magnétiques.

           Je sais comme vous ce qu'est en principe, une éruption solaire ou un orage magnétique, j'ai bien eu autrefois, il y a maintenant 70 ans un cours sur l'astronomie et le fonctionnement des étoiles, mais c'était assez succinct et je n'ai jamais cherché depuis à en connaître les détails.
              Un article sur la revue de mars "Pour la Science" a appelé mon attention et je voudrais en dire quelques mots.

    Eruptions solaires :

              A la surface des étoiles, une couche de gaz constitue la surface visible depuis la Terre (la photosphère) ét la majorité de la lumière que nous recevons provient de cette couche, sous forme de raies spectrales qui vont de l'infrarouge à l'ultraviolet. et qui dépendent de la composition chimique de l'étoile, de sa température, de la densité de matière à la surface et des champs magnétiques présents.
              Sur le soleil, cette couche a quelques centaines de km d'épaisseur et une température d'environ 5 500 d°C.
              Au delà de cette première couche une deuxième couche de gaz e laisse passer les rayonnements lumineux : la chromosphère, qui sur le soleil a une épaisseur d'environ 1000 km.
              A la surface de la photosphère des libérations énorme d'énergie ont lieu périodiquement, d'abord par une énorme augmentation locale des champs magnétiques, puissous forme de rayons X, et de protons et d'électrons qui accélèrent sous l'effet des champs magnétiques, et la température augmente énormémnt jusqu'à une centaine de millions de degrés.    
               Des jets de matière ionisée sont projetés dans l'espace à travers la chromosphère sur plusieurs milliers de km., accompagnés d'émissions de rayonnements qui vont des rayons gamma aux ondes radio. 
              Ces phénomènes peuvent durer q de quelques secondes à quelques heures.
              Le nombre d'éruptions solaires est variable et suit un cycle d'une période moyenne de 11,2 ans. Il y a entre 1 et 10 éruptions très importantes par cycle. Il peut y avoir plusieurs éruptions importantes chaque année, mais de nombreuses petites éruptions ont lieu. Elles sont très difficilesles à prévoir.
            Les éruptions solaires sont classées en différentes catégories selon l'intensité maximale duflux énergétique (W/m2) de rayonnement X mesuré à proximité de la Terre, en général par un satellite.
    On les classe en 5 catégories, A, B, C, M, et X,chacune correspondant à des flux énergétiques dix fois supérieurs. puis que l'on fait ces mesures, la plus forte éruption enregistrée a été celle du 4 novembre 2003 (classée X28, c'est à dire 2,8 mw/m2). Mais deux autres éruptions avaient dépasser les 0,2 mw/m2 (X20) le 16 août 1989 et le 2 avril 2004.
             Ci-dessous quatre photos de deux éruptions importantes  sur lesquelles on voit des éjections de matière importantes :

    Eruptions solaires et orages magnétiques.Eruptions solaires et orages magnétiques.

     Eruptions solaires et orages magnétiques.Eruptions solaires et orages magnétiques.

    Orages magnétiques (ou tempêtes magnétiques)

             Les éruptions solaires entraînent l'expulsion de plasma et de particules qui peut arriver au voisinage de la Terre.  Les particules expulsées chargées électriquement, interfèrent avec le champ magnétique terrestre et entraînent de brutales fluctuations du champ magnétique terrestre et des impulsions électromagnétiques qui peuvent agir sur les conducteurs.  
             L'accumulation d'électrons peut créer des aurores boréales vers le pôle, mais surtout tous les appareils (notamment de navigation), qui utilisent le champ magnétique terrestre peuvent être perturbés et des courants sont induits dans les conducteurs et peuvent perturber, voire détruire, câbles électriques et appareillages électroniques, notamment dans les satellites.
           Les particules qui atteignent la Terre  peuvent engendrer des mutations d'atomes, notamment générer du Carbone 14 radioactif dans les matières organiques, qui permet ensuite une datation. On trouve également du Bérylium 10 et du chlore36 dans les carottes glaciaires des pôles et les variations de leur quantité permettent de révéler la présence d'éruptions solaires et la position dans la carotte de glace permet de dater approximati-vement le phénomène.
           On peut ensuite affiner les recherches en cherchant dans des arbres morts conservés dans des tourbières humides les pics de carbone 14 et en les datant précisément par les anneaux du tronc d'arbre qui correspondent chacun à une année.Ces méthodes toutefois prennent beaucoup de temps et on n'est pas certain de trouver tous les pics correspondants à des orages magnétiques très importants. On dispose de troncs d'arbres pour la période de l'holocène qui correspond à 12 000 ans, mais on n'en n'a analysé pour le moment que 16%.

