Mécanique quantique

Tousactualitésdossiersdéfinitionsquestions réponsespersonnalités

Mécanique quantique : personnalités

Né le 15 juin 1947 à Agen, Alain Aspect est un physicien français co-lauréat en 2022 du prix Nobel de physique aux côtés de John Clauser (USA) et Anton Zeilinger (Autriche), tous trois pour leurs travaux sur les fondations de la théorie quantique ayant ouvert la voie à l’utilisation du phénomène d’intrication quantique découvert en 1935 par Albert Einstein et Erwin Schrödinger. Le premier va s’en servir avec deux collègues pour formuler ce que l’on appelle désormais le paradoxe d’Einstein-Podolsky-Rosen, encore appelé effet EPR, et le second le paradoxe du Chat de Schrödinger.La célébrité d’Alain Aspect vient surtout de l’expérience qu’il a conçue au milieu des années 1970 et réalisée avec ses collègues Philippe Grangier, Jean Dalibard et Gérard Roger en 1982, et qui permettait de tester, mieux que John Clauser avant eux, ce que l’on appelle les inégalités de Bell, en référence aux travaux publiés en 1964 par le physicien irlandais John Bell alors qu’il avait temporairement quitté son poste au Cern. Ces inégalités permettaient en théorie de trancher entre deux thèses avancées l’une par Albert Einstein via l’effet EPR et l’autre par Niels Bohr en réponse à l’article de Boris Podolsky et Nathan Rosen avec Einstein en 1935.Einstein pensait que les équations et les principes de la mécanique quantiques avancés dans une formulation finale en 1927 à partir des efforts conjoints de Bohr, Born, Heisenberg et aussi Dirac et Pauli n’étaient pas la description ultime des phénomènes quantiques et que l’on en reviendrait à des images concrètes dans l’espace et le temps, avec une utilisation des probabilités qui n’était plus fondamentale.Les résultats de Bell et Aspect ont montré que toute une classe de théories alternatives à la mécanique quantique de 1927 était réfutée par l’expérience, celle des théories dites à variables cachés locales. La démonstration de la réalité du phénomène d’intrication quantique a stimulé le début des travaux sur l’information quantique au cours des années 1980, information quantique que l’on retrouve dans les recherches actuelles sur les ordinateurs, la cryptographie et la téléportation quantique.#CNRSleJournal ???? Découvrez le parcours et les recherches du physicien français, récompensé aujourd’hui pour ses travaux pionniers sur l’intrication quantique, avec ces articles réalisés à l'occasion de sa médaille d'or du CNRS. https://t.co/0fJSvwspGz— CNRS ???? (@CNRS) October 4, 2022 Alain Aspect avait fait ses études supérieures en physique à l’École normale supérieure de Cachan, devenant professeur agrégé de sciences physiques en 1969 après avoir décroché ce que nous appellerions aujourd’hui un master en optique. Il passera un premier doctorat en 1970 avant de partir enseigner, au titre de la coopération, à l’École normale supérieure de Yaoundé (Cameroun) de 1971 à 1974. Comme il l’explique dans la biographie que lui a consacrée le CNRS, il se fait envoyer à la fin de son séjour un ouvrage tout juste publié, Mécanique quantique par Claude Cohen-Tannoudji, Bernard Diu et Franck Laloë. L’ouvrage est devenu par la suite une des références mondiales sur le sujet et comme l’explique Alain Aspect au sujet de la France : « À l’époque, la physique quantique était enseignée de manière un peu obscure. Certaines propriétés me semblaient relever de la schizophrénie et je me posais beaucoup de questions sur le formalisme quantique. J’ai commencé à avoir des réponses claires avec ce livre ».C’est à son retour en France, nommé maître-assistant à l'ENS Cachan, il est mis en contact par Christian Imbert, professeur à l'École supérieure d'optique, et Olivier Costa de Beauregard, directeur de recherche au CNRS, avec les idées du paradoxe d’Einstein-Podolsky-Rosen explorées par John Bell dans son article de 1964. « Sa lecture fut comme un coup de foudre, j’ai su que c’était sur ce sujet que je voulais travailler », explique Alain Aspect qui, dès lors, se lance sur la trajectoire qui aboutira à la percée de 1982 en publiant déjà un article fondateur à ce sujet en 1976.Le physicien Alain Aspect, directeur de recherche CNRS au Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'optique d'Orsay, a reçu la Médaille d'or du CNRS en 2005 pour ses travaux dans le domaine de l'optique quantique et de la physique atomique. Il raconte son parcours et décrit ses travaux dans cette vidéo. © CNRSEn complément de cette vidéo, le CNRS commente : « En 1935, Albert Einstein montre que les lois de la mécanique quantique autorisent la formation de particules intriquées. Deux photons, par exemple, qui ont interagi entre eux dans le passé puis se sont éloignés l'un de l'autre, conserveraient la possibilité d'échanger des informations. Toute modification d'une propriété d'un des photons est immédiatement transmise à l'autre photon. C'est l'intrication quantique. Pour Einstein, aucune information ne peut se transmettre plus vite que la lumière, et donc le formalisme quantique doit être rejeté. Niels Bohr conteste cette position. Mais aucune expérience n'est à l'époque capable de prouver l'existence ou l'absence de l'intrication (ou non-localité). En 1964, le physicien John Bell montre que les points de vue d'Einstein et de Bohr conduisent à des prédictions différentes et il formalise ce résultat par les célèbres inégalités de Bell. Alain Aspect et son équipe (Philippe Grangier, Gérard Roger et Jean Dalibard) vont réussir à fabriquer une source produisant des paires de photons intriqués, puis à étudier leurs propriétés. Les résultats obtenus (1982) violent les inégalités de Bell, ce qui veut dire que la physique quantique a raison. Il existe bel et bien des paires de particules intriquées, c'est-à-dire des particules dont les propriétés restent liées quelle que soit la distance qui les sépare. Les deux particules même distantes de plusieurs kilomètres se comportent comme un système unique. Ces phénomènes ont des applications dans le domaine de la cryptographie et de l'informatique (ordinateur quantique). » En 1984, probablement en conséquence de la découverte, il est nommé maître de conférences à l'École polytechnique et sous-directeur de laboratoire au Collège de France, associé à la chaire de physique atomique et moléculaire de Claude Cohen-Tannoudji qui lui-même deviendra lauréat du Prix Nobel en 1997.Les années qui vont suivre le conduiront à devenir professeur à l'École polytechnique et à de nouvelles recherches dans le domaine des atomes ultrafroids et des condensats de Bose-Einstein sans oublier à la première démonstration de la dualité onde-corpuscule avec des photons individuels.Alain Aspect est aussi membre de l'Académie des sciences et de l'Académie des technologies ainsi que lauréat d’une impressionnante liste de récompenses comme la médaille Albert-Einstein en 2012 et la médaille Niels Bohr à l’occasion de la célébration du centenaire de la publication du modèle atomique du physicien Danois.Notons également qu’il est cofondateur en 2019 de Pasqal, une entreprise spécialisée dans l’informatique quantique et qui travaille sur un ordinateur quantique à atomes neutres.

