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#225 Comprendre (simplement) la physique quantique avec Julien Bobroff

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#225 Comprendre (simplement) la physique quantique avec Julien Bobroff
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GRÉGORY : On parle beaucoup de physique quantique et je pense que la très grande majorité de la population française n’a strictement aucune idée de ce que c’est. De ce que j’ai compris, c’est “l’infiniment petit”. Est-ce que vous pouvez commencer à m’expliquer ce que c’est que la physique quantique ?

JULIEN : Oui. Alors c’est vrai que ça fout la trouille la physique quantique. Quand on dit le mot quantique tout de suite, ça rappelle plein de fantasmes, mais ce n’est pas si compliqué que ça. La physique quantique, ce sont juste les lois du monde à petite échelle. On s’est rendu compte il y a un peu plus de 100 ans que les lois dont on avait l’habitude, qu’on pensait avoir comprise jusque-là, ne fonctionnent plus et il y a de nouvelles lois et de nouveaux comportements de la matière. Alors souvent, on dit l’infiniment petit, alors que ce n’est pas si infiniment petit que ça. On peut avoir des effets quantiques à l’échelle du millionième de mètre. Ça semble petit, mais c’est très gros à l’échelle de la physique.

GRÉGORY : OK, donc c’est le tout petit et ce qui est intéressant dans ce que vous dites, c’est que ça remet en cause les lois de la physique, c’est ça ? 

JULIEN : Alors oui, ça reste de la physique, c’est-à-dire qu’on continue à la faire de la même façon, avec les mêmes processus. Mais on s’est rendu compte que les lois elles même, la manière dont on devait décrire par exemple un atome ou un noyau d’atomes ou un électron, n’avaient plus rien à voir avec ce qu’on utilisait habituellement. Quand on décrivait par exemple une balle de tennis, une balle de tennis quantique, ainsi une balle de tennis, à toute petite échelle, ne se comporte pas comme un corps matériel dont on en a l’habitude.

GRÉGORY : Alors ça veut dire quoi ? Comment elle se comporte cette balle de tennis ?

JULIEN : Moi, j’aime bien toujours me dire, mais si j’étais un petit bonhomme et que je rentrais dans la matière, mais qu’est-ce que je verrais concrètement ? On verrait des choses très étranges, c’est-à-dire que cette espèce de balle de tennis, si elle devenait quantique, on va prendre un atome par exemple, il se comporterait comme une espèce de nuage. Vous voyez quelque chose qui est un peu là sans être là ? Il faut imaginer en gros que c’est un objet qui occupe toute une zone de l’espace, mais pas de façon très matérielle. C’est-à-dire que quand on va essayer de mesurer cette balle de tennis quantique au moment où on va la mesurer, là soudain, elle va se réduire en un point et redevenir une vraie petite balle de tennis. Donc, je vous le redis, imaginez un électron par exemple, tant que vous ne le mesurez pas et que vous le laissez tranquille, c’est une espèce de nuage. Puis, au moment où vous essayez de le mesurer, de ramener une pince électrique ou une loupe ou quelque chose pour le regarder, et bien soudainement, ce grand nuage va se réduire en un seul point, comme une petite goutte d’eau. Et vous, ce que vous allez voir, c’est un petit électron bien matériel, bien ponctuel, à un endroit particulier. Mais dès que vous arrêtez et que vous le laissez tranquille à nouveau, il réoccupe toute la zone de l’espace. En gros, c’est ça qui se passe à petite échelle. Il y a plein de nouvelles propriétés qui vont découler de ça. Si on envoie cet objet contre un mur et peu de temps après avoir essayé passer à travers le mur, si on essaie de le mesurer, il va se comporter de façon étrange. Il va pouvoir se dédoubler, il va pouvoir être intriqué avec d’autres objets. Donc il va y avoir tout un tas de propriétés très étranges qui vont apparaître juste parce que dès le départ, un objet quantique, ce n’est pas juste un objet matériel, ce n’est pas seulement une masse.