    Les grandes éruptions solaires et orages magnétiques du passé :

              Les premiers phénomènes connus sont relativement récents : l'événement dit "Carrington" de 1859 et un orage comparable en 1921 Ils ont créé des aurores boréales, des perturbations du champ magnétique terrestre, mais aussi des décharges électriques dans les lignes télégraphiques et en 1921 quelques perturbations dans les lignes électriques.
              En fait ces événements n'étaient pas assez puissants pour générer de produits radioactifs dans la glace et sur les arbres fossiles. et un seul événement beaucoup plus puissant que l'éruption "Carrington" avait été détecté, qui s'était produit en 775, mais n'avait pas été remarqué à l'époque, l'utilisation de l'électricité n'existant pascaux en Chine, où l'on avait observé des aurores boréales.
              Les spécialistes pensaient donc que de tels s événements beaucoup plus puissants ne devaient se produire qu'une fois tous les 10 000 ans.
              Mais en poursuivant leurs investigations, les chercheurs ont découvert deux phénomènes encore plus puissants l'un en - 5259 à la fin de l'ère glaciaire et l'autre en - 7176. Leurs intensités ont été cent à mille fois plus importantes que celle de l'éruption Carrington. 

             Il n'est donc pas exclu qu'un autre orage très important survienne un jour prochain.
    Alors qu'il y a 100 ans, la vulnérabilité du monde n'était pas très importante, ce n'est plus le cas aujourd'hui avec le développement de la distribution électrique, des appareillages électroniques, et surtout de toutes les installations de télécommunication et d'observation.
            Les impulsions qui seraient produites dans les conducteurs et les pièces électroniques risquent de provoquer des destructions très importantes : des-truction des satellites, de câbles sous)marin, et le réseau internet très endommagé.
          Le problème est qu'on sait mal prévoir ces éruptions solaires, car cela permettrai d'arrêter le temps nécessaire, l'électronique des satellites et d'internet pour les protéger.

               

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  • Les éléments : tableau de Mendeleïev.

        Après mes articles sur les particules, , protons, neutrons et électrons, j'ai pensé que je pouvais parler du tableau périodique des éléments, bien connu de Mendeleïev qui, en chimie, classe les éléments atomiques. Beaucoup d'entre vous l'ont appris au lycée..

      Depuis longtemps les chimiste (par exemple Lavoisier), cherchaient à classer logiquement les éléments, en rapprochant leurs propriétés chimiques, et c’est en 1860 que Dimitri Mendeleïev a élaboré ce tableau très proche de l’actuel, en se basant sur une périodicité des propriétés chimiques.
            De nombreux corps simples n’étaient pas connus à l’époque (la radioactivité et les isotopes non plus), mais il avait fait le pari que des corps seraient découverts et il leur avait laissé des places vides. Cette géniale intuition s’est révélée exacte
            Quand j’ai fait mes études il y a presque 70 ans, on connaissait, si je me souviens bien jusqu’à l’élément 97 le Berkelium Bk qui est un des actinides radioactifs et déjà instable. Le suivant 98, le Californium a été découvert en 1950 en bombardant une cible de Curium 95 avec un faisceau de particules alpha (noyaux d’hélium). Le Californium est un émetteur de neutrons et il est dangereux. Il fissionne sous l’effet des neutrons et on pourrait théoriquement en faire une bombe, mais il est impossible d’en préparer des quantités suffisantes.
            Le tableau de Mendeleïev allait alors jusqu’à 118 mais on ne pensait pas pouvoir obtenir des éléments tellement ils étaient instables.
            En fait ces éléments ont peu à peu été découverts, sauf l’élément 117 alors que le 118 l’Organesson a été «vu» vers 2005, mais seuls 4 atomes ont été détectés, tellement il est instable, et on ne connaît donc guère ses propriétés.
            Or l’élément 117, le Tennessine a été découvert par des physiciens russes en 2010 (en projetant des ions Calcium sur du Berkélium 97) et  cette découverte  a été confirmée par les américains.