Sciences

Physique

Alain Aspect

personnalité

• 07/10/2022

Né le 8 aout 1931 en Angleterre dans une famille anglaise exceptionnelle, son père était psychiatre et généticien et ses deux frères respectivement grand maître international aux échecs et sommité mondiale en physique statistique, le prix Nobel de physique 2020, Roger Penrose, s’est lui illustré dans le domaine des mathématiques et de la physique théorique liés à la théorie de la relativité générale.Il a commencé sa carrière de mathématicien dans les années 1950 avec une thèse en géométrie algébrique, liée aux mathématiques de la théorie de la relativité d’Einstein, passée à l’Université de Cambridge, là où Newton était professeur, et alors que ce domaine des mathématiques allait être révolutionné par le légendaire Alexandre Grothendieck.De la géométrie algébrique aux trous noirsMais au tout début des années 1960, il va s’intéresser à la relativité générale et à la cosmologie relativiste sous l’influence du physicien Dennis W. Sciama qui quelques temps plus tard sera le directeur de thèse de Stephen Hawking.Penrose va introduire des méthodes mathématiques originales issues de la géométrie algébrique et de la topologie différentielle pour éviter de longs calculs, parfois même impossibles, afin d’extraire facilement des équations de la théorie de la relativité générale leurs prédictions concernant la théorie relativiste des étoiles et de la cosmologie.En 1965, il va démontrer que ce qui sera appelé plus tard un trou noir par le génial physicien John Wheeler est une conséquence inévitable de la relativité générale appliquée à l’effondrement gravitationnel d’une étoile suffisamment massive et ayant épuisé son carburant nucléaire, confirmant les calculs déjà fait dans des cas idéalisés et donc peut-être douteux dans les années 1930 du père de la bombe atomique, Robert Oppenheimer, avec ses élèves.Roger Penrose parle de la relativité générale, des trous noirs et de sa théorie cosmologique. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © London Mathematical SocietyLe théorème découvert par Penrose implique également que le point final de l’effondrement d’une étoile en trou noir est une singularité de l’espace-temps qui s’y anéantie mais uniquement si l’on ne fait pas intervenir des aspects quantiques de la gravitation.Stephen Hawking va reprendre les idées et les méthodes de Penrose pour montrer que la théorie d’Einstein implique aussi une singularité initiale et un début de l’Univers dans le cadre de la théorie du Big Bang qui venait de devenir nettement plus crédible en 1965 avec la découverte du rayonnement fossile.Penrose va aussi introduire d’autres méthodes géométriques, en particulier ce qui sera appelé des diagrammes de Penrose-Carter, et qui vont permettre des découvertes importantes dans le domaine de la physique des trous noirs et de la cosmologie. Les calculs fait par Hawking pour découvrir son célèbre rayonnement quantique des trous noirs utilise d’ailleurs un tel diagramme.De la gravitation quantique à une théorie quantique de la conscienceDes années 1960 aux années 1970, Penrose va également développer des idées originales d’origine géométrique pour une théorie quantique de la physique en espace-temps courbe. Ses théories des « torseurs » et des réseaux de spins sont utilisé aujourd’hui pour explorer des théories quantiques de la gravitation.Les contributions et la créativité de Penrose ne s’arrêtent pas là. Dès les années 1950, il va influencer l’artiste néerlandais Maurits Cornelis Escher qui va reprendre le désormais célèbre triangle de Penrose pour en faire les noms moins célèbres « Chute d'eau » et « Montée et Descente ». Son intérêt pour la géométrie et les puzzles va le conduire également à la découverte d’un nouveau type de pavages mathématiques du plan que l’on pensait impossible et qui va se trouver avoir des applications très concrètes des années plus tard avec la découverte des quasi-cristaux.Des travaux des mathématiciens, il résultait qu'un pavage périodique dans le plan avec des objets possédant une symétrie d'ordre 5, comme par exemple un pentagone, était une impossibilité. Jusqu'au milieu des années 1970 on pensait aussi que tout pavage du plan devait se réduire à un pavage périodique. Ce fut donc une surprise quand Roger Penrose trouva un contre-exemple. À l'origine, il ne s'agissait que de mathématiques récréatives mais ce qui est aujourd'hui connu comme le pavage du plan par des tuiles de Penrose permettait effectivement de réaliser un pavage non pas périodique mais quasi-périodique du plan avec des structures possédant une symétrie d'ordre 5. © Ianiv SchweberPenrose s’interroge depuis des années sur la physique de la conscience. Ayant également une conception platonicienne des mathématiques, il pense qu’on les découvre et que la conscience humaine n’est pas le résultat de l’exécution d’algorithmes sur un ordinateur, inspiré en cela notamment par les travaux du mythique logicien Kurt Gödel, lui aussi tenant d’un platonisme mathématique. Il pense également que la conscience repose sur des processus quantiques mais qu'une nouvelle mécanique quantique est nécessaire pour vraiment en rendre compte.Ces dernières années, Penrose a aussi proposé et défendu une nouvelle cosmologie, dite conforme et cyclique, en tant qu’alternative à la théorie de l’inflation dont il doute, doute qu’il étend d’ailleurs à la théorie des supercordes. Il pense que son modèle cosmologique est testable avec le rayonnement fossile notamment mais pour le moment, les preuves qu'il avance ne rencontre que du scepticisme.Roger Penrose nous parle de ses idées sur l'origine de la conscience et comment il en est venu à écrire un puis deux célèbres livres à ce sujet. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Lex FridmanOn peut légitimement penser que Penrose est l’un des dignes successeurs de Newton et comme lui l’un des Géomètres de l’Univers et l’un des « bâtisseurs du ciel ».Roger Penrose a écris plusieurs livres dont certains sont incontournables, en voici quelques exemples.Les deux infinis et l'esprit humain À la découverte des lois de l'univers: La prodigieuse histoire des mathématiques et de la physiqueLes Cycles du temps: Une nouvelle vision de l'UniversThe Emperor's New Mind: Concerning Computers, Minds, and the Laws of Physics Une présentation par Roger Penrose et ses collègues de son modèle de cosmologie cyclique conforme (CCC). Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © skydivephil

