Il y a cent ans, Max Planck imaginait la mécanique quantique

La mère de toute physique contemporaine, avec la théorie de la relativité d'Albert Einstein, est née le 14 décembre 1900. Le bouleversement était de taille: on découvrait que le monde était discontinu, et non continu.

GUY DUPLAT

La mécanique quantique a cent ans. La mère de toute la physique contemporaine, avec la relativité d'Einstein, est née le 14 décembre 1900 à la faculté de physique de Berlin quand Max Planck, 42 ans, professeur de physique théorique à cette prestigieuse université, présente une communication sur le rayonnement du `corps noir´.

Ce thermodynamicien essayait depuis plusieurs années de résoudre une énigme: pourquoi un corps chauffé progressivement émet un rayonnement qui change par sauts de longueur d'onde, passant de l'infrarouge à l'ultraviolet. `Je ne voyais pas d'autre conclusion, écrira-t-il plus tard, que celle-ci: il y a un quantum d'action que l'on voit réapparaître toujours avec la même valeur (qu'on appellera la constante de Planck) à propos des phénomènes les plus divers. C'est une grandeur qui a conquis pleinement le droit de cité parmi les constantes universelles et il est curieux de constater qu'au moment où l'idée de relativité se répand et connaît un succès vraiment triomphal, la nature révèle l'existence d'un absolu là où on s'y serait le moins attendu.´

Un corps, lorsqu'il émet ou absorbe de la lumière, voit son énergie changer de manière discontinue: par quanta, correspondant, on le verra plus tard à des sauts dans les couches d'électrons.

COMPRENDRE L'INFINIMENT PETIT

La mécanique quantique était née, qui grandira de manière fulgurante avec les grands physiciens Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, et tant d'autres. Elle permettra de comprendre avec une extraordinaire précision l'infiniment petit et le comportement de l'atome et des noyaux. De manière macroscopique, la mécanique quantique a permis l'énergie atomique, l'électronique, le laser, etc. Notre monde actuel ne serait pas le même si Max Planck n'était pas venu, ce petit matin de 1900, devant la société de physique.

L'homme connut bien des malheurs dans l'Allemagne du XXe siècle, perdant un fils à Verdun et un second fusillé par Hitler. Il escalada encore la Jungfrau à 85 ans et mourut en 1947 à Göttingen. Sa découverte des quanta apporta un extraordinaire bouleversement dans la physique: on découvrait que le monde n'était pas continu mais discontinu.

Plus tard, la mécanique quantique ajoutera que le monde est probabiliste. Chaque particule est associée à une fonction de probabilités. Ce qu'Albert Einstein n'a jamais apprécié: `Dieu ne joue pas aux dés´, dira-t-il. `Si la mécanique quantique est vraie, le monde est fou´, ajouta-t-il. Mais il utilisa parfaitement la théorie des quanta puisqu'il l'employa pour démontrer la nature corpusculaire de la lumière (les photons) visible dans l'effet photoélectrique (la lumière frappant un objet peut faire éjecter un électron).

FAIRE ABSTRACTION DU MONDE

Einstein reçut d'ailleurs le prix Nobel en 1921 (Planck le reçut en 1918), non pas pour la théorie de la relativité mais bien pour l'explication de l'effet photoélectrique. Einstein bouleversa la physique quant à lui en démontrant que ni le temps, ni l'espace n'étaient immuables.

`Le temps absolu et le système de coordonnées d'inertie ont été abandonnées, écrira Einstein, et dans la théorie des quanta, la discontinuité a remplacé la continuité, et au lieu de lois régissant des individus apparurent des lois de probabilités. Mais le but de la théorie physique reste toujours le même. Dans chaque lutte dramatique entre les conceptions anciennes et nouvelles, nous reconnaissons l'éternelle aspiration à comprendre, la croyance toujours ferme en l'harmonie de notre monde.´

Pour Planck, la physique moderne a dû explorer le monde extérieur réel en faisant abstraction `du monde tel que nous le donnent nos sensations immédiates´. `Il devient aussi difficile, dit-il, de poser un problème que de le résoudre et il arrive souvent que l'énoncé définitif et la solution ne soient trouvés que simultanément. La cause de cette irrationalité, conclut-il, comme la physique moderne le fait ressentir de plus en plus nettement, réside dans le fait que le savant lui-même est une des parties constitutives de l'univers et il lui est impossible de s'isoler de cet univers, ce qui serait nécessaire pour avoir une connaissance pleinement objective.´

C'est pourquoi Planck et Einstein ont fait faire des bonds à la science en imaginant des concepts féconds qui heurtent totalement nos sens premiers.

© La Libre Belgique 2000