La physique quantique, voila un domaine qui echappe au sens commun. Elle est intimement liée avec le monde qui nous entoure dans la mesure ou elle permet de décrire les propriétés dynamiques des particules subatomiques et les interactions entre la matière et le rayonnement.  Cependant, la théorie quantique reste en marge (jusqu'a present...) avec les théories qui s'appliquent à l'echelle macroscopique (la mécanique classique par exemple).

Qui veut apprehender la physique quantique doit abandonner toute intuition  et toute logique fondée sur sa connaissance du monde qui nous entoure. De plus, elle s'appuie sur des formalismes mathématiques puissants impossibles à traduire en concepts courants. La théorie quantique se caractérise par un ensemble de concepts abstraits totalement contre-intuitifs qui la rende très difficle à vulgariser. Ce pourquoi cette page ne s'étalera pas dans les détails saugrenus de cette discipline mais essaiera plutot d'aborder les notions, précisement non intuitives, qu'il est necessaire d'avoir à l'esprit pour mieux appréhender les sujets de ce site.

Aujourd'hui, la théorie quantique constitue le fondement de toute la physique moderne: la physique du solide, la physique de la matière condensée, la supraconductivité, la physique nucléaire et la physique des particules élémentaires trouvent en cette théorie un base cohérente.

Ce que ne sont pas les atomes
En 1911, le physicien Rutherford détermina l'existence du noyau atomique. Il émit l'hypothèse que tous les atomes sont constitués d'un noyau dense chargé positivement et autour duquel tournent, comme les planètes autour du Soleil, les électrons chargés négativement. La théorie électromagnétique classique développée par le physicien britannique James Maxwell prédit sans équivoque qu'un électron tournant autour du noyau rayonne continuellement de l'énergie électromagnétique jusqu'à épuisement total de son énergie. Ainsi, d'après la théorie classique, un atome tel que décrit par Rutherford serait instable. Cette lacune amena le physicien danois Niels Bohr, à postuler, en 1913, que la théorie classique n'est pas valable pour un atome et que les électrons se déplacent sur des orbites placées à des distances déterminées du noyau et qu'à chaque changement d'orbite d'un électron il y a absorption (s'il s'éloigne du noyau) ou émission d'énergie (s'il s'en approche). Damned, qu'avait il fait la, l'image décrite en 1911 est sympathique car facile à assimiler avec des concepts familiers. Cependant, comme je l'ai souligné plus haut, la mécanique quantique n'est pas le domaine du familier, l'image donnée par Bohr est pur le moins trompeuse. Les electrons ne tournent pas autour du noyau! Ce sont des objets quantiques qui ne sont pas modélisables par des points et qui ne possèdent pas de trajectoire. Les electrons n'occupent pas une position précise mais sont diffus. On les décrit par une fonction d'onde (LIEN) qui determine la probabilité de leur présence en un lieu et à un instant donné. On représente communement cette probabilité par des sortes de nuages flou (orbitales) plus ou moins dense selon cette probabilité. Les electrons d'un atome on des niveaux d'énergie bien définis spécifique à l'élément considéré

Théorie des quanta
Le premier développement qui conduisit à la résolution des difficultés théoriques que les observations amenaient fut l'introduction par le physicien allemand Max Planck de la notion de quantum comme réponse aux études conduites par les physiciens sur le rayonnement du corps noir, pendant les dernières années du XIXesiècle. Son hypothèse indiquait que l'énergie était rayonnée seulement par quanta d'énergie hu, où u est la fréquence et h le quantum d'action, connu aujourd'hui sous le nom de constante de Planck. En 1900, Planck affirma donc que la matière ainsi que l'énergie rayonnante ont une structure discontinue et postula que la matière ne peut émettre ou absorber l'énergie rayonnante que par petites unités discrètes appelées quanta.

