Mécanique quantique

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Traduction

mécanique quantique (Français) / quantum mechanics (Anglais) / / فيزياء الكم (Arabe)

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Traductions

Définition

Domaine, Discipline, Thématique

Physique / Informatique quantique / Nanoscience / Cosmologie / Mécanique / Physique quantique / Phyqique ondulatoire / Physique corpusculaire / Epistémologie / Histoire des sciences

Définition écrite

• Définition de la mécanique quantique :

joue un rôle fondamental pour la description et la compréhension des phénomènes naturels. En effet, dès que ces derniers se produisent à une échelle très fine (échelle atomique ou subatomique), ils ne sont explicables que dans le cadre de la physique quantique. La mécanique quantique est donc une théorie physique qui décrit les comportements des particules subatomiques, comme les électrons et les protons, ainsi que les photons, les bosons et les neutrinos. Elle est utilisée pour comprendre comment ces particules interagissent entre elles et avec leur environnement, et permet de prévoir les résultats des expériences avec une grande précision.

• Aujourd'hui, on considère que la mécanique quantique est universelle, c'est à dire utilisable pour comprendre tous les phénomènes physiques. C'est une description du comportement de la matière et de la lumière dans tous leurs détails.
• la mécanique quantique continue à postuler l'existence de particules et de la théorie ondulatoire; elle permet une étude plus précise du mouvement et de l'interaction des particules en imposant un certain nombre de notions nouvelles qui peuvent être citer de la façon suivante:
  

1. La notion de localisation ponctuelle est remplacée par celle de probabilité de présence dans un certain volume
2. La notion de grandeur physique fait place à une grandeur dont la valeur ne peut être exactement prévue ou qui ne peut prendre que des valeurs discrètes.
3. L'interprétation ondulatoire de la particule est nécessaire, à chaque particule est associé "un paquet d'onde"

Cette théorie conduit à: i) décrire l'état d'une particule par une fonction d'onde, Y(r,t), qui contient toutes les informations qu'il est possible d'obtenir sur la particule. Cette notion de fonction d'onde remplace pour la particule la notion classique de trajectoire dont on déduisait en mécanique classique la position, la vitesse et l'accélération de la particule à tout instant.

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Par exemple la mécanique quantique décrit le nuage électronique sous la forme d'orbitales dont la forme reflète la probabilité de présence de chaque électron dans l'espace. Cette description sous forme d'orbitales permet de décrire et comprendre la façon dont les atomes se rassemblent pour constituer molécules ou solides Tous les phénomènes nouveaux que l'on a pu découvrir au cours de ces cinquante dernières années n'ont jamais remis en cause la validité de la théorie quantique. Ses concepts ont permis non seulement l'interprétation des phénomènes atomiques (dont les distances caractéristiques sont de l'ordre de l'Angström et les énergies typiques de l'ordre de quelques électron-volt) mais aussi, ils s'appliquent avec le même succès à l'étude des particules élémentaires - constituants des noyaux et des atomes- (pour lesquelles les distances caractéristiques sont 106 fois plus petites et les énergies 109 fois plus élevées).

Mécanique quantique - Historique (+)

Définition graphique

Carte conceptuelle: Mécanique quantique

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Concepts ou notions associés

/ Quantification / quantum / Corpuscule / Onde / Energie / Photon / Paquet d'onde / Dualité Onde-Corpuscule / Fentes de Young / Le corps noir / Incertitude d'Heisenberg / Opération mathématique / Une matrice / Equation / Vecteur propre / Valeur propre / Fonction propre / Equation aux valeurs propres / Ket / Bra / L'effet photoélectrique / Postulat / Le travail / Quantité de mouvement / La condition de normalisation / La fonction d'onde / La relation de fermiture / La fonction carré sommable / Espace d'Hilbert / Lagrange / Angström / Densité / Probabilité / Vitesse de groupe / Transformé de Fourrier / Equation de Schrödinger / Etat stationnaire / Hamiltonien / Système conservatif / Système libre / Hermétique / Observable / Base / Base discrète / Base continue / Espace / Valeur moyenne / Facteur de phase / Etat / Symétrisation / Commutateur / Ensemble / Orthonormalisassions / Dégénérescence / Opérateur hermétique / Equation séculaire / Equation Caractéristique / Espace vectoriel / Sous espace vectoriel / valeur propre dégénérée / valeur propre simple / Equation aux valeurs propres / Valeur discrète / Spin / Théorie classique / Théorie relativiste / Théorie ondulatoire / Opérateur adjoint / Opérateur linéaire / Produit scalaire / Produit matricielle / Densité de probabilité / Intégrale / dérivée / Mécanique classique / Le conjugué / Le produit scalaire / Distribution de Dirac / Représentation de Schrödinger / La transposée / Opérateur inverse / Opérateur unitaire / Opérateur projecteur / Etat du système / Principe de superposition

