Comment les mathématiques calculent l'univers ?
SCIENCES ET TECHNIQUES
+ DE 2 ANS
Le 11/08/2019 à 08h00
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Question d'origine :
Bonjour, J'aimerai comprendre ce qui permet de faire des équations en physique quantique. J'ai regardé des documentaires sur l'univers et le cosmos et j'entends souvent que si on répond correctement aux équations, on trouve la solution mais je ne saisis pas comment les chercheurs réussissent à écrire leurs équations. Comment traduisent-ils le réel en abstrait ? J'ai vu que la suite de Fibonnacci donnait un début de réponse. Tout comme l'emplacement des mains sur un violoncelle pouvait illustrer les équations. Mais pour le reste, cela reste un mystère.... Avez-vous des lectures (de la vulgarisation) ou des vidéos à me conseiller s'il vous plait ?
Réponse du Guichet
bml_sci
- Département : Sciences et Techniques
Le 13/08/2019 à 15h35
Bonjour,
En
Par exemple, pour décrire l’orbite de Mercure autour du Soleil, Newton déterminait l’état de cette planète par six nombres : trois pour la position de son centre (disons, les coordonnées : x, y et z) et trois pour les composantes de la vitesse dans ces directions. En guise d’équation de mouvement, il utilisait sa loi éponyme : l’accélération est donnée par l’attraction gravitationnelle du Soleil, qui dépend de l’inverse du carré de la distance à celui-ci. (source : Notre univers mathématique : en quête de la nature ultime du réel / Max Tegmark, p. 229)
L’équation de Schrödinger est l’une des équations fondamentales de la mécanique quantique.
Rares sont les évolutions technologiques du XXème siècle qui auraient pu voir le jour sans la mécanique quantique. Prédire le comportement de la matière à l'échelle microscopique a en effet permis aux ingénieurs de contrôler la lumière (le laser dans nos disques compacts), l'électron (les transistors et autres composants miniaturisés de nos appareils électroniques), la supraconduction (l'imagerie médicale à résonance magnétique nucléaire) et, bien sûr, l'énergie nucléaire. Cela a permis aux chercheurs de mesurer des temps très courts, des distances très grandes, de voir des objets très petits ou de connaître les compositions d'étoiles très lointaines. Et cela promet aujourd'hui de développer des nanotechnologies et ses robots de taille moléculaire, des ordinateurs quantiques écrasant par leur puissance de calcul tous les ordinateurs classiques actuels, ou des systèmes cryptographiques garantissant aux utilisateurs une intimité absolue dans leur communication. La mécanique quantique est enfin le meilleur moyen de s'émerveiller sur notre monde. (source : Le Repaire des Sciences - Sciences Physiques et Chimiques)
L’ouvrage de Christian Magnan, La Nature sans foi ni loi (1988, rééd. 2005), dont de nombreux extraits sont consultables en ligne, pourrait répondre à vos questions. Par exemple :
Dans le monde de l'infiniment petit, la théorie est tellement abstraite que c'est la fiction qui semble constituer la réalité
Mécanique quantique : où l'on s'efforce de traduire en termes concrets ce qui apparaît comme un fatras théorique
Les nombres qui caractérisent et mesurent le monde atomique nous permettent de faire le lien entre la théorie et le réel
Comment le concept abstrait qu'est la fonction d'onde peut-il représenter l'objet concret qu'est l'atome d'hydrogène ?
Mon grand mécano quantique / Julien Bobroff (Flammarion, 2019)
Le monde quantique / Michel Le Bellac (EDP Sciences, 2010)
Mécanique quantique : le minimum théorique : tout ce que vous avez besoin de savoir pour commencer à faire de la physique / Léonard Susskind, Art Friedman (Presses polytechniques et universitaires romandes, 2015)
Et, puisque c’est l’été… Schrödinger à la plage : la physique quantique dans un transat / Charles Antoine (Dunod, 2018)
Nous vous recommandons également la lecture de
Vous trouverez aussi sur internet de nombreuses vidéos expliquant ce qu'est la physique quantique, par exemple :
ou encore :
Bonne journée.
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