            On a dû vous expliquer que ce tableau était en outre basé non seulement sur les propriétés chimiques des éléments, mais surtout sur la configuration de la dernière couche électronique (une orbitale - voir mon article d'il y a 4 jours) des atomes correspondants.
         Ce sont ces couches et leur nombre d’électrons qui sont mentionnées en haut et en bas du tableau ci-dessus. Elles sont aussi explicités sur le "tableau de Janet" ci dessous.

    http://lancien.cowblog.fr/images/Images2/Janet.jpg

            Mais à partir de numéros atomiques élevés (vers 70), les électrons des dernières orbitales ont des vitesses qui ne sont plus négligeables vis à vis de celles de la lumière et les lois de la mécanique ne s’appliquent plus : il faut appliquer celles de la relativité.
            Pour les numéros moyens, on constate un resserrement d’abord les orbitales qui se rapprochent du noyau et l’atome est plus stable. Mais lorsque le numéro atomique (et le nombre d’électrons) augmente, les couches internes font écran et les forces liant les électrons au noyau de l’atome sont moins forts pour la couche externe.
        Pour des atomes tels que l’or ou l’argent par exemple, il y a surtout resserrement des couches, ce qui facilite les transitions des électrons lorsqu’ils reçoivent l’énergie d’un photon externe, et cela permet d’expliquer la brillance et la couleur de ces métaux.
            Par contre lorsqu’on arrive aux éléments 90, l’instabilité des couches externes prend de l’importance et donc les propriétés chimiques peuvent différer de celles des éléments du début du classement, non soumis à ces effets relativistes.
            Il est possible que, par exemple l’élément 118 , qui devrait être un gaz rare, puisque toutes ses orbitales sont remplies d’électrons, soit en fait, un solide, et que l’élément 117  n’ait pas, comme il le devrait, les propriétés chimiques d’un halogène, mais soit plus proche d’un métalloïde.
            Mais c’est très difficile à savoir, puisqu’on ne dispose que de quelques atomes de chacun de ces derniers éléments, très instables et ce pendant des temps très courts..

            Le tableau de Mandéleïev est donc maintenant complet. Mais s’arrête t’il vraiment là ?
    On va essayer de trouver des éléments 119 et 120, ce qui obligerait alors à mettre une ligne supplémentaire au tableau et à concevoir un nouveau type d’orbitale : G. (voir tableau ci dessus)
            L’avenir nous le dira.

    Nota : sur le tableau de Janet, les éléments 113 115, 117 et 118 avaient encore un nom provisoire.    
          Leur nom définitif a été retenu en 2016.
          Elément découvert par le Japon, l'élément 113 a été baptisé Nihonium (symbole chimique: Nh), en référence à Nihon qui est le nom usuel du Japon.
         Co-découvreurs des éléments 115 et 177, les Russes et les Américains se sont partagé les honneurs: Moscovium (Mc) pour l'élément 115 (en référence à Moscou évidemment) et Tennessine (Ts) pour le numéro atomique 117. 
         L'élément 118, gaz (?) noble, a été baptisé Oganesson (Og) en référence au scientifique Yuri Oganessian pour ses travaux sur les éléments superlourds.

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  • Ondes et particules.

