S01 E02 Expériences de pensée
Publié le jeu. 06 août 2020 dans PQT , modifié le:
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Richard Feynman et son expérience de pensée
d'un «dispositif de Stern et Gerlach amélioré».
Pour commencer, je vais revenir sur une information importante qui n’est presque jamais mentionnée dans les vidéos sur cette question :
En fait, ni Feynmann ni Susskind ni la plupart des autres auteurs que vous pourrez lire sur ce sujet ne partent vraiment de la vraie expérience de Stern et Gerlach, telle qu’elle a été réellement faite en 1922 et que nous allons étudier maintenant.
Et il y a deux très bonnes raison à cela.
La première raison, c’est qu’en fait, la véritable expérience est plus compliquée à réaliser que celle qu’on décrit habituellement dans les vidéos de vulgarisation, voire même dans les vidéos de cours avancé. Ça n’a rien d’étonnant, ça arrive très souvent et c’est très classique. Les expérimentateurs le savent tous : Sur le papier tout est toujours plus simple que dans la pratique, où il y a toujours un tas d’embêtements matériels à résoudre.
La deuxième raison, c’est que les enseignants ont besoin de se concentrer sur les choses qu’ils veulent étudier et que pour cela, il faut parfois prendre un peu de distances avec le monde réel.
Feynmann, par exemple, utilise dans son cours ce qu’il appelle un «appareil de Stern et Gerlach amélioré» et dont il dit clairement qu’il est imaginaire. Cet «appareil amélioré» n’a à ma connaissance jamais existé, car il serait incroyablement compliqué et coûteux à réaliser.
Susskind de son côté est encore plus radical : Il parle d’un appareil qui mesure le spin comme par magie, sans rien dire de son fonctionnement interne. Évidemment, son appareil «magique» n’a jamais existé non plus.
Dans les deux cas, il ne s’agit donc pas d’expériences réelles, mais
- soit d’expériences idéalisées,
- soit de ce qu’on appelle des « expériences de pensée », c’est à dire des expériences totalement fictives, mais qui montrent ce que toute la communauté scientifique s’attend à voir le jour où quelqu’un parviendra à les réalisera en vrai.
Ca n’a rien d’inhabituel.
Quelques autres exemples célèbres
L'idée des expériences de pensée n'est pas neuve. C'est notamment par une expérience de pensée que Galilée a réalisé que tous les corps, dans le vide, devaient tomber à la même vitesse, contrairement à l'idée couramment admise, et conforme à l'expérience que nous faisons quotidiennement dans l'atmosphère, que les plus lourds tombaient plus vite [1]
Nous avons tous aussi entendu parler de l'expérience des jumeaux de Langevin. Le jumeau qui a fait le voyage est sensé à son retour avoir moins vieilli que celui qui est resté sur Terre. C'est une expérience de pensée. Personne n'a jamais envoyé un jumeau à une vitesse gigantesque vers un étoile lointaine pour observer ce qui se passera à son retour. En revanche, les physiciens du CERN vérifient tous les jours que cet l'effet prévu par la théorie de la relativité existe bien. L'effet physique est le même que dans l'expérience de pensée, mais l'expérience réelle est beaucoup plus complexe, dans ses détails, que sa version imaginaire. Une autre manière de vérifier que l'expérience de pensée des jumeaux de Langevin donnerait le résultat prévu est bien connue des techniciens qui travaillent sur les GPS. Les satellites GPS doivent tenir compte de l'effet relativiste prévu dans l'expérience de pensée des Jumeaux de Langevin. Il est très faible, de l'ordre de quelques secondes par siècle, mais il faut en tenir compte sous peine de graves disfonctionnements des GPS [2].
Nous étudierons plus loin dans notre voyage, et à plusieurs reprises, la célèbre expérience de pensée dite du «chat de Schrödinger». Mais dévoilons le pot aux roses tout de suite: Il n'existe aucun chat mort-vivant dans le monde réel. C'est encore une expérience de pensée. Son objectif est d'essayer de comprendre pourquoi on n'observe jamais avec les chats ni avec les humains les phénomènes qu'on observe avec les atomes. Pourtant les chats comme les humains sont composés d'atomes! Mais patience, nous aurons le temps de revenir longuement sur cette interrogation. Pour le moment, nous allons réaliser quelques expériences de pensée avec des aimants avant d'étudier l'expérience réaalisée en vrai par Stern et Gerlach en 1922.
Notes et références
| [1] | Pour plus de détails sur ce sujet, voir cette vidéo d'Etienne Klein: https://www.youtube.com/watch?v=dlDWHIX-c5M |
| [2] | Plus précisément, les GPS doivent tenir compte de deux effets relativistes, de signe opposé. Pour plus de détails: https://fr.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System#GPS_et_th%C3%A9orie_de_la_relativit%C3%A9 |
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