Comprendre les particules
 
    Dans un premier temps, les scientifiques ont cherché à appliquer la théorie de la relativité générale aux particules des atomes … en vain. Puis les observations nous ont permis de comprendre la structure de la matière à des échelles de plus en plus petites.
 
    Nous savions depuis plusieurs dizaines d'années qu'un atome pouvait se représenter par une sorte d'œuf dont la coquille serait chargée négativement et le jaune positivement.
    Dans un second temps, nous avons pu observer que la "coquille" était formée de particules négatives et très légères soumises à une attraction de la part du "jaune" de l'œuf qui les fait tourner sans arrêt selon des orbites imprécises : les électrons.
    Puis nous avons pu décrire le fameux "jaune d'œuf", qui nous est apparu composé de deux types de particules différentes : des particules chargées positivement, les protons, et des particules neutres, les neutrons (cf. image ci-dessous).
 
Avec :
. P : proton, chargé positivement ;
. N : neutron, sans charge ;
. Iforte : force d'interaction forte entre protons et neutrons ;
. E : électron, chargé négativement et en rotation autour de l'ensemble proton/neutron ;
. est représenté ensuite l'atome sous une forme simple : un noyau positif, ici en rouge, et une "coquille" externe négative, ici en gris.
 
Pour résumer, notre nouvel atome est donc formé comme suit :
 
- un noyau minuscule électriquement positif, formé de protons (P) couplés à des neutrons (N), en nombre identique pour un atome au repos, liés entre eux par une force de liaison très puissante (Iforte) puisque ces noyaux ne paraissent pas présenter de mouvements internes ;
 
- une couche externe où circulent des particules électriquement négatives, les électrons (E), qui tournent autour du noyau sur des orbites définies mais à des positions aléatoires.
 
        Par la suite, et en particulier grâce aux collisionneurs de particules (une particule est accélérée dans un long tunnel jusqu'à atteindre une vitesse proche de celle de la lumière puis on place une seconde particule sur sa trajectoire pour observer les effets de la collision), nous avons découvert que chacune des particules composant les noyaux atomiques est elle-même composée de trois micro-particules appelées "quarks". La mise en évidence de ces quarks a fondamentalement changé notre vision globale de la matière, d'autant que les processus complexes de couplage de ces quarks vont à l'encontre de ce que nous aurions pu prédire (mais nous n’entreront pas dans ces détails).
 
      Puis en menant plus avant les collisions de particules, nous avons mis en évidence une quantité insoupçonnable de micro-particules, dont chacune d'elle a une place, une masse, une charge … bref, une utilité particulière et définie, mais dont l'organisation est dite incertaine (nous verrons cela plus bas).
        Certaines de ces particules n'entrent pas dans la composition des atomes, ce qui ne signifie pas qu'elles soient inutiles mais elles véhiculent des phénomènes, des interactions … La lumière par exemple, est véhiculée par une particule appelée "photon" qui n'entre pas dans la composition de la matière car sa masse est nulle.
 
        Une particule est un corps, une entité réelle. Cependant, les observations ont mis en évidence que, parfois, une particule peut se comporter comme une onde. Il ne s’agit pas de deux groupes différents de particules, les corps et les ondes, mais bien de deux états différents pour chaque type de particules : corps ou onde.
        En physique, un corps ne peut pas se comporter comme une onde, et vice versa.
        Une onde est la propagation d’une perturbation (un caillou jeté dans de l’eau créé par exemple une onde circulaire qui se propage à la surface de l’eau). Une onde véhicule de l’énergie mais pas de matière.
        Un corps particulaire (une particule) est formé de matière (dont la masse peut être nulle). Elle peut se mouvoir mais ne véhicule pas d’énergie, elle est de l’énergie.
 
        L’observation tend donc à montrer que les particules peuvent, selon les expérimentations, être un corpuscule ou être une onde. Ce principe est appelé dualité onde-particule et sera expliqué plus loin.
 
       Il est à noter que nous ne pouvons définir de position stricte pour les particules, mais une probabilité de présence ; cette notion se caractérise par une idée simple : la structure des atomes est mathématiquement incertaine (par opposition, la structure de l'univers telle que définie par la relativité générale est dite certaine) : notre description du monde des particules repose sur des amplitudes de probabilités, des fonctions d’onde.
Cette notion peut se représenter comme suit : il existe la même différence entre l'univers stellaire, stable, et l'univers des particules, instable et incertain, qu'entre la surface d'un miroir, stable et fixe, et celle d'un océan, instable et en mouvement perpétuel (cf. image en fin de page).
 
 
Théorie quantique
 
. la matière est composée de molécules composées d'atomes, composés de particules, elles-mêmes composées de micro-particules déterminées dont l'assemblage défini ladite particule ;
 
. la théorie quantique définie un espace dit "incertain", qui varie au fil des fluctuations énergétiques et des positions des particules ; plus exactement, les particules doivent être considérées comme étant dans plusieurs états en même temps.
 
      Cette notion est très complexe à visualiser. Une célèbre expérience permet de mieux se la représenter, mais notre logique y est quelque peu malmenée ...
 
        L’expérience du Chat de Schrödinger, imaginée par Erwin Schrödinger dans les années 1930, tente de mettre en évidence la notion d’états superposés d’objets quantiques (comme les particules). Cette notion, qui ne découle pas directement de la mécanique quantique, énonce qu’un objet quantique est, au même moment, dans plusieurs états, par exemple “intact” et “désintégré”, et que ce n’est que lorsqu’on fait la mesure de son état que l’une des deux options est définitive.
    Schrödinger a imaginé une expérience de pensée : un chat est enfermé dans une boîte close avec un dispositif qui le tue dès lors que l’appareil a détecté une désintégration atomique d’un corps radioactif. Mettons par exemple qu’il s’agit d’un élément radioactif qui a une chance sur deux de se désintégrer en une minute. La théorie quantique dit que l’élément n’est pas soit intact, soit désintégré, mais dans les deux états en même temps tant que l’observateur n‘a pas fait sa mesure. Découle de ce qui précède que le chat sera lui aussi non pas soit mort, soit vivant mais mort et vivant en même temps tant que l’observateur n’a pas fait sa mesure.
    Les deux idées principales de cette expériences sont qu’on ne peut pas prédire l’état dans lequel nous retrouverons le chat en ouvrant la boîte au bout d’une minute, et que c’est justement le fait d’ouvrir la boîte qui décide entre les deux états dans lesquels l’élément radioactif et le chat se sont trouvés pendant une minute.
    L’utilité de cette expérience est donc simplement de commencer à comprendre, même si ce n’est pas simple et que cela va à l’encontre de la logique humaine des choses matérielles qui nous entourent, que le chat peut être dans les deux états mort et vivant en même temps.
 
 
    La conclusion la plus importante, la base de la mécanique quantique, est que les particules qui composent la matière de notre univers, ou véhiculent des “informations” (la lumière par exemple), doivent être considérées comme des quantum d’énergie, des “unités formées d’énergie”.
    Il faut retenir également que le monde de ces particules est désordonné, en mouvement perpétuel et que les particules
 
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