Sixième colloque " Physique et interrogations fondamentales "

Le siècle des quanta

Bibliothèque nationale de France

Grand auditorium

Mercredi 15 novembre 2000, de 9h à 19h

 

Dominique Lecourt

Dominique Lecourt est philosophe, professeur à l¹Université Denis Diderot - Paris 7. Auteur d¹une vingtaine d¹ouvrages dont notamment Contre la peur (rééd. Quadrige/PUF, 1999) et le Dictionnaire d¹histoire et philosophie des sciences (PUF, 1999).

Kant et les quanta

Résumé :

Les fondateurs de la mécanique quantique ont relancé quelques questions philosophiques majeures : celle de la réalité du monde extérieur, de l’objectivité des connaissances, de la causalité, de l’individualité et la substantialité des êtres physiques. Ils n’ont cessé d’avoir à s’expliquer avec la théorie de la connaissance et avec l’idéal de la science qu’avait élaborés Kant par une interprétation de la physique newtonienne. Cette explication avec Kant met en pleine lumière les ressorts philosophiques du grand débat sur le déterminisme. En philosophie même, il explique une part essentielle du destin de l’épistémologie contemporaine.

Peter Atkins

University of Oxford, England

The emergence of chemical physics

L’émergence de la physico-chimie

Abstract

Chemical physics, as distinct from physical chemistry, could not exist without quantum mechanics. But is there more to chemical physics than Dirac's view to the effect that with quantum mechanics formulated, chemistry was just a matter of physics. At one level, of course, chemistry is merely physics; but chemistry is a highly emergent subject that can always be rationalized but rarely predicted. The essential guidance of experience becomes ever more pressing as chemistry spreads into molecular biology, where even the prediction of structure is elusive. Nevertheless, chemical physics, which broadly speaking is the application of quantum theory to chemical systems, has been enormously successful, especially since computational techniques have been brought to bear, and I shall review the development of seminal techniques and their application to interstellar physics, hard and soft solids, quantum pharmacology, and molecular biology.

Résumé :

La physico-chimie, qu’il faut distinguer de la chimie physique, ne pourrait exister sans la mécanique quantique. Mais y a-t-il quelque chose de plus, dans la physico-chimie, que le point de vue de Dirac pour qui, avec la formulation quantique, la chimie devenait juste une question de physique ? A un certain niveau, bien sûr, la chimie se résume à de la physique ; mais la chimie est un objet éminemment émergent, que l’on peut toujours rationaliser, mais rarement prédire. L’arbitrage essentiel de l’expérience devient encore plus pressant quand la chimie s’étend vers la biologie moléculaire, où même la prédiction des structures est délicate. Néanmoins la physico-chimie, qui est au sens large l’application de la théorie quantique aux systèmes chimiques, a été extrêmement féconde, notamment depuis l’apport des techniques de calcul sur ordinateur. Je passerai en revue les développements des techniques de base et leurs applications à la physique interstellaire, aux solides durs et mous, à la pharmacologie quantique et à la biologie moléculaire.

Jean-Loup Puget

Institut d'Astrophysique Spatiale

Cosmologie et physique fondamentale

Résumé :

Les observations du fond de rayonnement micro-onde cosmologique et en particulier celles qui seront effectuées avec la mission spatiale Planck en 2007 permettront de déterminer les paramètres cosmologiques avec une très grande précision.

Ces observations auront donc une grande importance pour la physique fondamentale en donnant des contraintes observationnelles sur la physique de l'univers primordial (donc à très haute énergie, impossible à tester auprès des accélérateurs).

 

Catherine Chevalley

Professeur de philosophie, Université de Tours.

L’" irrationalité " de la constante de Planck et ses effets en philosophie

Résumé :

Parmi les multiples expressions, formulations ou remarques de Niels Bohr qui ont été mal ou peu comprises figure le terme d’"irrationalité", par quoi Bohr décrivait le trait qui lui semblait spécifique de la constante de Planck. Que voulait dire Bohr exactement ? C’est le premier point que j’essaierai d’éclaircir. En me fondant ensuite sur cette clarification, j’analyserai les "effets" les plus surprenants produits en philosophie par l’émergence de ce "trait irrationnel d’un point de vue classique" symbolisé par h.

Roland Omnès

Roland Omnès est physicien, professeur émérite (et ancien président) de l’Université de Paris-Sud (Orsay). Auteur d'une douzaine d'ouvrages dont Philosophie de la science contemporaine, Gallimard, 1994 (mise à jour : Quantum Philosophy, Princeton, 1999) et pour physiciens : Comprendre la mécanique quantique, EdP Sciences, 2000.