           Un lycéen qui a eu un cours sur les interférences lumineuses, me demande, "mais quelle est la réalité entre onde et particules" et une correspondante me dit qu'elle n'a rien compris au "chat de Schrödinger" Eh oui, il ne fait pas miaou !
           Je vais essayer de répondre, mais en essayant d'être concret, car, comme je l'ai déjà expliqué, la mécanique quantique consiste essentiellement en la résolution d'équations mathématiques utilisant des opérateurs abstraits, résolutions qui permettent de prévoir les phénomènes, ét la plupart des physiciens spécialistes excellent dans ce domaine, mais ne s'intéressent pas à ce qu'est la réalité, qu'il est très difficile d'imaginer.
           Je vais donc voir successivement ce qui se passe avec une onde, puis avec des particules prises une par une, (des électrons), puis avec un ensemble de particules qui réagissent entre elles. Enfin j'irai caresser le chat de Schrödinger.

    Les interférences d'une onde.

           Prenons la houle en mer, en l'absence de vent. Les molécules d'eau restent sur place et simplement montent et descendent, mais nous avons l'illusion qu'une vague de forme sinusoïdale avance vers la plage. La matière reste en place, c'est l'onde qui se déplace et c'est une illusion d'optique, parce la hauteur d'eau varie en chaque point dans le temps. C'est notre œil et notre cerveau qui créent ce mouvement.
    C'set également vrai, à plus petite échelle, si nous envoyons un gros caillou dans une surface plane d'eau calme. Il se propage alors à partir du point d'impact, une onde sphérique.

           Supposons maintenant que nous mettions une petite digue, percée de deux trous A et B, sur le chemin de l'onde (schéma ci-dessous).
           Derrière la plaque deux nouvelles ondes sphériques se propagent à partir des trous A et B comme centres origines.
             Si maintenant nous mesurons les hauteurs d'eau sur une plaque P, en chaque point de la plaque, les hauteurs d'eau vont s'additionner. Au point C sur la perpendiculaire au milieu du segment AB, les trajets des deux ondes sphériques sont égaux et on a une hauteur d'eau qui est le double de la hauteur de chaque onde sphérique issues des trous.

     

    Ondes et particules.

           Dans tous les autres points, les durées de trajet sont différentes et donc les hauteurs d'eau ne sont pas maximales et sont différentes selon le trou dont l'eau provient. Lorsque les trajets seront tels que les deux ondes correspondent à des minima de hauteur, la somme des deux arrivées d'eau sera minimale.
            On obtient sur la plaque P une répartition des hauteurs fixe dans le temps, correspondant à l'image ci-dessus : c'est une figure d'interférence.
           Mais on connait la réalité des choses : les ondes ne sont qu'une illusion de déplacement créée par notre oeil, qui correspondent aux variations dans le temps des hauteurs d'eau. La réalité c'est la hauteur matérielle de l'eau en un point donné à un instant donné, hauteur qui ne varie plus dans le temps sur la plaque P.

    Des électrons devant la plaque percée de deux trous.

           Nous nous représentons l'électron conne un corpuscule, une toute petite bille qui a des trajectoires bien déterminées.
           P
    renons un canon à électrons qui envoie un faisceaux d'électrons sur la plaque percée des deux trous et bouchons le trou A, puis le trou B. Si nous mesurons avec un détecteur le  nombre d'électrons qui arrivent sur une plaque P, nous observons une répartition suivant les courbes cci-dessous : les électrons ont été plus ou moins déviés parles choc sur les parois du trou, d'où deux répartitions symétriques selon qu'on bouche le trou A ou B.

    Ondes et particules.

               L'électron s'est bien comporté comme une particule.
               Ouvrons les deux trous : au début, le nombre d'électrons étant limité. nous allons trouver les deux répartitions correspondant aux trous A et B, superposées (voir figure ci dessous). Les électrons se comportent encore comme des particules.

    Ondes et particules.

             Mais si l'on augmente le flux d'électrons, ou si lon attend suffisamment de temps pour qu'il y ait un grand nombre d'électrons, la répartition des électrons se modifie et on retrouve la même répartition que lors des interférences d'ondes.

    Les électrons sont ils une particule ou une onde.

