10 choses ahurissantes que vous devriez savoir sur la physique quantique 5n1v5w

1. Le monde quantique est grumeleux 4i5467

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le monde quantique a beaucoup en commun avec les chaussures. Vous ne pouvez pas simplement aller dans un magasin et choisir des baskets qui correspondent exactement à vos pieds. Au lieu de cela, vous êtes obligé de choisir entre des paires de tailles prédéterminées.

Le monde subatomique est similaire. Albert Einstein a remporté un prix Nobel pour avoir prouvé que l’énergie est quantifiée. Tout comme vous ne pouvez acheter des chaussures que par multiples d’une demi-pointure, l’énergie ne vient que par multiples du même «quanta» – d’où le nom de physique quantique.

Le quanta ici est le Constante de Planck, du nom de Max Planck, le parrain de la physique quantique. Il essayait de résoudre un problème avec notre compréhension des objets chauds comme le soleil. Nos meilleures théories ne pouvaient pas correspondre aux observations de l’énergie qu’elles expulsent. En proposant que l’énergie soit quantifiée, il a pu aligner parfaitement la théorie sur l’expérience.

2. Quelque chose peut être à la fois une onde et une particule 5r506q

JJ Thomson a remporté le prix Nobel en 1906 pour sa découverte que les électrons sont des particules. Pourtant, son fils George a remporté le prix Nobel en 1937 pour avoir montré que les électrons sont des ondes. Qui avait raison? La réponse est les deux. Ce soi-disant dualité onde-particule est une pierre angulaire de la physique quantique. Cela s’applique aussi bien à la lumière qu’aux électrons. Parfois, il vaut la peine de penser à la lumière comme une onde électromagnétique, mais à d’autres moments, il est plus utile de l’imaginer sous la forme de particules appelées photons.

UNE télescope peut concentrer les ondes lumineuses d’étoiles lointaines et agit également comme un seau de lumière géant pour collecter des photons. Cela signifie également que la lumière peut exercer une pression lorsque les photons percutent un objet. C’est quelque chose que nous utilisons déjà pour propulser des vaisseaux spatiaux avec des voiles solaires, et il est peut-être possible de l’exploiter afin de manœuvrer un astéroïde dangereux. hors d’une trajectoire de collision avec la Terre, selon Rusty Schweickart, président de la Fondation B612.

3. Les objets peuvent être à deux endroits à la fois 6z5a9

La dualité onde-particule est un exemple de superposition. Autrement dit, un objet quantique existant dans plusieurs états à la fois. Un électron, par exemple, est à la fois «ici» et «là» simultanément. Ce n’est qu’une fois que nous faisons une expérience pour savoir où c’est qu’elle s’installe dans l’un ou l’autre.

Cela fait de la physique quantique une question de probabilités. Nous ne pouvons dire dans quel état un objet est le plus susceptible de se trouver une fois que nous le regardons. Ces cotes sont encapsulées dans une entité mathématique appelée la fonction d’onde. On dit que faire une observation «effondre» la fonction d’onde, détruisant la superposition et forçant l’objet dans un seul de ses nombreux états possibles.

Cette idée est derrière le célèbre Le chat de Schrödinger expérience de pensée. Un chat dans une boîte scellée a son destin lié à un dispositif quantique. Comme l’appareil existe dans les deux états jusqu’à ce qu’une mesure soit faite, le chat est simultanément vivant et mort jusqu’à ce que nous regardions.

4. Cela peut nous conduire vers un multivers 4m4q1v

L’idée que l’observation effondre la fonction d’onde et force un «choix» quantique est connue sous le nom d’interprétation de Copenhague de la physique quantique. Cependant, ce n’est pas la seule option sur la table. Les partisans de l’interprétation des «mondes multiples» soutiennent qu’il n’y a pas du tout de choix en jeu. Au lieu de cela, au moment où la mesure est faite, la réalité se fracture en deux copies d’elle-même: l’une dans laquelle nous expérimentons le résultat A, et l’autre où nous voyons le résultat B se dérouler. Cela permet de contourner le problème épineux du besoin d’un observateur pour faire bouger les choses – un chien compte-t-il comme un observateur ou un robot?

Au lieu de cela, en ce qui concerne une particule quantique, il n’y a qu’une réalité très étrange composée de nombreuses couches enchevêtrées. Lorsque nous effectuons un zoom arrière vers les plus grandes échelles que nous expérimentons au jour le jour, ces couches se démêlent dans les mondes de la théorie de nombreux mondes. Les physiciens appellent ce processus la décohérence.

5. Cela nous aide à caractériser les étoiles 3m55n

Le physicien danois Niels Bohr nous a montré que les orbites des électrons à l’intérieur des atomes sont également quantifiées. Ils viennent dans des tailles prédéterminées appelées niveaux d’énergie. Lorsqu’un électron e d’un niveau d’énergie supérieur à un niveau d’énergie inférieur, il crache un photon d’une énergie égale à la taille de l’espace. De même, un électron peut absorber une particule de lumière et utiliser son énergie pour sauter à un niveau d’énergie plus élevé.

Les astronomes utilisent cet effet tout le temps. Nous savons de quoi sont faites les étoiles, car lorsque nous divisons leur lumière en un spectre semblable à un arc-en-ciel, nous voyons des couleurs qui manquent. Différents éléments chimiques ont des espacements de niveaux d’énergie différents, de sorte que nous pouvons déterminer les constituants du soleil et d’autres étoiles à partir des couleurs précises qui sont absentes.