Sciences

Théorie de la relativité générale

Roger Penrose

personnalité

• 16/04/2021

La voie qui conduit au métier de chercheur est parfois rectiligne, succession d'étapes où brillent les succès scolaires fulgurants, ordonnés suivant une parfaite rationalité, chacun appelant le suivant. La mienne fut tout autre, attiré dès le plus jeune âge vers ce que l'on appelait alors les humanités, passionné par la littérature et les langues dites mortes, emporté par les voyages lointains auxquels convie la lecture des classiques, fasciné par ces hommes et ces femmes qui, du fond des âges, nous ont laissé des écrits sur lesquels le temps n'a pas de prise et qui, parfois, vous marquent au fer rouge. La bifurcation tardive vers les sciences (après un bref épisode où seule la musique comptait) ne fut pas sans douleur mais elle eut lieu sans réelle difficulté grâce à un professeur de mathématiques en terminale (appelée à l'époque Math' Elem), Mr. Henri Mas, auquel je tiens à rendre ici hommage non pas tant pour ce qu'il m'a appris que pour ce qu'il m'a donné, définitivement : l'envie d'apprendre, toujours et toujours. La suite elle non plus ne fut pas sans doutes et errements liés à la rigidité d'un système au sein duquel le choix est fortement conditionné par l'aléatoire des concours et la pression sociale. En bout de course, une fois passée l'école d'ingénieurs, j'ai pris définitivement la direction de l'université pour y exercer le métier d'enseignant-chercheur. Plus de quarante années après, un regard en arrière me permet d'avoir la certitude d'avoir exercé l'un des plus beaux métiers du monde, celui où le premier devoir est la transmission des vraies connaissances, le second, qui en est le dual, de contribuer un tout petit peu à leur développement. L'un des plus passionnants aussi puisque rien n'y est jamais acquis, rien n'est jamais achevé, tout peut être encore et toujours approfondi. L'un des plus ludiques enfin car se confronter à une question qui résiste en voulant la faire progresser renvoie à ces souvenirs d'enfance où il fallait alors trouver la pièce manquante du puzzle, mettre la main sur la bonne vis pour achever le Mécano ou identifier le rail qui, à chaque fois, faisait dérailler la loco électrique.

