La physique quantique, dont l'Académie Hassan II des Sciences et Techniques du Maroc célèbre le centenaire les 24, 25 et 26 février, exerce de profondes répercussions sur la vie quotidienne qui appelle la promotion de la connaissance de cette discipline sur une large échelle. C'est pourquoi Alain Aspect, prix Nobel de physique 2022, insiste dans le débat public concernant les sciences et techniques sur la nécessité « de parler au plus grand nombre de gens et d'expliquer le plus possible ».

Convaincu des vertus d'une telle démarche, Quid.ma publie ci-après un article de José Manuel Sánchez Ron, chroniqueur scientifique de l'hebdomadaire espagnol El cutural, qui décrit les contributions fondatrices de la mécanique quantique*.Ces contributions ont inauguré un tournant que Serge Haroche, prix Nobel de physique de 2012, saisit en des termes qui témoignent de l’importance de l’esprit  intuitif**et des fécondations réciproques de l'activité scientifique : « Dans le monde microscopique, on n'accède au concret que par un cheminement ardu que les fondateurs de la théorie ont eu à parcourir. Ils ont dû se livrer à un formidable travail de détective, en suivant quelques intuitions géniales suggérées par des observations indirectes du monde microscopique (intuition des ondes de matière avancée par de Broglie en 1923 ou encore celle du principe d'exclusion de Pauli en 1925). Le formalisme mathématique de la théorie s’est ensuite élaboré en1925-1926, dans les travaux de Heisenberg, Schrödinger et Dirac » Physique quantique, Collège de France-Fayard, 2004, p.46-47).

2025, Année internationale des sciences et echnologies quantiques

Par José Manuel Sánchez Ron (Traduction : Rédouane Taouil)

Pour diverses raisons, les autorités publiques - locales, nationales ou internationales- organisent des cérémonies de commémoration en souvenir d’un événement ou d’une personnalité, à tel point que, si je ne me trompe pas, il n'y a pas un jour, du moins en Espagne, qui ne soit marqué par l'une de ces célébrations, que les médias, toujours en quête d'informations, ne manquent pas de couvrir. Après tout, nous vivons dans des sociétés de l'information.

Le 7 juin 2024, les Nations Unies ont annoncé que 2025 sera l'Année internationale de la science et de la technologie quantiques, dans le but de développer « des initiatives à tous les niveaux pour sensibiliser le public à l'importance de la science quantique et de ses applications ». L'origine de cette décision réside dans le fait que 2025 marque un siècle depuis la formulation de la version originelle de la mécanique quantique, une théorie destinée à expliquer le comportement des particules élémentaires et des forces qui gouvernent le monde qui nous entoure.

C'est à Werner Heisenberg que l’on doit l’émergence de cette théorie baptisée « mécanique quantique matricielle », en raison de l'utilisation de l’outil mathématique que sont les matrices. L'article dans lequel le physicien, alors âgé de 23 ans, a publié son analyse, est paru dans le numéro du 18 septembre 1925 de la revue Zeitschrift für Physik, sous un titre assurément opaque pour les profanes, « Réinterprétation théorique quantique des relations cinématiques et mécaniques ». Il s'agit de l'aboutissement d'un long processus amorcé par l'introduction des quantas de rayonnement par Max Planck en 1900. Un processus auquel ont participé de nombreuses figures scientifiques, surtout des physiciens, mais aussi des mathématiciens et des chimistes dont David Hilbert et Walther Nernst.

L'histoire de la création de la mécanique quantique est sensiblement différente des autres histoires des sciences, dominées par les contributions de scientifiques isolés (1), comme, par exemple, la construction d’une théorie du mouvement des corps par Newton, complétée par une loi rendant compte de la force gravitationnelle (1687) ou la théorie de l'évolution des espèces de Darwin (1859) ou encore les théories de la relativité restreinte et de la relativité générale d’Einstein (1905 et 1915).

En 1926, très peu de temps après la représentation de la mécanique quantique de Heisenberg, un autre physicien, Erwin Schrödinger (1887-1961), autrichien et moins jeune, a conçu une version distincte de la mécanique quantique, connue sous le nom de mécanique quantique ondulatoire, moins abstraite, plus « visualisable » que celle de Heisenberg, bien qu'il ait été rapidement démontré que les deux étaient équivalentes. C'est celle de Schrödinger qui s'est imposée de sorte qu’elle est a été prioritairement sollicitée. Un autre exemple de découvertes simultanées est donné par celle des quarks, ou de la théorie de l'évolution des espèces, à laquelle Alfred Russel Wallace est également parvenu, mais avec beaucoup moins d'arguments à l'appui que Darwin.

