أعلنت منظمة التربية والعلم والثقافة (يونسكو) سنة 2015 سنة دولية للضوء
وتكنولوجيا البصريات، ويعود ذلك إلى مصادفة هذا العام مع ذكرى عدد هام من
الاكتشافات العلمية في مجال الضوء وتكنولوجياته. حيث شهدت سنة 1015 انتشار
أعمال ابن الهيثم والمعروف في الغرب باسم Alhazen (البصرة 965م - القاهرة
1039م) في مجال البصريات، وفي سنة 1815 وضع مؤسس البصريات الحديثة
الفيزيائي الفرنسي أوغستان جان فرينل Augustin Fresnel (نورماندي 1788م -
إيل دو فرانس 1827م) نظرية الموجات الضوئية، وشهدت سنة 1865 تأسيس
عالم الفيزياء الاسكتلندي جيمس كلارك ماكسويل James Clerk Maxwell (إدنبرة
1831 - سكتلندة 1879) للنظرية الكهرمغنطيسية لانتشار الضوء. وفي سنة 1905
أرسى أينشتاين Albert Einstein (ألمانيا 1899 – 1955 الولايات المتحدة
الأمريكية) أسس نظرية الظاهرة الكهرضوئية، وقام سنة 1915 بإدخال الضوء في
نظرية تفسير الكون من خلال النسبية العامة. وشهدت سنة 1965 اكتشاف كلّ من
بينزياس Arno Allan Penzias (مونيخ 1933م) وويلسن Robert Woodrow Wilson
(الولايات المتحدة الأمريكية 1936م) للمويجات الخلفية الكونية، وفي نفس
السنة حقّق شارلز كاو Charles K. Kao (الصين 1933) والحاصل على جائزة نوبل
في الفيزياء عام 2009 إنجازات رائدة في مجال انتقال الضوء في الألياف
الضوئية للاتصالات. وقد اختارت اليونسكو تكريم أبو البصريات الحديثة ابن
الهيثم لأهمية الإنجازات التي حققها في مجالات البصريات والرياضيات وعلم
الفلك ووضعه لمناهج تجريبية تعليمية ما زالت قائمة حتى اليوم. ومن المنتظر
أن يساهم هذا الاحتفال في زيادة التوعية حول الفرص التي توفرها تكنولوجيا
الضوء في مواجهة العديد من التحديات العالمية المرتبطة بالتنمية المستدامة
والطاقة والصحة المجتمعية، وكذلك لتحسين نوعية الحياة في كل من البلدان
المتقدمة النمو والبلدان النامية. روضة السالمي
18.12.14
Le chat de Schrödinger
Le
physicien autrichien Erwin Schrödinger est l'un des pères fondateurs de la
mécanique quantique, mais il est surtout connu pour quelque chose qu'il n'a pas
fait : une expérience de pensée impliquant un chat.
Il
a imaginé de placer un chat dans une boîte scellée avec un dispositif ayant une
probabilité de 50% de tuer le chat dans l'heure suivante.
Au
bout d'une heure, il a demandé : « Quel est l'état du chat ? »
Le
bon sens suggère que le chat est soit vivant soit mort, mais Schrödinger a
souligné que, selon la physique quantique, un instant avant d'ouvrir la boîte,
le chat est, à parts égales,
vivant
et mort à la fois.
C'est
seulement en ouvrant la boîte que nous voyons un état déterminé.
Jusque-là,
le chat est un flou probabiliste, moitié une chose et moitié l'autre.
Cela
semble absurde, ce qui était aussi l'avis de Schrödinger.
Il
trouvait la physique quantique si déroutante philosophiquement, qu'il a
abandonné la théorie qu'il avait contribué à construire et se tourna vers la
biologie.
Aussi
absurde que cela puisse paraître, le chat de Schrödinger est très réel.
En
fait, c'est essentiel.
S'il
n'était pas possible pour les objets quantiques d'être dans deux états à la
fois, l'ordinateur que vous utilisez pour regarder cette vidéo n'existerait
pas.
Le
phénomène quantique de superposition est une conséquence directe de la dualité
onde-corpuscule de tout ce qui existe.
Pour
avoir une longueur d'onde, un objet doit s'étendre sur une certaine région de
l'espace, ce qui signifie qu'il occupe de nombreuses positions simultanément.
La
longueur d'onde d'un objet limité à une petite région de l'espace ne peut
cependant pas être parfaitement définie.
Il
existe donc avec de multiples longueurs d'onde différentes en même temps.
Nous
ne voyons pas ces propriétés ondulatoires pour les objets du quotidien parce
que la longueur d'onde diminue quand la quantité de mouvement augmente.
Et
un chat est relativement gros et lourd.
Si
nous avions pris un seul atome pour le mesurer face au système solaire, la
longueur d'onde d'un chat fuyant un physicien serait aussi petite qu'un atome
comparé à la taille du système solaire.
C'est
beaucoup trop petit pour être détecté, donc nous ne verrons jamais le
comportement ondulatoire d'un chat.
Cependant,
une minuscule particule, comme un électron peut montrer une preuve
spectaculaire de sa double nature.
Si
nous propulsons un par un des électrons sur une barrière percée de deux fentes
étroites, chaque électron est détecté de l'autre côté à un endroit unique à un
instant précis, comme le serait une particule.
Mais
si vous recommencez de nombreuses fois, en gardant la trace de toutes les
détections individuelles, vous verrez la trace d'un modèle caractéristique du
comportement des ondes : un ensemble de franges - avec des régions comptant de
nombreux électrons séparées par des régions où il n'y en a pas du tout.
Bloquez
une des fentes et les franges disparaissent.
Cela
montre que le motif résulte du passage de chaque électron à travers les deux
fentes simultanément.
Un
seul électron ne choisit pas d'aller à gauche ou à droite mais à gauche et à
droite simultanément.
Cette
superposition d'états conduit aussi à la technologie moderne.
Un
électron près du noyau d'un atome existe sur une orbite qui s'étend comme une
vague.
Rapprochez
deux atomes, et les électrons n'ont pas besoin de choisir un seul atome mais
sont mis en commun.
C'est
ainsi que se forment certaines liaisons chimiques.
Un
électron dans une molécule n'est pas sur l'atome A ou l'atome B, mais sur A +
B.
Lorsque
vous ajoutez d'autres atomes, les électrons se déploient plus, partagés par un
grand nombre d'atomes simultanément.
Les
électrons dans un solide ne sont pas liés à un atome particulier mais partagés
entre tous, s'étendant sur une grande région de l'espace.
Cette
gigantesque superposition d'états détermine comment les électrons se déplacent
dans le matériau, qu'il s'agisse d'un conducteur, d'un isolant ou un
semi-conducteur.
Comprendre
comment les électrons se répartissent parmi les atomes nous permet de contrôler
précisément les propriétés des matériaux semi-conducteurs, comme le silicium.
Combinant
différents semi-conducteurs de façon adéquate nous permet de faire des
transistors à une échelle minuscule, des millions sur une seule puce
d'ordinateur.
Ces
puces et leurs électrons se propageant alimentent l'ordinateur que vous
utilisez pour regarder cette vidéo.
Une
vieille blague dit que l'Internet n'existe que pour permettre le partage de
vidéos de chats.
À
un niveau très profond, cependant, l'Internet doit son existence à un physicien
autrichien et à son chat imaginaire.
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