@Zevengeur

Bon article qui retrace assez bien l’histoire de la mécanique quantique. On pourrait, comme Dudule l’a fait, lui reprocher quelques approximations ou raccourcis, mais ce genre de petits travers est difficilement évitable dans un travail de vulgarisation. On pourrait aussi lui reprocher de ne parler que de l’interprétation de Copenhague alors que celle-ci est toujours contestée dans certains quartiers. Mais ce genre de considérations auraient probablement rendu l’article trop long et confus.

Pour comprendre la citation de Kelvin, il faut se souvenir qu’à cette époque, la physique venait de remporter deux succès retentissants : les équations de Maxwell et la théorie cinétique des gaz.

Les équations de Maxwell rendaient compte de tous les phénomènes électriques et magnétiques et admettaient en plus comme solution des ondes se déplaçant à la vitesse de la lumière.

La théorie cinétique des gaz permettaient de relier les grandeurs empiriques de la thermodynamique, comme l’entropie et la température aux grandeurs purement mécaniques comme la vitesse des molécules de gaz, confirmant du même coup l’hypothèse atomiste.

À cette époque, tous les phénomènes connus pouvaient être expliqués par les lois suivantes :

• les équations de Maxwell
• la loi de conservation de la charge électrique
• l’expression de la force exercée par un champ électrique et un champ magnétique sur une charge électrique en mouvement (force de Lorentz)
• l’équation du mouvement de Newton
• l’expression de la force gravifique qui s’exerce entre deux masses
• l’hypothèse atomiste
  

Les physiciens pensaient donc que tout avait été découvert et qu’à l’avenir, leur travail se réduirait à mesurer les constantes avec plus de précision. Un avenir bien morose.

Sauf qu’il restait un petit problème à résoudre du côté du rayonnement thermique du corps noir. C’est en cherchant à résoudre ce problème que Max Planck a posé les bases de la physique quantique. Ceci est bien expliqué dans l’article et je ne vais pas y revenir.

En réalité, il restait un autre problème. Les équations de Newton sont invariantes sous les transformations de Galilée ; celles de Maxwell ne le sont pas, en fait, elles sont invariantes sous les transformations de Poincaré (Lorentz). Cela conduisait à des paradoxes lorsqu’on changeait de repère pour décrire le mouvement d’une particule chargée dans un champ électromagnétique.

Voici un exemple :

Imaginons un fil métallique vertical et de longueur infinie, traversé par un courant dirigé vers le bas. Les électrons de conduction se déplacent donc vers le haut dans le fil, disons à la vitesse v. Imaginons un électron qui se déplace parallèlement au fil et à la même vitesse v que les électrons de conduction dans le fil.

Le courant parcourant le fil produit un champ magnétique que l’on peut calculer grâce à la loi d’Ampère. L’électron qui se déplace dans ce champ est soumis à la force de Lorentz et est attiré par le fil.

Ça, c’est quand on décrit l’expérience dans le repère du laboratoire.

Changeons maintenant de repère et plaçons-nous sur l’électron.

L’électron voit les électrons de conduction du fil immobiles par rapport à lui. Par contre, les cœurs ioniques positifs du métal semblent se déplacer vers le bas. Cela crée un champ magnétique, mais comme l’électron est immobile dans ce champ magnétique, il ne ressent aucune force.

Dans un repère, il y a une force, dans l’autre, il n’y en a pas. Pour résoudre ce paradoxe, il fallait soit modifier les équations de Maxwell pour les rendre invariantes sous les transformations de Galilée, soit modifier les équations de Newton pour les rendre invariantes sous les transformations de Lorentz. C’est cette dernière solution qui a été retenue et cela a donné lieu à la relativité restreinte.

Dans le cadre de la relativité restreinte, la distance entre les cœurs ioniques qui semblent se déplacer vers le bas subit une contraction de Lorentz. Le fil qui est neutre dans le re[ère du laboratoire semble maintenant chargé positivement. On a donc maintenant une force électrique qui attire l’électron vers le fil.