GRÉGORY : Et en même temps, si je ne me trompe pas trop, tous les objets du quotidien, y compris nos corps, sont constitués d’atomes, donc à la fois de molécules et d’atomes. Donc potentiellement, ce que vous dites, c’est qu’en fait tous les objets autour de nous, ce sont des nuages. Enfin, on est composé de nuages en fait.

JULIEN : Alors là, on est sur une pente glissante qui va aller vers les pseudosciences et des tas de religiosité et autres. Alors faisons attention à ce qu’on dit. Effectivement, il y a ce paradoxe incroyable qui est de vous dire que tous les atomes qui composent votre corps sont eux-mêmes composés d’électrons qui sont ces espèces de nuages immatériels. Pourtant, nous, on n’est pas du tout immatériel. Je ne peux pas passer ma main à travers un corps. Il y a une raison à ça. La première chose qu’il faut comprendre, et c’est la plus importante peut être, c’est que quand on va prendre pleins de ces objets quantiques et qu’on va les placer les uns à côté des autres, et c’est bien ça qu’on fait quand on prend par exemple un corps humain, au bout d’un moment, tous ces effets très immatériels et autres vont s’annuler. C’est-à-dire que si je regarde un seul atome, il reste une espèce d’ondes immatérielles, mais quand j’en mets plein les uns avec les autres, tous ces effets-là, je les vois plus à grande échelle. Donc, si on veut garder toutes les étrangetés du monde quantique, tout ce qui échappe à notre intuition, ces espèces d’ondes, ces espèces d’effet tunnel, de paradoxe, etc, il faut garder très peu d’objets quantiques, il faut absolument que je regarde un seul des objets qui le composent pour analyser ces effets.

GRÉGORY : Là, j’ai une question peut être un peu bête, mais à quoi ça sert de descendre au niveau de l’atome ? Qu’est-ce qu’on peut créer à partir de ça ? C’est quoi les usages de la physique quantique ?

JULIEN : La première réponse, c’est même si ça ne sert à rien, ce n’est pas grave, parce que après tout, c’est une des grandeurs, je trouve, de l’être humain d’essayer de mieux comprendre le monde qui l’entoure, et en gros comprendre ce qui se passe à petite échelle, c’est comprendre une grosse partie du monde qui nous entoure. Donc si la physique quantique, c’était juste arrêter à comprendre les lois du monde à petite échelle et à se rendre compte qu’à petite échelle, il se passe des choses absolument hallucinantes. Moi, ça suffirait à mon bonheur. Il se trouve qu’évidemment, derrière, ça a été, disons, la science qui a eu le plus d’applications, je pense, de l’histoire du 20ᵉ et du 21ᵉ siècle. Alors pourquoi ça ? C’est parce qu’une fois que les physiciens ont compris comment fonctionnaient les électrons, comment fonctionnait la lumière, comment fonctionnaient les atomes, eh bien là, ils sont dits maintenant, on peut commencer à inventer, on peut inventer des nouveaux matériaux, on peut inventer des nouvelles lumières, on peut inventer des nouveaux dispositifs. Et là, ils se sont lâchés.

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Description de l’épisode

Julien Bobroff est physicien spécialisé dans la physique quantique. Il est également professeur à l’Université Paris-Sud.

J’entends parler de physique quantique depuis un moment sans vraiment réussir à comprendre de quoi il s’agit. Pourtant, il y a tellement de sphères dans lesquelles cette physique est discutée: la blockchain, l’informatique, mais aussi le développement personnel. Mais c’est quoi précisément ? J’avais tenté de comprendre avec un physicien quantique il y a 2 ans et j’avais passé 2h avant de réussir à saisir précisément de quoi il s’agissait et puis avec la Covid je n’avais pas fait l’épisode.