Sciences

Physique

Claude Aslangul

personnalité

• 14/10/2013

John Stewart Bell était un physicien théoricien dont les travaux portant sur les fondements de la mécanique quantique sont devenus célèbres à la suite de l’expérience d’Alain Aspect et ses collègues portant sur l’effet EPR en 1982. Elle consistait à vérifier si le comportement de paires de photons polarisés violait ou non des inégalités découvertes par John Bell en 1964. Ces inégalités découlaient des travaux d’Einstein, Podolski et Rosen datant de 1935, tentant de démontrer que l’utilisation des probabilités en mécanique quantique n’était pas fondamentale. Tout comme pour la théorie cinétique des gaz classiques, Einstein et d’autres chercheurs comme Louis de Broglie et David Bohm pensaient que l’apparition de ces probabilités provenait de l’ignorance des valeurs de certaines variables dans une théorie plus complète, plus profonde que la mécanique quantique, et déterministe comme l’était la mécanique classique. Les inégalités de John Bell sont considérées comme l'un des résultats les plus importants de la physique du XXe siècle. Leur test en 1982 grâce aux expériences d'Alain Aspect et ses collègues ont révélé que le phénomène d'intrication quantique était réel, ce qui a stimulé les travaux sur l'information quantique. Les conséquences philosophiques des travaux de Bell sont profondes. © Joachim Reinhardt/université de Frankfort John Bell dans les pas d'Einstein et Bohm Né en Irlande en 1928, John Bell avait montré un intérêt précoce pour les sciences puisqu’il avait annoncé son intention de devenir un chercheur à l’âge de 11 ans. Il deviendra docteur en physique dans les années 1950. Bien qu’ayant commencé par étudier la physique expérimentale, il terminera sa formation en se spécialisant en physique nucléaire et théorie quantique des champs. Mais c’est le fameux débat entre Einstein et Niels Bohr concernant l’interprétation de la mécanique quantique qui le conduisit à ses travaux les plus célèbres en 1964. Partisan des idées d’Einstein, ce fut pour lui une révélation quand il découvrit que contrairement à ce qui semblait découler d’un théorème du grand mathématicien John Von Neumann, les théories à variables cachées de Louis de Broglie et David Bohm étaient en mesure de reproduire certaines des prédictions de la mécanique quantique. Le théorème de Von Neumann qui était supposé interdire de compléter les équations de la mécanique quantique avec des théories à variables cachées déterministes n’était en fait pas assez général. Des inégalités célèbres Bell réussit à trouver des inégalités permettant de tester les équations de la mécanique quantique dans le cadre d’une situation expérimentale définie par Einstein, Podolski et Rosen une première fois en 1935 et conduisant à ce que l’on appelle désormais le paradoxe EPR, des noms de ses découvreurs. Il s’agissait d’une expérience manifestant clairement ce que l’on appelle de nos jours le phénomène de l’intrication quantique. Il fallut attendre cependant l’année 1982 pour que les progrès de la technologie permettent à Alain Aspect et ses collègues de concrétiser les idées de Bell. L’expérience, basée sur les inégalités de Bell, démontra qu’il n’était pas possible de compléter la mécanique quantique avec des théories à variables cachées dites locales. Il restait possible de le faire avec des théories dites non locales comme celle de Bohm mais on entrait alors en conflit avec la théorie de la relativité restreinte. Bell fut troublé par ces résultats et il commença à penser que pour conserver l’espoir d’Einstein de compléter les équations de la théorie quantique il fallait en revenir à une sorte d’éther, avec un temps et un espace absolus, comme l’avait proposé Lorentz du temps d’Einstein. Ses réflexions à ce sujet furent interrompues le 1er octobre 1990 lorsqu’il décéda des suites d’un AVC. En lice pour le prix Nobel, il l’aurait probablement eu s’il avait vécu quelques années de plus. On doit à John Bell aussi des travaux importants sur la notion d’anomalie en théorie quantique des champs avec celle dite d'Adler-Bell-Jackiw (ABJ).

