Physique ou Mécanique Quantique?
On entend souvent ces deux termes, et il est facile de les confondre. En réalité, la différence est assez subtile. Pour faire simple, la mécanique quantique est la théorie fondamentale, l’ensemble des règles et des outils mathématiques qui décrivent le comportement de la matière et de l’énergie à l’échelle atomique et subatomique. C’est la « boîte à outils » du physicien.
La physique quantique, quant à elle, est le domaine d’étude plus large qui utilise les principes de la mécanique quantique pour décrire et comprendre l’ensemble des phénomènes à cette échelle.
On pourrait faire une analogie avec la physique classique :
La mécanique newtonienne serait l’équivalent de la mécanique quantique : c’est le formalisme de base avec ses lois du mouvement et sa loi de la gravitation.
La physique classique serait l’équivalent de la physique quantique : c’est le champ d’application de ces lois pour expliquer le mouvement des planètes, la chute des objets, la mécanique des fluides, etc.
Mécanique quantique : Les fondations ⚙️
La mécanique quantique est le socle théorique qui a été développé au début du 20ème siècle par des pionniers comme Max Planck, Niels Bohr, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger ou Paul Dirac. Elle repose sur des concepts qui défient notre intuition de tous les jours :
La quantification : L’énergie, le moment angulaire et d’autres grandeurs ne peuvent prendre que des valeurs discrètes, en « paquets » appelés quanta.
La dualité onde-corpuscule : Les particules comme les électrons ou les photons peuvent se comporter à la fois comme des ondes et comme des corpuscules.
Le principe de superposition : Un système quantique peut exister dans plusieurs états à la fois tant qu’aucune mesure n’est effectuée.
Le principe d’incertitude d’Heisenberg : Il est impossible de connaître simultanément et avec une précision infinie certaines paires de propriétés d’une particule, comme sa position et sa vitesse.
L’outil mathématique central de la mécanique quantique est l’équation de Schrödinger, qui décrit comment l’état d’un système quantique évolue dans le temps.
Physique quantique : Le champ d’application ⚛️🔬
La physique quantique est le domaine de la physique qui applique les règles de la mécanique quantique pour expliquer un très grand nombre de phénomènes. Elle englobe la mécanique quantique et va plus loin.
La physique quantique comprend des théories plus avancées qui sont des extensions de la mécanique quantique de base, comme :
L’électrodynamique quantique (QED) : Elle décrit les interactions entre la lumière (photons) et la matière (électrons).
La chromodynamique quantique (QCD) : Elle décrit l’interaction forte qui lie les quarks entre eux pour former les protons et les neutrons.
La théorie quantique des champs : C’est le cadre qui unifie la mécanique quantique, la relativité restreinte et la description des champs de force. Elle est essentielle pour le Modèle Standard de la physique des particules.
En résumé, des sujets comme les lasers, les semi-conducteurs (la base de toute l’électronique moderne), la supraconductivité, l’intrication, l’informatique quantique ou la physique des particules font tous partie du grand domaine de la physique quantique.