Désormais, je suis heureux d’avoir pu faire la rencontre de Julien qui est un formidable vulgarisateur scientifique (je préfère démocratiser une connaissance). Il va nous apprendre pourquoi nous utilisons des objets créés à partir de la physique quantique tous les jours, et pourquoi c’est l’une des plus grandes révolutions scientifiques du siècle dernier. Nous allons couvrir les différents champs d’utilisation réelle et de vocabulaire également. Nous allons même aller du côté de l’écologie pour essayer de comprendre si cette connaissance incroyable ne pourrait pas nous permettre de résoudre la crise climatique. Un épisode définitivement passionnant et surtout très accessible si vous vous êtes toujours demandé de quoi il s’agissait.

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Transcription partielle de l’épisode

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#225 Comprendre (simplement) la physique quantique avec Julien Bobroff
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GRÉGORY : On parle beaucoup de physique quantique et je pense que la très grande majorité de la population française n’a strictement aucune idée de ce que c’est. De ce que j’ai compris, c’est “l’infiniment petit”. Est-ce que vous pouvez commencer à m’expliquer ce que c’est que la physique quantique ?

JULIEN : Oui. Alors c’est vrai que ça fout la trouille la physique quantique. Quand on dit le mot quantique tout de suite, ça rappelle plein de fantasmes, mais ce n’est pas si compliqué que ça. La physique quantique, ce sont juste les lois du monde à petite échelle. On s’est rendu compte il y a un peu plus de 100 ans que les lois dont on avait l’habitude, qu’on pensait avoir comprise jusque-là, ne fonctionnent plus et il y a de nouvelles lois et de nouveaux comportements de la matière. Alors souvent, on dit l’infiniment petit, alors que ce n’est pas si infiniment petit que ça. On peut avoir des effets quantiques à l’échelle du millionième de mètre. Ça semble petit, mais c’est très gros à l’échelle de la physique.

GRÉGORY : OK, donc c’est le tout petit et ce qui est intéressant dans ce que vous dites, c’est que ça remet en cause les lois de la physique, c’est ça ? 

JULIEN : Alors oui, ça reste de la physique, c’est-à-dire qu’on continue à la faire de la même façon, avec les mêmes processus. Mais on s’est rendu compte que les lois elles même, la manière dont on devait décrire par exemple un atome ou un noyau d’atomes ou un électron, n’avaient plus rien à voir avec ce qu’on utilisait habituellement. Quand on décrivait par exemple une balle de tennis, une balle de tennis quantique, ainsi une balle de tennis, à toute petite échelle, ne se comporte pas comme un corps matériel dont on en a l’habitude.

GRÉGORY : Alors ça veut dire quoi ? Comment elle se comporte cette balle de tennis ?

JULIEN : Moi, j’aime bien toujours me dire, mais si j’étais un petit bonhomme et que je rentrais dans la matière, mais qu’est-ce que je verrais concrètement ? On verrait des choses très étranges, c’est-à-dire que cette espèce de balle de tennis, si elle devenait quantique, on va prendre un atome par exemple, il se comporterait comme une espèce de nuage. Vous voyez quelque chose qui est un peu là sans être là ? Il faut imaginer en gros que c’est un objet qui occupe toute une zone de l’espace, mais pas de façon très matérielle. C’est-à-dire que quand on va essayer de mesurer cette balle de tennis quantique au moment où on va la mesurer, là soudain, elle va se réduire en un point et redevenir une vraie petite balle de tennis. Donc, je vous le redis, imaginez un électron par exemple, tant que vous ne le mesurez pas et que vous le laissez tranquille, c’est une espèce de nuage. Puis, au moment où vous essayez de le mesurer, de ramener une pince électrique ou une loupe ou quelque chose pour le regarder, et bien soudainement, ce grand nuage va se réduire en un seul point, comme une petite goutte d’eau. Et vous, ce que vous allez voir, c’est un petit électron bien matériel, bien ponctuel, à un endroit particulier. Mais dès que vous arrêtez et que vous le laissez tranquille à nouveau, il réoccupe toute la zone de l’espace. En gros, c’est ça qui se passe à petite échelle. Il y a plein de nouvelles propriétés qui vont découler de ça. Si on envoie cet objet contre un mur et peu de temps après avoir essayé passer à travers le mur, si on essaie de le mesurer, il va se comporter de façon étrange. Il va pouvoir se dédoubler, il va pouvoir être intriqué avec d’autres objets. Donc il va y avoir tout un tas de propriétés très étranges qui vont apparaître juste parce que dès le départ, un objet quantique, ce n’est pas juste un objet matériel, ce n’est pas seulement une masse.