Sciences

Physique

John Bell

personnalité

• 22/01/2013

Weyl est né le 9 novembre 1885 à Elmshorn (Allemagne). De 1904 à 1908 il a étudié à Göttingen et à Munich, principalement intéressé par les mathématiques et la physique, obtenant un doctorat en mathématique à Göttingen sous la direction de Hilbert et Minkowski. Une partie importante de sa carrière se déroula ensuite à l'École polytechnique fédérale de Zurich en Suisse, ce qui lui donna l’occasion de rencontrer et d’interagir avec des physiciens théoriciens du calibre d’Einstein, Pauli et Schrödinger. De gauche à droite à l'IAS : Howard Percy Robertson ; Eugene P. Wigner ; Hermann Weyl ; Isidor Isaac Rabi ; Albert Einstein ; Rudolf Walter Ladenburg ; J. Robert Oppenheimer. © 2012 Institute for Advanced Study, Einstein Drive, Princeton, New Jersey 08540 USA Plus tard, quittant l’Allemagne en 1933 à cause de la montée du national-socialisme (sa femme, Hella, étant juive) alors qu’il avait succédé à Hilbert à Göttingen en 1930, il s’établit à Princeton où un poste de professeur permanent lui fut attribué au célèbre l'Institute for Advanced Study (IAS). Ses collègues ne furent alors rien de moins qu’Einstein, Von Neumann et Gödel. Weyl resta à l’IAS jusqu’à sa retraite en 1951. Au cours de cette période, ses travaux de recherches furent très diversifiés, allant de la théorie des représentations des groupes topologiques jusqu’à la théorie des nombres algébriques auxquels on peut ajouter des cours sur les équations intégrales, en hydrodynamique, en théorie des fonctions. On lui doit à la fin de cette période un excellent petit livre de vulgarisation sur le concept de groupe (Symétrie et mathématique moderne) et ses connexions avec la notion de symétrie dans les sciences de la nature, que ce soit la cristallographie, la biologie ou la théorie de la relativité ou même le domaine artistique. Revenu par la suite à Zurich, il y décéda le 8 décembre 1955. Influence de Weyl sur les sciences Hermann Weyl était un des plus brillants mathématiciens du XXe siècle. Le plus doué des élèves de Hilbert, il était aussi universel que son maître et ses travaux portent sur toute l’étendue des mathématiques même si c’est surtout en topologie, géométrie différentielle et théorie des groupes qu’il a laissé un héritage scientifique important. Comme Hilbert et Poincaré, sa maîtrise des mathématiques se doublait d’un intérêt profond pour la physique théorique à laquelle il contribua aussi bien en relativité générale qu’en mécanique quantique. C’est Weyl qui signala à Schrödinger une technique mathématique pour résoudre son équation quand celui-ci en fit la découverte. Aujourd’hui encore, la consultation de ses deux ouvrages Temps, espace, matière ; leçons sur la théorie de la relativité générale et Théorie des groupes et mécanique quantique sont des lectures recommandées. Surtout, emboîtant le pas à Einstein pour l’élaboration d’une théorie unifiée de la gravitation et de l’électromagnétisme, il prit conscience de l’importance du concept d’invariance de jauge. Bien qu’initialement ce ne fut que dans le cadre d’une généralisation classique des équations de la relativité générale, il transposa le concept en mécanique quantique ouvrant la voie aux théories de Yang-Mills, les théories de jauge modernes à la base du modèle standard des particules élémentaires. Issu de la tradition universitaire allemande du XIXe siècle qui ne séparait pas la philosophie et les sciences, Weyl ne cessa de s’intéresser à la philosophie, notamment à travers la logique, l'histoire et les fondements des mathématiques. En porte témoignage son ouvrage Philosophie des mathématiques et des Sciences Naturelles dont la lecture est source d’un enrichissement continuel encore aujourd’hui selon les mots du prix Nobel de physique Franck Wilczek. Weyl est connu comme l’un des rares mathématiciens intuitionnistes au XXe siècle, son célèbre ouvrage sur le continu en mathématique en porte la trace. Pour en savoir plus : Hermann Weyl, itinéraire d’un parcours scientifique et intellectuel ;Hermann Klaus Hugo Weyl.

