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quantique, théorie - physique.

Publié le : 24/4/2013 Format: Document en format PDF protégé


quantique, théorie - physique.
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Problematiquequantique, théorie - physique.
1

PRÉSENTATION

quantique, théorie, théorie qui utilise le concept d'unités discrètes, appelées quanta, pour décrire les propriétés dynamiques de la matière et du rayonnement.
Les bases de la théorie quantique sont fixées en 1900 par le physicien allemand Max Planck, qui affirme que la matière et l'énergie rayonnante ont une structure
discontinue. Dès lors, la théorie quantique devient le fondement de toute la physique moderne.

2

HISTORIQUE DES DÉBUTS

Aux

XVIIIe

XXe

et

XIXe

siècles, la mécanique d'Isaac Newton semble fournir une description exhaustive des mouvements des corps. Cependant, vers la fin du

XIXe

et le début du

siècle, les lois de la mécanique classique sont mises en défaut lorsque l'on cherche à les appliquer à des corps de taille atomique (domaine de la mécanique quantique

en devenir) ou des corps évoluant à des vitesses proches de celle de la lumière (domaine de la mécanique relativiste en construction). Par ailleurs, au début du

XXe

siècle, le

physicien britannique Ernest Rutherford découvre la nature des particules alpha (constituées de noyaux d'hélium), et énonce la loi des transformations radioactives, dont
l'explication constitue l'un des premiers succès de la théorie quantique.
Les physiciens sont également confrontés à autre problème théorique, qui consiste dans l'absence de toute base moléculaire pour la théorie thermodynamique. Dans son
livre intitulé Principes élémentaires de la mécanique statistique (Elementary Principles in Statistical Mechanics, 1902), le physicien américain Josiah Gibbs admet
l'impossibilité de développer une théorie de l'action moléculaire capable d'embrasser les phénomènes de la thermodynamique, du rayonnement et les phénomènes
électriques tels qu'ils sont compris à l'époque.
Au tournant du

XXe

siècle, la nature ondulatoire de la lumière semble confirmée grâce à de nombreuses expérimentations. Les phénomènes d'interférence et de diffraction

permettent la détermination de la longueur d'onde de la lumière ; les phénomènes de polarisation mettent en évidence sa transversalité (voir optique). La confirmation
expérimentale de la théorie de James Clerk Maxwell, grâce aux expériences de Heinrich Hertz, indique que la lumière est constituée d'ondes électromagnétiques.
Cependant, l'interaction entre la lumière et la matière n'est pas encore élucidée. Certains corps étant transparents, d'autres se laissant traverser seulement par des
longueurs d'onde déterminées, il s'agit d'expliquer pourquoi le spectre ne présente pas de continuité. En 1887, Heinrich Hertz remarque par hasard que les surfaces
métalliques (une plaque de zinc, par exemple) émettent des électrons quand elles sont irradiées par des rayons ultraviolets (effet photoélectrique). De plus, la libération des
électrons ne dépend pas de l'intensité lumineuse (processus démontré par le physicien allemand Philipp von Lenard), mais de la fréquence de la lumière incidente. Les
physiciens doivent ainsi découvrir une relation pertinente entre les deux théories de la lumière : la théorie corpusculaire, qui présente la lumière comme un flot de
particules, et la théorie ondulatoire, qui la considère comme constituée d'ondes électromagnétiques (dualité onde-particule).

3

INTRODUCTION DE LA NOTION DE QUANTUM PAR MAX PLANCK

Le premier développement qui conduit à la résolution de ces difficultés théoriques est l'introduction par Max Planck de la notion de quantum comme réponse aux études
conduites par...

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