La superposition d'état
Voila encore une exclusivité quantique. Le principe de superposition affirme que les caractéristiques d'un atome, d'une particule ou d'un système quantique en général constituents un état. Or, quand un système à plusieurs état possibles, la somme de tous ces états est également un état possible! Le système se trouve alors dans une superposition d'état. C'et grace à ce principe qu'une particule peut occuper plusieurs positions à la fois ou qu'un atome peut se trouver dans un état de superposition d'energies. Ce phénomène est bien sur impensable dans l'univers classique. Le simple fait de mesurer fait disparaitre la superposition d'état au profit d'un seul. Pourtant à defaut d'avoir une mesure de la superposition d'états la théorie quantique nous donne la probabilité qu'on a de mesurer chaque état.
Remarque: Pour rester dans le domaine de la cosmologie, on peut souligner une hypothèse interessante de Hugh Everest qui postule que a chaque réduction du nombre d'états il n'y a pas passage de superposition d'états à un seul mais réalisation de tous les état dans un univers différent. Théorie qui reste, à priori, inverifiable de par le fait que les univers parallèles ne communiquent pas entre eux.

La dualité onde-corpuscule
Que les atomes soient constitués de particules, soit, mais il restait encore des phénomènes inexplicables. Comme les ondes électromagnétiques ont des caractéristiques de particules, le physicien français Louis Victor de Broglie suggère, en 1924, que les particules pourraient aussi, dans certains cas, montrer des propriétés d'ondes. Quelques années plus tard, cette prédiction fut vérifiée expérimentalement par les physiciens américains Clinton Joseph Davisson, LesterHalbert Germer et le britannique George Paget Thomson. Ils montrèrent qu'un faisceau d'électrons dispersés par un cristal génère une diffraction caractéristique d'une onde.

L'équation d'onde
La notion ondulatoire de la particule permet au physicien australien Erwin Schrödinger de développer une équation dite équation d'onde pour décrire les propriétés ondulatoires de la particule et, plus particulièrement, le comportement de l'électron dans l'atome d'hydrogène. L'équation d'onde de Schrödinger présente donc quelques solutions discrètes seulement, ces solutions sont des expressions mathématiques dont les paramètres représentent les nombres quantiques. (Les nombres quantiques sont des entiers introduits dans la physique des particules pour exprimer la grandeur de certaines quantités caractéristiques des particules ou des systèmes.) Les solutions de l'équation de Schrödinger indiquent aussi que les quatre nombres quantiques de deux électrons ne peuvent pas occuper le même état énergétique. Cette règle, déjà établie empiriquement par le physicien suisse Wolfgang Pauli, en 1925, est appelée principe d'exclusion.

Le principe d'incertitude
L'impossibilité de localiser un électron avec exactitude à un moment précis est analysée par Werner Heisenberg qui, en 1927, formule le principe d'incertitude. Ce principe stipule l'impossibilité de déterminer simultanément la position exacte et le moment d'une particule. Non pas à cause de l'imprécision des appareils de mesure, mais à cause d'une caractéristique intrinsèque du monde quantique. En premier lieu, il est impossible de mesurer la position d'une particule sans perturber sa vitesse. Les connaissances de la position et de la vitesse sont dites complémentaires, c'est-à-dire qu'elles ne peuvent pas être précisées simultanément. Ce principe est aussi fondamental si l'on veut comprendre la mécanique quantique telle qu'elle est conçue aujourd'hui: les caractères ondulatoire et corpusculaire du rayonnement électromagnétique peuvent être compris comme deux propriétés complémentaires du rayonnement.

Les recherches actuelles
Malgrès son efficacité incontestable et ses succès dans de nombreux domaines et applications de la physique (lasers, transistors, ...) la physique quantique continue à poser deux problèmes d'envergure :

• Ou se trouve la limite entre ce monde quantique aux régles étranges et le monde macroscopique que la physique classique décrit entièrement?
• Pourquoi les lois des la physiques quantique, qui ne s'appliquent qu'au monde subatomique, ne peuvent se généraliser à l'echelle de l'univers (ou inversement).