L’interprétation moderne de la mécanique quantique et le retour au rationnel.

Résumé :

L’interprétation de la mécanique quantique a été revue depuis une quinzaine d’années, grâce à plusieurs faits nouveaux : solution du problème du " chat de Schrödinger " par l'effet de décohérence, réconciliation du déterminisme classique et du probabilisme quantique, réintroduction de la logique " standard " dans la description des événements microscopiques.

On aboutit ainsi a une interprétation déductive ou localité, causalité et rationalité retrouvent leur place à une grande échelle (c’est-à-dire celle de nos sens), comme autant de conséquences démontrables des premiers principes de la physique quantique.

Le quantique et le sens commun trouvent ainsi un accord.

Serge Haroche

Professeur à l’Université Paris VI et à l’École Normale Supérieure, membre de l’Institut Universitaire de France

Superpositions, intrication et décohérence quantiques

Résumé :

La théorie quantique est essentielle à la description de tous les phénomènes naturels. A l’échelle microscopique, elle explique le comportement des particules, des atomes et des molécules. Elle est indispensable à la compréhension de nombreux phénomènes macroscopiques tels le magnétisme, la conductivité électrique, la supraconductivité. Elle est également essentielle à notre compréhension de l’Univers, les lois quantiques ayant joué un rôle crucial durant les premiers instants du Big Bang. Et cependant, malgré un siècle de succès retentissants, la physique quantique reste jusqu’à un certain point "étrange" dans la mesure où ses concepts de base semblent contredire notre intuition classique.

Le principe de superposition est au cœur de la théorie quantique. Un système microscopique pouvant exister dans plusieurs états différents peut également être dans tous ces états à la fois, pour ainsi dire "suspendu" entre différentes réalités, ce qui conduit à des phénomènes d’interférence impossibles à comprendre classiquement. Les conséquences de ce principe sont particulièrement surprenantes dans des systèmes étendus, constitués de plusieurs particules. On parle alors d’intrication quantique. Une mesure effectuée sur l’une des particules a un effet immédiat à distance sur le résultat des mesures effectuées sur les autres. La théorie quantique apparaît ainsi fondamentalement comme non locale, ce qui troublait profondément Einstein. Superpositions et intrication ne sont généralement pas observables sur des objets macroscopiques. Le couplage inévitable de ces objets avec leur environnement détruit très vite les interférences quantiques. C’est le phénomène de la décohérence qui explique pourquoi l’étrangeté quantique est généralement voilée dans le monde qui nous entoure.

Pendant longtemps, superpositions, intrication et décohérence sont restés des concepts analysés à l’aide d’"expériences de pensée", dont celle du chat de Schrödinger est la plus connue. A la fin du XXème siècle, les progrès de la technologie ont rendu réalisables des versions de laboratoire simples de ces expériences. On peut maintenant piéger et manipuler des atomes et des photons un à un et construire avec eux des modèles réduits de chats de Schrödinger et d’autres objets étranges. Au delà de la curiosité scientifique et du défi que constitue l’observation de l’étrangeté quantique "in vivo ", ces expériences éclairent la frontière entre les mondes classique et quantique et ouvrent des perspectives fascinantes d’application.

Bernard Frois

Bernard Frois est Directeur de Recherche au CNRS.

Sous l'atome, un autre monde quantique

Résumé :

La mécanique quantique est née au début du 20e siècle pour expliquer les propriétés des électrons, constituants de l’atome, responsables de la cohésion des molécules. Au cœur de chaque atome, il existe un noyau de matière très dense qui est un autre monde quantique. L’interaction entre les constituants du noyau, protons et neutrons, est des milliers de fois plus forte que l'interaction électromagnétique qui lie les électrons de l’atome.

Comment se manifeste la mécanique quantique dans les noyaux ?

Comment voir ses constituants ?

Que peut-on apprendre des propriétés de cette matière dense ?

Nous verrons, au cours de cet exposé, comment les physiciens sondent la structure des noyaux, leurs découvertes et l’apport de la physique nucléaire à la compréhension du monde quantique.

Claude Cohen-Tannoudji

Professeur au Collège de France, prix Nobel de physique 1997.

Atomes et photons: un système idéal pour la compréhension et l'enseignement de la mécanique quantique