Sciences

Physique

Hermann Weyl

personnalité

• 22/04/2012

Max Born (11 décembre 1882-5 janvier 1970) était un physicien et mathématicien allemand naturalisé britannique. Il a notamment joué un rôle important dans le développement de la mécanique quantique. Il contribua également à la physique du solide, en optique et supervisé les travaux d'un certain nombre de physiciens notables dans les années 1920 et 1930. Parmi eux, Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli et Robert Oppenheimer. Le prix Nobel de physique (partagé avec Walther Bothe) lui fut attribué en 1954. Born a pu bénéficier d’une solide formation en mathématique grâce à ses professeurs Hilbert et Minkowski, mathématiciens de tout premier plan et très expérimentés en physique. Il a ensuite étudié la physique des électrons avec Larmor and J.-J. Thomson, l’astrophysique avec Schwarzschild. Ses premiers travaux portèrent sur la dynamique des réseaux cristallins mais sa véritable passion à cette époque en physique est la toute jeune théorie de la relativité d’Einstein. Il deviendra un ami proche du père de la théorie de la relativité générale mais leurs opinions divergeront quant à l’interprétation de la mécanique quantique. Max Born a eu pour assistant Werner Heisenberg et Wolgang Pauli alors qu'ils venaient tout juste de passer leur doctorat sous la direction de Sommerfeld. Born comprit tout de suite que derrière les curieux calculs de mécanique quantique que venait de découvrir Heisenberg en 1925, se cachaient les règles du calcul matriciel et en particulier la non-commutativité des produits de matrices. Il développe alors la théorie matricielle de la mécanique quantique avec son assistant, Pascual Jordan et Heisenberg. Il passe à côté de l’équation de Schrödinger qu’il était en mesure de découvrir avant que celui-ci ne le fasse en 1926 en publiant ses articles sur la mécanique ondulatoire. Ervin Schrödinger, Niels Bohr, Werner Heisenberg, Auguste Piccard, Paul Dirac, Max Born, Wolfgang Pauli, Louis de Broglie, Marie Curie, Hendrik Lorentz, Albert Einstein sont les physiciens les plus connus du congrès Solvay de 1927. Le film s'ouvre avec Erwin Schrödinger et Niels Bohr. © bungeejump-YouTube C’est tout de même lui qui comprend que la fonction d’onde de Schrödinger n’est pas une onde de densité de charge électrique mais bien une amplitude de probabilité quantique pour l’état d’un système physique. Avec Heisenberg, il exposera sa vision de la théorie quantique, en opposition à celle d’Einstein, lors du mythique congrès Solvay en 1927. Congrès que beaucoup considèrent comme l’acte de fondation de la mécanique quantique dont les fondements et l’interprétation se sont alors cristallisés. Dans les années 1930, il développe avec Infeld la théorie de l’électrodynamique non linéaire qui tombera en désuétude après la seconde guère mondiale et les résultats spectaculaire obtenus en électrodynamique quantique par Tomonaga, Schwinger et Feynman. Cette théorie reviendra sous une nouvelle forme dans le cadre de la théorie des supercordes dans les années 1990. Max Born avait émigré en Angleterre à cause du régime nazi. Devenu citoyen britannique il enseigna longtemps à l’université d’Edimburg avant de prendre sa retraite en Allemagne où il décédera en 1970. Sur les contributions de Max Born à la mécanique quantique, on pourra lire : l'interprétation statistique de la mécanique quantique ;les textes du congrès Solvay en 1927.

