Que signifie « mécanique quantique » ?

La mécanique quantique est un ensemble de règles très générales régissant le monde physique qui a été développé à partir de 1925. L’année 2025 a été choisie comme Année internationale des sciences et technologies quantiques parce qu’elle marque le centenaire de la mécanique quantique. Nous avons parlé ailleurs de la signification du terme « quantique » ; la partie mécanique fait référence à un ensemble systématique de règles qui peuvent être largement appliquées pour décrire la façon dont les choses bougent et changent.

Les termes « mécanique quantique » et « théorie quantique » ont-ils la même signification ?

Qu’est-ce qui a changé pour passer de la théorie quantique à la mécanique quantique ?

Au cours de la période 1900-1925, il n’y avait pas de cohérence dans la manière et le moment d’appliquer ces hypothèses quantiques pour expliquer les expériences et faire des prédictions. Parfois, elles semblaient fonctionner de manière spectaculaire, ce qui donnait à beaucoup de gens l’assurance que l’idée devait être valable. Mais bien d’autres fois, les scientifiques ont essayé d’utiliser ces hypothèses pour modéliser ou prédire des choses, et le modèle n’avait aucun sens, ou les prédictions étaient fausses. Le fait est qu’il n’y avait pas de méthode systématique pour appliquer les idées de la théorie quantique à différents systèmes physiques. Une méthode systématique serait une « mécanique ».

Les bases, oui. Il a fallu quelques années pour mettre au point le cadre de base et certains ensembles généraux de principes à suivre afin de pouvoir les appliquer systématiquement à un large éventail de problèmes. Aujourd’hui encore, des chercheurs s’efforcent de réviser et d’étendre ce cadre, mais de nombreux éléments essentiels de la mécanique quantique ont été mis en place en 1925. Le terme « mécanique quantique » a commencé à être largement utilisé dans les années 1920 pour décrire ces règles systématiques. C’est également une expression qui distingue cette nouvelle mécanique de ce que l’on appelle aujourd’hui la « mécanique classique ».

La mécanique classique, ou parfois simplement « mécanique », est le cadre de description du mouvement des objets massifs qui a été initialement développé au^17e siècle. Ce cadre est un ensemble de règles générales qui peuvent être utilisées pour décrire l’orbite des planètes autour du soleil ou la vitesse à laquelle un objet tombé tombe sur le sol.

Oui, tout à fait. Les règles de la mécanique classique sont toujours très utiles et souvent plus faciles à utiliser que celles de la mécanique quantique, mais la mécanique quantique est une théorie encore plus vaste qui, selon de nombreux scientifiques, supplante les règles de la mécanique classique. On peut dire qu’à la fin du^XIXe siècle, les scientifiques pensaient disposer d’une bonne théorie systématique sur la façon dont la matière se déplaçait – c’est la mécanique classique – et d’une bonne théorie systématique sur le fonctionnement de la lumière – c’est la description de la lumière par les ondes électromagnétiques. Cependant, la compréhension de l’interaction entre la lumière et la matière posait un certain nombre de problèmes. Entre 1900 et 1925, certaines de ces énigmes ont semblé être résolues grâce aux idées quantiques, mais il n’y avait pas de compréhension systématique de la manière dont la lumière et la matière interagissaient dans tous les cas.

Non seulement la mécanique quantique a fourni une description complète de la manière dont la lumière et la matière interagissent, mais ce faisant, elle a radicalement modifié notre compréhension de la lumière et de la matière et des règles qui les régissent. Les anciennes règles « classiques » régissant la matière et la lumière se sont révélées n’être que des approximations d’une description quantique plus riche de la matière, de la lumière et de leurs interactions.