Intro à la mécanique quantique
Par où passent les photons ?
Voici une autre manière d’aborder le sujet que de tenter de se dire que le photon est une particule, et qu’il passe par un endroit particulier. Avec ça, vous pourrez méditer un moment sur le sujet…
Mais vous pouvez sauter ce petit chapitre et revenir ici plus tard, ce n’est pas critique.
La mécanique quantique ne donne que des probabilités de présence que l’on calcule avec la fameuse équation il n’y en a qu’une seule, ne me dites pas que vous ne voyez pas de quoi je parle.
Quand un atome émet un photon parce qu'un de ses électrons change de niveau = de l’énergie est libérée, alors le principe d’incertitude d’Heisenberg une conséquence de l’équation indique qu’on ne peut pas savoir précisément la position ET la quantité de mouvement j’indique tout ça plus loin.
Comme là on connait la quantité d’énergie libérée, pas question de savoir où elle est bon, d’accord, c’est un peu rapide comme explication. Du coup le photon qui « part » de l’atome, et ben, après un temps donné, on peut le trouver à peu près n’importe où dans une espèce de coquille sphérique (la vitesse de la lumière).
La mécanique quantique vous donne la probabilité de le trouver, et ça c’est très con si on est dans le vide avec rien du tout (= pas d’interaction) : vous vous donnez un morceau de coquille, et vous faites le rapport avec la surface de la coquille. Rien de bien spécial. Mis à plat sur un dessin, ça donne ça :
Si vous placez un détecteur, alors vous avez une certaine probabilité de le détecter dépendante de la surface de détection on s'en doute bien:
On notera au passage que mettre un détecteur implique une certaine interaction du photon avec quelque chose –généralement rarement décrite, mais bon, on fait avec-.
Un élément important à saisir est que si le détecteur détecte un photon, alors la probabilité d’apparition dudit photon s’annule partout ailleurs normal, on ne va pas le détecter dans deux endroits à la fois ! Manquerait plus que ça.
On dit alors que la fonction d’onde s’effondre ou qu'on assiste à une réduction de la fonction d'onde c'est pareil, et ça fait bien dans la conversation pour se la péter.
Comment ça se passe si je mets des objets sur le chemin du photon ?
Eh bien il faut se peler des calculs de probabilité en fonction de ce qu’on a mis. Par exemple, si on met un écran absorbant à un endroit, il va falloir recalculer la nouvelle fonction d’onde on se doute qu’on aura du mal à détecter le photon derrière l’écran ! Et je ne parle pas d'un miroir, c'est déjà plus compliqué.
Il va nous falloir des hypothèses supplémentaires pour savoir « comment ça se passe quand le photon passe près du bord de l’écran » = ce qui est décrit comme de la diffraction, mais on sent bien qu’il s’agit de simplifications, car mon écran est constitué de beaucoup d’atomes, et que dans l’absolu, il faudrait calculer tout ça avec des milliards de milliards d’atomes –un truc infaisable.
Sans compter que depuis le début, on suppose qu’on est dans le vide, mais on s’est vite rendu compte que dans l’air, ça marchait à peu près pareil pour les photons c'est bien commode pour les expériences, alors que l’on a vraiment beaucoup d’atomes dans l'air… et on a traduit ça par un indice de réfraction proche de celui du vide, soit 1 –mais bon, ce n’est pas toujours vrai par exemple les turbulences gênent beaucoup les astronomes
Conclusion
Eh bien on fait ce qu’on peut en simplifiant, et souvent on est content quand les résultats mesurés sont concordants, ça veut dire que nos hypothèses de simplification n’étaient pas si mal. Rappelez-vous de tout ça quand on parlera du coup de l’observateur…