6. Sans lui, le soleil ne brillerait pas 554rp

Le soleil produit son énergie grâce à un processus appelé fusion nucléaire. Il implique deux protons – les particules chargées positivement dans un atome – collés ensemble. Cependant, leurs charges identiques les font se repousser, tout comme deux pôles nord d’un aimant. Les physiciens appellent cela la barrière de Coulomb, et c’est comme un mur entre les deux protons.

Considérez les protons comme des particules et ils entrent simplement en collision avec le mur et se séparent: pas de fusion, pas de lumière du soleil. Pourtant, considérez-les comme des vagues, et c’est une autre histoire. Lorsque la crête de la vague atteint le mur, le bord d’attaque est déjà é. La hauteur de la vague représente l’endroit où le proton est le plus susceptible de se trouver. Donc, même s’il est peu probable que ce soit là où se trouve le bord d’attaque, il est parfois là. C’est comme si le proton s’était creusé à travers la barrière et que la fusion se produisait. Les physiciens appellent cet effet «tunnel quantique».

7. Il empêche les étoiles mortes de s’effondrer 4z355o

Finalement, la fusion au soleil s’arrêtera et notre étoile mourra. La gravité l’emportera et le soleil s’effondrera, mais pas indéfiniment. Plus il est petit, plus il y a de matériaux entassés. Finalement, une règle de physique quantique appelée principe d’exclusion de Pauli entre en jeu. Cela dit qu’il est interdit à certains types de particules – comme les électrons – d’exister dans le même état quantique. Alors que la gravité essaie de faire exactement cela, elle rencontre une résistance que les astronomes appellent pression de dégénérescence. L’effondrement s’arrête et un nouvel objet de la taille de la Terre appelé nain blanc se forme.

Cependant, la pression de dégénérescence ne peut opposer qu’une certaine résistance. Si une naine blanche grandit et s’approche d’une masse égale à 1,4 soleils, elle déclenche une vague de fusion qui la fait exploser en morceaux. Les astronomes appellent cette explosion un type Ia supernova, et il est suffisamment lumineux pour éclipser toute une galaxie.

8. Cela provoque l’évaporation des trous noirs 325s1e

Une règle quantique appelée le Principe d’incertitude de Heisenberg dit qu’il est impossible de connaître parfaitement deux propriétés d’un système simultanément. Plus vous connaissez l’un avec précision, moins vous connaissez l’autre précisément. Cela s’applique à l’élan et à la position, et séparément à l’énergie et au temps.

C’est un peu comme contracter un emprunt. Vous pouvez emprunter beaucoup d’argent pour une courte période ou un peu d’argent plus longtemps. Cela nous conduit à des particules virtuelles. Si suffisamment d’énergie est «empruntée» à la nature, alors une paire de particules peut apparaître fugitivement, avant de disparaître rapidement afin de ne pas faire défaut sur le prêt.

Stephen Hawking imaginé ce processus se produisant à la limite d’un trou noir, où une particule s’échappe (sous forme de rayonnement Hawking), mais l’autre est avalée. Au fil du temps, le trou noir s’évapore lentement, car il ne rembourse pas le montant total qu’il a emprunté.

9. Il explique la structure à grande échelle de l’univers 6n1e47

Notre meilleure théorie de l’origine de l’univers est la Big Bang. Pourtant, il a été modifié dans les années 1980 pour inclure une autre théorie appelée inflation. Dans le premier billionième de billionième de billionième de seconde, le cosmos est é de plus petit qu’un atome à environ la taille d’un pamplemousse. C’est un énorme 1078 fois plus grand. Gonfler un globule rouge de la même quantité le rendrait plus grand que tout l’univers observable aujourd’hui.

Comme il était initialement plus petit qu’un atome, l’univers infantile aurait été dominé par des fluctuations quantiques liées au principe d’incertitude de Heisenberg. L’inflation a fait croître l’univers rapidement avant que ces fluctuations n’aient une chance de s’estomper. Cette énergie concentrée dans certaines zones plutôt que dans d’autres – ce que les astronomes croient agissait comme des graines autour desquelles la matière pourrait se rassembler pour former les amas de galaxies que nous observons maintenant.

10. C’est plus qu’un peu «effrayant» 6a2pg

En plus d’aider à prouver que la lumière est quantique, Einstein a plaidé en faveur d’un autre effet qu’il a surnommé «  l’action effrayante à distance  ». Aujourd’hui, nous savons que cet «enchevêtrement quantique» est réel, mais nous ne comprenons toujours pas pleinement ce qui se e. Disons que nous réunissons deux particules de telle manière que leurs états quantiques soient inexorablement liés, ou intriqués. L’un est dans l’état A et l’autre dans l’état B.

Le principe d’exclusion de Pauli dit qu’ils ne peuvent pas être tous les deux dans le même état. Si nous changeons l’un, l’autre change instantanément pour compenser. Cela se produit même si nous séparons les deux particules l’une de l’autre sur des côtés opposés de l’univers. C’est comme si les informations sur le changement que nous avons effectué ont voyagé entre eux plus rapidement que la vitesse de la lumière, ce qu’Einstein a dit était impossible.

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