GRÉGORY : Et en même temps, si je ne me trompe pas trop, tous les objets du quotidien, y compris nos corps, sont constitués d’atomes, donc à la fois de molécules et d’atomes. Donc potentiellement, ce que vous dites, c’est qu’en fait tous les objets autour de nous, ce sont des nuages. Enfin, on est composé de nuages en fait.

JULIEN : Alors là, on est sur une pente glissante qui va aller vers les pseudosciences et des tas de religiosité et autres. Alors faisons attention à ce qu’on dit. Effectivement, il y a ce paradoxe incroyable qui est de vous dire que tous les atomes qui composent votre corps sont eux-mêmes composés d’électrons qui sont ces espèces de nuages immatériels. Pourtant, nous, on n’est pas du tout immatériel. Je ne peux pas passer ma main à travers un corps. Il y a une raison à ça. La première chose qu’il faut comprendre, et c’est la plus importante peut être, c’est que quand on va prendre pleins de ces objets quantiques et qu’on va les placer les uns à côté des autres, et c’est bien ça qu’on fait quand on prend par exemple un corps humain, au bout d’un moment, tous ces effets très immatériels et autres vont s’annuler. C’est-à-dire que si je regarde un seul atome, il reste une espèce d’ondes immatérielles, mais quand j’en mets plein les uns avec les autres, tous ces effets-là, je les vois plus à grande échelle. Donc, si on veut garder toutes les étrangetés du monde quantique, tout ce qui échappe à notre intuition, ces espèces d’ondes, ces espèces d’effet tunnel, de paradoxe, etc, il faut garder très peu d’objets quantiques, il faut absolument que je regarde un seul des objets qui le composent pour analyser ces effets.

GRÉGORY : Là, j’ai une question peut être un peu bête, mais à quoi ça sert de descendre au niveau de l’atome ? Qu’est-ce qu’on peut créer à partir de ça ? C’est quoi les usages de la physique quantique ?

JULIEN : La première réponse, c’est même si ça ne sert à rien, ce n’est pas grave, parce que après tout, c’est une des grandeurs, je trouve, de l’être humain d’essayer de mieux comprendre le monde qui l’entoure, et en gros comprendre ce qui se passe à petite échelle, c’est comprendre une grosse partie du monde qui nous entoure. Donc si la physique quantique, c’était juste arrêter à comprendre les lois du monde à petite échelle et à se rendre compte qu’à petite échelle, il se passe des choses absolument hallucinantes. Moi, ça suffirait à mon bonheur. Il se trouve qu’évidemment, derrière, ça a été, disons, la science qui a eu le plus d’applications, je pense, de l’histoire du 20ᵉ et du 21ᵉ siècle. Alors pourquoi ça ? C’est parce qu’une fois que les physiciens ont compris comment fonctionnaient les électrons, comment fonctionnait la lumière, comment fonctionnaient les atomes, eh bien là, ils sont dits maintenant, on peut commencer à inventer, on peut inventer des nouveaux matériaux, on peut inventer des nouvelles lumières, on peut inventer des nouveaux dispositifs. Et là, ils se sont lâchés.

La suite a écouté sur VLAN !

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