Que signifie « quantique » ?

C’est une bonne question de départ. En général, le mot « quantum » signifie « quelque chose que l’on peut compter ». Il provient d’un mot latin et a la même racine que des mots comme « quantité » et « quantifier ». Un « quantum » est une chose unique que l’on peut compter et les « quanta » pluriels sont des choses que l’on peut compter. La question est la suivante : lorsqu’on regarde quelque chose, est-il possible de le compter ?

Pouvez-vous donner un exemple ?

Je suppose que vous voulez dire compter les personnes dans la foule.

C’est tout à fait exact. Dans ce cas, les quanta – les choses que vous comptez – seraient des personnes. De même, si nous regardions une plage et que je disais « comptez le sable », que penseriez-vous que je veux dire ?

Ce serait le cas ! La question n’est pas de savoir si nous pouvons réellement trouver le nombre, mais s’il existe quelque chose que nous pouvons compter. Dans ce cas, un quantum de sable est un grain de sable. Mais permettez-moi de poser une question plus délicate : si nous étions sur la plage, que nous regardions l’eau et que je dise « comptez l’eau », qu’est-ce que je veux dire ?

C’est une demande moins claire, n’est-ce pas ? Dans le cas des litres, nous pouvons toujours développer une unité de mesure convenue comme celle-ci pour compter les choses. Lorsque j’ai demandé de compter le sable, vous auriez pu l’interpréter comme le nombre de litres de sable ou de kilogrammes de sable. Mais ces unités de mesure sont un peu arbitraires : au lieu de litres ou de kilogrammes, on pourrait compter en gallons, en livres ou en tonnes. Il s’agit de conventions convenues qui pourraient être modifiées. Un quantum signifie quelque chose de moins arbitraire, une chose indivisible à compter qui ne dépendrait pas d’un étalon de mesure arbitraire.

Oui, une molécule d’eau serait un quantum d’eau plus approprié. C’est la plus petite unité d’eau indivisible que l’on puisse avoir. Bien sûr, il serait encore plus difficile de compter les molécules d’eau que les grains de sable.

Précisément, et cela nous permet de mieux comprendre comment le mot « quantique » est utilisé dans l’expression « science quantique ». De notre point de vue, l’eau semble continue, comme si on pouvait la diviser en gouttes de plus en plus petites. Il n’est pas du tout évident qu’il existe un plus petit morceau d’eau. Le mot « quantique » a commencé à être utilisé par les scientifiques pour désigner quelques cas où il semblait que quelque chose était continu ou divisible à l’infini, mais où il s’est avéré qu’il y avait quelque chose de dénombrable.

Étonnamment, non. L’idée que les choses sont faites d’atomes remonte à des milliers d’années, et la compréhension moderne qu’il existe différents éléments chimiques, chacun avec son propre type d’atome, date d’environ 200 ans. Il s’agit là d’idées très importantes qui permettent d’affirmer que la matière est constituée de morceaux dénombrables, mais il ne s’agit pas des quanta dont il est question dans la science quantique. Il s’agit là d’un point assez déroutant, car il est vrai que la science quantique est largement utilisée pour comprendre les détails des atomes et des molécules, mais il n’est pas vrai que le mot « quantique » dans ce contexte se réfère au fait que les atomes et les molécules sont des éléments dénombrables. Le mot « quantique » a commencé à être utilisé il y a un peu plus de 100 ans pour désigner d’autres cas où des choses qui semblaient continues ou divisibles à l’infini s’avéraient avoir un aspect dénombrable.