             On peut faire des essais en envoyant un par un des électrons et on obtient des impacts tantôt dans le prolongement du trou A, tantôt du trou B, sous forme de bits localisés que nous donne le détecteur. Mais envoyés en grand nombre, leurs interactions mutuelles entraînent la formation des interférences.
              L'électron quantique n'est pas un corpuscule classique : un corpuscule classique ne pourrait pas créer une telle figure d'interférence... Cependant, ce n'est pas non plus une onde comme celles de la houle sur la mer : avec une onde, on ne peut pas obtenir un "bip" localisé sur le détecteur, ce comportement-là est plutôt caractéristique d'un corpuscule.
              Comme je l'ai montré hier, on ne peut localiser avec précision la position de l'électron, qui peut se trouver donc à plusieurs endroits et on ne connait qu'une zone où il a une certaine probabilité de se trouver. 
              En fait quand on observe un électron, (comme lorsque on observait les bits d'impact sur l'écran, un par un), l'électron est localisé, mais dès qu'on veut mesureur un de ses paramètres, alors on ne peut plus connaître sa position : il devient délocalisé.
              Contrairement à la mécanique classique, les résultats des mesures dépendent de l'action de l'opérateur.
              De la même façon, sa quantité de mouvement q = mv n'est pas déterminée, mais on connait des probabilités de diverses valeurs..
               La notion d'onde permet de connaître des probabilités de valeurs de mesure.
               Une grandeur mathématique que l'on appelle la "fonction d'onde' permet de connaître la probabilité qu'a l'électrons de se trouver en un endroit donné.
               Lorsqu'on la représente dans l'espace, on a un nuage de points et la densité en points de ce nuage représente la probabilité de trouver l'électron en cet endroit : l'endroit le plus probable est celui où la densité du nuage est la plus grande.

               En physique classique, on a une incertitude sur les mesures a, erreur que j'appellerai ∆a , qui dépend de la précision des appareils de mesure (vous avez dû faire de tels calculs au lycée en travaux pratiques de physique).
               Si nous mesurons la position p à un instant donné d'un mobile et sa quantité de mouvement q = mv, à condition d'avoir de bons instruments nous pouvons minimiser les erreurs et avoir ∆p < v1 et ∆q < v2, v1 et v2 étant des valeurs d'erreurs maximales indépen-dantes l'une de l'autre, qui dépendent uniquement. des méthodes et instruments de mesure.
               En mécanique quantique, la notion d'incertitude est très différente. Si nous voulons mesurer la position p de l'électron et sa quantité de mouvement, les incertitudes ne sont pas indépendantes et sont liées par la "relation d'Heisenberg" : ∆p • ∆q > h , h étant un nombre appelé la constante de Planck ( h = 6,63. 10-34 ). Cela veut dire que plus on obtient de certitude sur la position, plus on sa d'incertitude sur la quantité de mouvement et vice-versa.
              Autre incertitude, un électron peut avoir seulement deux états de spin, "up" ou "down", mais on ne peut pas connaître à un instant donné quel est celui le concernant et son état est généralement un mélange de ces deux états up et down.
              Dans la pratique nous pouvons toujours différencier deux billes, en les prenant de couleur différente. Mais nous ne pouvons pas "peindre" deux électrons de couleurs différentes. Nous ne pouvons différencier deux électrons , nous savons seulement qu'il y en a deux, avec une zone de probabilité de présence commune.
              

    Le chat de Schrödinger, un paradoxe.

             La physique quantique est limitée au domaine des particules et ne s'applique pas dans notre environnement usuel. Si on essaie d'appliquer les lois de la physique quantique à notre environnement, on aboutit à des paradoxes.
    Ondes et particules.         Mettons un chat dans une cage dans laquelle il y a de la nourriture empoisonnée contenue dans une boîte. Dans notre monde la boîte est ouverte ou fermée et le chat reste donc vivant ou va mourir.
             Supposons maintenant que l'ouverture de la boîte soit commandée par le spin d'un électron qui arrive sur un détecteur : up elle est ouverte, down elle est fermée. Mais l'électron a en fait un mélange des deux spins. Donc la boîte est à la fois ouverte et fermée, et le chat est donc potentiellement, à la fois vivant et mort.

             Heureusement dans la vie qui est la nôtre, je sais où je suis et à quelle vitesse je marche, et je serai vivant tant que je ne serai pas mort !!!