La relativité einsteinienne, avec ses concepts inédits de temps et d'espace (relatifs), ou d'espace-temps courbe et changeant, qui s'accommodent de configurations cosmiques aussi surprenantes que l'expansion de l'univers ou les trous noirs, ainsi que la personnalité de son concepteur, a suscité la fascination de toutes sortes de gens, qu'ils aient ou non des connaissances scientifiques.  La radicalité et l'importance de la physique quantique sont toutefois inégalées. Radicale par les concepts qu'elle a forgés sur la réalité ultime du monde, la structure de la matière et les forces qui la sous-tendent. La « deuxième révolution quantique » aura d'immenses répercussions sur la société dans son ensemble et sur la science elle-même. Elle a littéralement changé le monde par ses applications dont la plus essentielle est l'invention, en 1947 du transistor, un produit de la physique quantique qui a marqué une rupture dans l'histoire de l'humanité. Des transistors inscrits par millions dans les circuits intégrés assurent le fonctionnement et les opérations de toutes sortes de produits technologiques, tels que les téléphones intelligents omniprésents et absorbants, les ordinateurs puissants, les machines à laver, les fours de cuisine ou les véhicules, sans oublier le rôle primordial qu'ils jouent, par exemple, dans les opérations boursières.

L'invention du transistor, le développement de la physique des solides, qui a permis d'introduire de nouveaux matériaux et d'améliorer ceux qui existaient déjà, la supraconductivité ou la superfluidité, sont quelques-uns des jalons avec des applications « pratiques » d'une partie des cent premières années d'existence de la physique quantique. Dans le domaine des connaissances « théoriques », il convient d’évoquer des avancées telles que l'électrodynamique quantique et le modèle standard, qui ont culminé - pour l'instant - avec la découverte du boson de Higgs à l'accélérateur des particules LHC (Le Grand collisionneur de hadrons) du Centre Européen de Recherche Nucléaire, le CERN (1).

Certains scientifiques, comme Alain Aspect, lauréat du Prix Nobel de physique 2022 dans son récent livre Einstein and the Quantum Revolutions (The University of Chicago Press, 2024), ont qualifié cette phase de la physique quantique de « première révolution quantique ». Celle-ci a été suivie par la « deuxième révolution quantique » en cours, dont la pièce maîtresse est un concept forgé par Schrödinger en 1935, et entrevu, la même année, par Einstein avec deux de ses collaborateurs, Boris Podolsky et Nathan Rosen : l'intrication. Celle-ci recouvre la propriété proprement quantique de relier, comme s'ils formaient un seul état, des particules ou des systèmes quantiques réunis puis séparés, quelle que soit la distance qui les sépare, ce qui viole apparemment les exigences de la théorie de la relativité restreinte, qui limite la vitesse de la lumière à la vitesse maximale pour toute transmission d'information. L'intrication, ainsi que le développement de techniques d'observation et de manipulation d'objets à l'échelle atomique, ont ouvert la voie à ce que l'on appelle « l'information quantique », c'est-à-dire la transmission cryptée, et à l'informatique quantique. Des prototypes existent déjà pour ces deux développements, certes « simples », mais qui révèlent que cette « deuxième révolution quantique » aura une influence profonde sur la société dans son ensemble et sur l’activité scientifique elle-même. Préparons-nous donc à célébrer l'Année internationale des sciences et technologies quantiques et profitons-en pour découvrir un monde nouveau dans lequel nous évoluons déjà.

*Chronique « Ciencia entre dos aguas », El cutural, 10 janvier 2025. 

** « L’esprit intuitif – soutient Einstein- est un don sacré et l’esprit rationnel est un serviteur fidèle. Nous avons créé une société qui honore l’esprit rationnel et a oublié le don ».

1. Ce processus, où des auteurs s’ignorant mutuellement élaborent des propositions d’analyse similaires, est qualifié de découvertes multiples par Karl Merton. La trajectoire de la science économique est scandée de ce type découvertes. En témoignent les ouvrages publiés au début des années 1870 par William Stanley Jevons (1871), Carl Menger (1871) et Léon Walras (1874), dont la visée commune est la récusation de l’économie classique et le développement d’une théorie alternative de la valeur et des prix. Deux autres exemples sont donnés par la proximité de vue sur la demande effective de Michael Kalecki (1935) et de John Maynard Keynes (1936), et par les traits communs entre les modèles de croissance de Robert Solow (1956) et Tevor Swan (1956) (Note du traducteur).
2. Le Boson Higgs est une particule élémentaire hissée aujourd’hui au rang d'une clé essentielle qui permet de comprendre comment toutes les particules acquièrent leur masse. Imaginée indépendamment et simultanément par plusieurs théoriciens en 1964, son existence a été détectée grâce à de puissantes techniques expérimentales en 2012 conduisant ainsi à l'attribution du prix Nobel de physique de…2013 à François Englert et Peter Higgs. Cette particule de Dieu- c'est ainsi qu'on la dénomme pour sa robustesse-participe du parachèvement du "modèle standard (Note du traducteur).

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