Exemples, applications, utilisations

L'existence et la stabilité de corps solides de taille quelconque ne peut s'expliquer que par la théorie quantique appliquée aux assemblages d'atomes. Les lasers, les transistors des appareils de radio, de télévision, des ordinateurs, que nous côtoyons tous les jours n'ont un fonctionnement compréhensible que dans le cadre de la théorie quantique. Les théories classiques sont incapables d'expliquer la stabilité de la matière, pas même celle d'un atome; des paramètres aussi simple que la densité, la chaleur spécifique, l'élasticité d'un solide ne sont calculables que dans le cadre de la théorie quantique. L’effet laser est obtenu dans un système où les électrons sont majoritairement dans un même état excité et se désexcitent tous ensemble en émettant cette lumière intense. Cette transition des électrons d'un niveau d'énergie à un autre est un processus quantique. La supraconductivité est la disparition de toute résistance électrique dans un conducteur. Elle apparaît lorsque les électrons, portant une même charge électrique, peuvent s’apparier et se condenser dans un unique état quantique. L’effet tunnel permet à des électrons de franchir une « barrière » de potentiel ce qui est strictement interdit en physique classique. Le spin est une propriété quantique sans équivalent classique, à l'origine des propriétés magnétiques de la matière. (+)

Erreurs ou confusions éventuelles

• Confusion entre Ket - Bra
• Confusion entre Valeur propre - Vecteur propre
• problème d'extraction des valeurs propres
• problème d'extractions des vecteurs propres
• Confusion entre Base continue - Base discrète
• Confusion entre Produit matricielle - Produit scalaire
• Confusion entre Produit des opérateurs - Somme des opérateurs
• Confusion entre opérateur inverse - opérateur unitaire
• Confusion entre Transposée - Conjuguée
• Erreur fréquente: écriture fausse des matrice représentatifs des opérateurs
• Erreur fréquente: écriture fausse des kets dans les différentes bases

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Questions possibles

• Repérer la différence entre mécanique classique et mécanique quantique ?
• Explicitez l'hypothèse évoquer par Max Planck?
• Montrer l'apport du corps noir en mécanique quantique?
• Comment se présente la matière selon Louis Broglie?
• Qu'elles sont les domaines d'application de la mécanique quantique?
• Qu'appelle-t-on une particule de lumière en mécanique quantique?
• Montrer que la lumière possède un double aspect ?
• Qui est Stephan HAWKING ?
• Que représente l'espace d'Hilbert?
• Que représente alors l'ensemble F?
• Quand-t-est ce qu'on obtient une base discontinue ( discrète)?
• Etablir la relation de fermeture ?
• B⟩=1.Commentez cette expression?
• Comment montrer que deux vecteurs A et B sont orthonormé?
• qu'elle est la différences entre Ket et bra ?
• Qu'est ce qu'un opérateur?
• Qu'est la différence entre un opérateur adjoint et un opérateur hermétique?
• comment définir un vecteur propre et une valeur propre
• Comment expliciter l'équation de Schrödinger dans un système conservatif ?
• Qu'est ce qu'un paquet d'onde ?
• Comment définir le vitesse de groupe ?
• Choisir la bonne réponse
  

1 Qu'est-ce que la mécanique quantique? a) Une théorie qui décrit le comportement des particules subatomiques. b) Une théorie qui décrit uniquement les phénomènes mécaniques. c) Une théorie qui décrit la gravitation universelle. 2 Quel est l'un des principaux principes de la mécanique quantique? a) La causalité déterministe b) L'incertitude de Heisenberg c) La relativité générale 3 Quel est le rôle des ondes de probabilité dans la mécanique quantique? a) Elles décrivent la position d'une particule. b) Elles décrivent la probabilité d'une particule se trouvant dans une région donnée de l'espace. c) Elles décrivent la vitesse d'une particule. 4 Quel est l'effet tunnel dans la mécanique quantique? a) La capacité d'une particule à "passer à travers" un potentiel barrière qui lui serait normalement interdit selon les lois classiques de la physique. b) L'effet où une particule est réfléchie par une barrière potentielle. c) L'effet où une particule se divise en deux. 5 La mécanique quantique est-elle compatible avec la théorie de la relativité d'Einstein? a) Oui, elles sont complètement compatibles. b) Non, elles sont fondamentalement incompatibles. c) Elles sont partiellement compatibles dans certaines conditions.

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Liaisons enseignements et programmes

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Idées ou Difficultés liées à son enseignement

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