                  

     

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  • http://lancien.cowblog.fr/images/Images2/images-copie-14.jpghttp://lancien.cowblog.fr/images/Images2/Unknown-copie-9.jpg
        A la suite de mon article sur les particules et la mécanique quantique,, j’ai eu plusiuers questions et demandes d’explication. Il semble notamment que vous n’ayaez jamais entendu parler des «orbitales». C’était autrefois au programme de première et terminale, et je pensais donc que vous en aviez entendu parler.
        Mais plus généralement on me pose des questions sur les particules, les électrons et leur mouvement. Je vais essayer de répondre.

        Je ne vous expliquerai pas la mécanique quantique. Comme je vous l'ai dit dans mes précédents articles, si j'ai eu quelques cours sur cette matière à l'X, je ne m’en suis jamais servi ensuite, et de plus les outils mathématiques qu’elle utilise aujourd’hui n’existaient pas du temps de mes études.
        En fait quand on subit un cours de mécanique quantique, c’est totalement abstrait; c’est un ensemble d’équations qui décrivent l’état des particules dans leur environnement, et de plus cela dépend de l’état de l’observateur. Finalement on ne conait les particules et leurs propriétés qu’au travers «d’opérateurs» mathématiques".
    C’est très frustrant pour quelqu’un qui a les pieds sur terre.

        Je vais donc plutôt essayer de rester concret et je ne vous dirai pas ce que sont les particules, mais plutôt ce qu’elles ne sont pas !!
        Dans les classes de bac, on a tendance à représenter les électrons notamment, ou les photons lumineux, comme de petites billes sur des trajectoires, tournant autour du noyau de leur atome pour les électrons, un peu comme la terre autour du soleil.(à droite sur la figure ci-dessus)
        Seulement cette représentation que nous empruntons à notre environnement, ou à l’espace sidéral, n’est pas exact en mécanique quantique, car les particules ont une vitesse non négligeable vis à vis de celle de la lumière (300 000 km/s) et dès lors, les lois habituelles de la mécanique classique, vraies pour les faibles vitesses de notre environnement, ne le sont plus dans ce cas et ce sont les lois de la relativité qu’il faut appliquer, celles qui apparaissent mathématiquement dans ces fameuses équations.

        Il y a alors d’étranges différences que nous avons du mal à imaginer.
        La particule, petite boule à un endroit donné et sur une trajectoire de mouvement, à une vitesse déterminée, n’existe pas.

        Je vais essayer de vous donner une explication matérielle bien que dans ce domaine, ce soit assez incertain dès qu'on veut être concret.
        Quand je veux voir une balle de tennis et mesurer sa vitesse, (par exemple 200 km/h) je prends un détecteur optique et un chronomètre très rapide. je capte dans ce détecteur des photons lumineux qui ont cheminé autour de la balle. Ceux qu’elle a interceptés me donnent un signal «d’absence de photons», ou bien de ceux qu’elle a réfléchi, signal qui me dit où est la balle à l’instant t (c’est son image) Ceci n’est possible que grâce à deux conditions :
                - les photos sont pratiquement sans masse et donc leur collision avec la balle ne modifie pas son comportement, car la quantité d’énergie qu’ils peuvent lui donner est négligeable, vis à vis de la quantité de mouvement qu’il faudrait donner à la balle, très pesante, pour la dévier. (dans un choc enter deux mobile, la grandeur qui permet d'étudier les interactions et leurs conséquence est la quantité de mouvement mv, de chacun des mobiles)
                - les photons se déplacent très vite à la vitesse de la lumière, sans commune mesure avec la vitesse de la balle. Donc quand ils arrivent dans ma caméra, la balle ne s’est déplacée que d’une quantité infime, pendant le temps de parcours des photons entre la balle et la caméra. Je peux donc connaÎtre sa position avec exactitude à l'instant t.
        Pour savoir dans quelle direction va ma balle il me faut deux mesures successives qui me donnent un deuxième point de la trajectoire et donc le sens du déplacement
        Si maintenant je place une autre caméra à une distance d connue avec précision, et je repère à nouveau le passage de la balle, et si je puis mesurer de façon très précise le temps t entre les deux passages, la vitesse de la balle sera v = d/t.