Sciences

Physique

Max Born

personnalité

• 05/01/2012

Wolfgang Pauli était un des plus grands physiciens théoriciens du XXe siècle à qui l’on doit des contributions fondamentales en physique quantique, notamment avec la théorie quantique des champs décrivant les particules élémentaires. Il était né en 1900 à Vienne d’un père médecin et professeur de chimie à l’université et d’une mère journaliste. Enfant surdoué, il bénéficia en plus de cours particuliers en mathématique et en physique de sorte qu’il décrocha non seulement son doctorat en physique théorique à l’âge de 21 ans mais rédigea simultanément un traité sur la théorie de la relativité qui stupéfia Albert Einstein et Herman Weyl, les deux meilleurs experts de la théorie à cette époque. Élève de Sommerfeld, tout comme Werner Heisenberg, il se pencha en compagnie de ce dernier sur les mystères de la théorie quantique. Il y apporta des contributions décisives, par exemple en trouvant le moyen de décrire le spin de l’électron au moyen des désormais célèbres matrices de Pauli. Auparavant, il avait découvert une propriété importante des particules douées de spin demi-entier, le fameux principe d’exclusion de Pauli. Avec Heisenberg, il a donné la première formulation de la théorie quantique des champs relativistes et plusieurs de ses caractéristiques, comme la connexion spin-statistique et le théorème CPT, qui portent son empreinte. Refusant l’apparente violation de la conservation de l’énergie dans certaines réactions de désintégration radioactive pendant les années 1930, il postula l’existence d’une particule inconnue à l’époque, sans masse et sans charge électrique. Sa prédiction fut confirmée en 1956 par la découverte du neutrino. De gauche à droite : Albert Einstein et Wolfgang Pauli en pleine réflexion, en 1926. © Cern Considéré par certains comme l’égal et même le supérieur d’Einstein, il s’opposa cependant à ce dernier quant à l’interprétation de la mécanique quantique, se ralliant à la théorie de la complémentarité de Niels Bohr et à la fameuse interprétation de Copenhague. Vers la fin de sa vie, après la seconde guerre mondiale et un séjour de quelques années aux États-Unis, il revient en Europe en devenant professeur à l’ETH de Zurich. Il consacra alors une partie de son temps à une théorie unifiée des interactions et revisita la théorie de Kaluza-Klein, suivant finalement les pas d’Einstein qui lui aussi travailla jusqu’à la fin de sa vie sur une théorie unitaire mais différente. Pauli était un homme complexe avec sa part d’ombre, comme le raconte Etienne Klein. Préoccupé depuis longtemps par la philosophie dont il avait une grande connaissance, il se tourna vers Carl Jung à la suite d’une dépression et entretient une longue amitié et correspondance avec le psychanalyste. Comme plusieurs physiciens théoriciens de premier calibre du début du XXe siècle, Pauli était fortement sensibilisé à des conceptions philosophiques proches de l’hindouisme et du néoplatonisme (on peut citer Schrödinger, Heisenberg et Oppenheimer). Pour ses travaux, il reçut le prix Nobel de Physique en 1945. Il est décédé en 1958. Exposition de l'ETH-Bibliothek à l'occasion du centenaire de la naissance de Wolfgang Pauli.

Sciences

Physique

Wolfgang Pauli

personnalité

• 04/01/2012