Qu’est-ce que le quantum dans la « science quantique » ?

Il est intéressant de noter que si vous posez cette question à différents scientifiques, vous obtiendrez probablement des réponses différentes. Il existe des liens entre les différentes réponses, mais le plus simple est de commencer par une réponse que vous pourriez obtenir fréquemment : L’une des premières utilisations du mot « quantum » dans le contexte de la science quantique est l’expression « quanta de lumière », c’est-à-dire l’idée qu’il y a quelque chose de dénombrable dans la lumière. Cette expression se comprend plus facilement en termes d’énergie que la lumière transporte d’un endroit à un autre.

Voulez-vous dire que si vous vous exposez à la lumière du soleil, vous sentez qu’elle vous réchauffe ?

Alors, pouvez-vous sentir ces photons lorsque vous êtes réchauffé par le soleil ?

Pas individuellement, ils sont si petits qu’ils nous sont imperceptibles. Cependant, grâce à notre compréhension de la mécanique quantique, nous pouvons aujourd’hui créer des instruments qui détectent et comptent les photons individuels. Pour comprendre pourquoi vous ne pouvez pas sentir les photons individuels, au lieu de penser à la lumière qui frappe votre peau, pensez à l’eau qui la frappe. Si vous mettez votre main sous un robinet ou dans un ruisseau, vous sentirez l’eau couler continuellement, mais si vous sortez sous la pluie, vous sentirez l’eau vous frapper en gouttes qui peuvent être comptées.

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 ?

Oui, ce serait un défi ! Encore une fois, la question n’est pas de savoir si une personne est capable de calculer le nombre exact, mais s’il y a quelque chose de significatif à compter. Si les gouttes de pluie devenaient de plus en plus petites et arrivaient de plus en plus vite, vous ne seriez plus en mesure de percevoir que l’eau qui vous frappe se présente sous forme de gouttes individuelles ; elle commencerait à ressembler au flux continu d’eau que vous percevez lorsque vous mettez votre main sous un robinet ou dans un ruisseau. Le fait qu’il y ait des gouttes dénombrables serait caché à votre perception.

Il s’agit d’une situation similaire dans la mesure où la nature discrète et dénombrable des images est cachée. Lorsque vous regardez un film, vous n’avez pas l’impression qu’il y a quelque chose à compter dans le mouvement que vous voyez. De la même manière, la pluie, avec ses très petites gouttes, peut sembler être un flux d’eau continu et l’énergie solaire qui réchauffe votre peau ne semble pas avoir quelque chose de dénombrable. Ces quanta d’énergie solaire sont très bien cachés de notre perception habituelle du monde. C’est en quelque sorte la marque de fabrique de la science quantique : découvrir que les choses qui semblent n’avoir rien de dénombrable ont en fait un aspect « quantique » dénombrable.

De la même manière que les gouttes de pluie ou les grains de sable peuvent avoir des tailles différentes, les énergies des photons peuvent avoir des tailles différentes. Cependant, il existe un fait très intéressant concernant la taille des photons, lié au fait que toute lumière peut être considérée comme étant composée d’une combinaison de différentes couleurs de lumière.

Exactement, ou comme un arc-en-ciel, que vous pouvez voir lorsque la lumière du soleil est décomposée en ses couleurs constitutives par des gouttes de pluie. Il s’avère donc que chaque couleur de lumière spécifique a sa propre taille de photons. Toute lumière rouge d’un type particulier – plus techniquement d’une longueur d’onde ou d’une fréquence particulière – transmet de l’énergie sous forme de quanta de même taille. De même, toutes les lumières bleues d’un type particulier ont des quanta d’énergie de la même taille. Les photons de la lumière bleue sont plus grands que les photons de la lumière rouge, et les photons de la lumière jaune sont plus grands que la lumière rouge mais plus petits que la lumière bleue. L’ordre des couleurs de l’arc-en-ciel, du rouge au violet, indique la taille des photons, du plus petit au plus grand.

J’imagine maintenant comment, lorsque je suis au soleil, ma peau absorbe ces quanta de lumière de différentes tailles. quanta de lumière, chacun correspondant à une couleur différente.

En fait, outre les couleurs visibles, la lumière du soleil contient également de la lumière que nous ne pouvons pas voir avec nos yeux. L’un de ces types de lumière est la lumière « ultraviolette » ou UV. Cette lumière contient des photons plus énergétiques que la lumière visible. La taille de ces photons est très importante pour nous, car lorsqu’ils touchent notre peau, ils peuvent lui causer le plus de dommages biologiques ; ce sont les gros photons de la lumière UV qui provoquent les coups de soleil et augmentent les risques de cancer de la peau.