        Essayons de faire la même chose avec un électron qui a une vitesse non négligeable vis à vis de celle de la lumière, et supposons que je puisse capter un photon qu’il a réfléchi avec ma caméra, le temps que le photon parvienne à ma caméra, l’électron se sera déplacé d’une distance non négligeable.
        Donc je ne peux pas savoir où se trouve l’électron, du moins précisément : je ne connais qu’une zone dans laquelle il se trouve probablement.

        Par ailleurs le photon que j’ai envoyé sur l’électron pour le repérer a une énergie non négligeable vis à vis de celle de l’électron et notamment de sa quantité de mouvement (mv) sur sa trajectoire. C’est donc comme si je mesurais la trajectoire de la balle de tennis en la bombardant d’autres balles de tennis : quand elles se cogneraient, la trajectoire initiale de la balle dont je veux mesurer les paramètres est modifiée.
        Si pour savoir où elle va, la première balle ayant modifié sa trajectoire lors de la première mesure, l’indication de la seconde mesure sur la position de la balle  est donc erronée, en ce qui concerne la tralectoire initiale que je veux connaître.
        Donc je ne peux connaître que très approximativement la direction de déplacement de l’électron.

        De la même façon si je veux connaître sa vitesse, je vais faire non seulement une grosse erreur sur les positions, mais encore sur les temps des impacts et donc sur leur différence entre les deux mesures.
        Je ne peux donc pas non plus connaître exactement la vitesse de mon électron.
       
        Donc je ne peux connaître qu’approximativement les caractéristiques de la particule; je sais qu'avec une mauvaise précision où elle est et quand elle y est.
        Finalement je ne peux, par le calcul, que connaître une zone où elle risque d’être, et plus je veux le savoir à un instant précis, plus la zone est imprécise et étendue.
        Finalement mes équations me font traiter ma particule à des instants donnés comme un grand nombre de particules distinctes (une pour chaque instant) et je ne pourrai calculer que la probabilité qu’elle se trouve dans espace donné. C’est l’onde associée à la particule qui me donne cette probabilité.

        Alors les orbitales qu’est ce ? (voir les figures ci dessus) : ce sont les zones ou ma particule a une probabilité importante de se trouver, mais on ne sait pas quand. On peut dire qu’elle se déplace dans cette zone, qui contient ses trajectoires si tant est qu’il y en ait. D’où cette représentation en «nuages». (figure de droite en tête de l'article)

        Une autre bizarrerie de la mécanique quantique c’est le rôle de l'observateur.
        Dans notre environnement , les lois qui décrivent les phénomènes sont indépendantes de l'observateur, du moins dans un système tridimensionnel de référence. Il n'y a une dépendance que si l'onfait des observations dans deux systèmes de référence animés d'une vitesse, l'un par rapport à l'autre.C'est le cas de l'effet Doppler et de la modification du son émis par un véhicule en mouvement par rapport à l'observateur.
         Mais on peut décrire ce qui s'est passé en astrophysique il y a des millions d'années, alors qu'aucun obesrvateur humain n'était là.
         En mécanique quantique les phénomènes varient suivant l'opérateur, car, comme on vient de le voir, suivant les données qu'il veut connaître sur la particule, il modifie son état en cherchant à les déterminer.

        En fait les équations de la mécanique quantique ne décrivent les particules que par certaines «quantités» : la masse, la charge, le spin, et leurs relations entre ces grandeurs.
        Et elles expliquent les interactions entre ces particules, en décrivant les modifications  des relations entre ces grandeurs, grâce à des opérateurs mathématiques.
        C’est très abstrait et ce qui est extraordinaire, c’est que cela permet de prévoir leur comportement, de prévoir les phénomènes, mais ce qu’elles sont en réalité, comment réagissent elles dans la pratique, personne ne le sait et ne le saura sans doute jamais.

        On m'a posé aussi la question, "qu'est ce que l'onde par rapport à la particule". C'est assez compliqué à expliquer et , pour ne pas alourdir ct article, j'essaierai de le faire demain.

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