Chimie

Équations de base de la mécanique quantique


Avez-vous des difficultés à comprendre l'unité Équations de base de la mécanique quantique ? Ensuite, il vous manque peut-être les bases suivantes :


Interprétations de la mécanique quantique

Interprétations de la mécanique quantique décrire la signification physique et métaphysique des postulats et des termes à partir desquels la mécanique quantique est construite. L'interprétation de ces concepts, tels que & # 160B, est d'une importance particulière. du dualisme onde-particule, qui non seulement signifient une rupture avec les idées établies de la physique classique, mais semblent aussi souvent aller à contre-courant. En plus de la première interprétation - & # 160 et jusqu'à maintenant (2012) dominante & # 160– Copenhague, depuis le développement de la mécanique quantique dans les années 1920, un certain nombre d'interprétations alternatives ont été développées qui, entre autres, se reflètent dans leurs déclarations sur le déterminisme, la causalité, la question de l'exhaustivité de la théorie, le rôle de l'observateur et un certain nombre d'autres aspects métaphysiques.

Cet article donne un aperçu des interprétations les plus importantes de la mécanique quantique non relativiste. Une description des fondements conceptuels de la théorie sur la base des représentations courantes des manuels peut être trouvée dans l'article principal Mécanique quantique.


Méthodes et connaissances de la chimie quantique Partie I (bases physico-mathématiques)

Après une introduction aux concepts de base de la mécanique quantique, il est montré comment un problème chimique peut être formulé dans le langage de la physique théorique. En général, les équations qui se posent ne peuvent pas être résolues de manière fermée. Pour certains problèmes, cependant, on connaît des méthodes de résolution approximativement numériques qui permettent des solutions suffisamment précises avec un effort raisonnable. Les plus importants d'entre eux sont présentés - et dans la mesure du possible - interprétés physiquement de manière vivante. Les méthodes modernes de chimie quantique et les prérequis sur lesquels elles sont fondées, ainsi que les limites de leur applicabilité, font l'objet d'une attention particulière. Une discussion détaillée de la théorie des liaisons chimiques est réservée pour une deuxième partie qui suit.

Note pour les articles publiés depuis 1962:

Une erreur de recherche s'est peut-être produite.

C'est le Allemand version de chimie appliquée.

Ne citez pas cette version seul.

Amenez-moi à la version International Edition avec les numéros de page pouvant être cités, le DOI et exportation de citations.


Table des matières

En ce qui concerne son succès empirique, la mécanique quantique est considérée comme l'une des théories physiques les mieux établies de toutes. Depuis sa formulation dans les années 1920, la mécanique quantique n'a pas été expérimentalement falsifiée jusqu'à aujourd'hui. La question de savoir comment interpréter la mécanique quantique est cependant controversée : la théorie décrit-elle uniquement des phénomènes physiques ou permet-elle également de tirer des conclusions sur des éléments d'une réalité cachés derrière les phénomènes ? Les questions sur l'ontologie de la mécanique quantique ne peuvent pas être résolues par des méthodes expérimentales ou théoriques de la physique, c'est pourquoi certains physiciens les considèrent comme non scientifiques. [1] [2] [3] [4] Cependant, il s'avère que de nombreux termes fondamentaux de la théorie, tels que "mesure", "propriété physique" ou "probabilité", ne peuvent pas être clairement définis sans un cadre d'interprétation. D'autres physiciens et philosophes voient donc la formulation d'une interprétation cohérente, c'est-à-dire une interprétation sémantique du formalisme mathématique, comme une partie significative, sinon nécessaire, de la théorie. [5] [6]

En plus de la première et longue interprétation dominante de Copenhague, de nombreuses interprétations alternatives de la mécanique quantique ont émergé au cours du temps, qui sont décrites dans le chapitre suivant. Dans ce qui suit, certains des principes et concepts physiques et philosophiques dans lesquels les interprétations de la mécanique quantique diffèrent les uns des autres sont expliqués en premier.

Déterminisme modifier

Les lois de la physique classique sont généralement considérées comme déterministes : [7] Si vous connaissez complètement l'état actuel d'un système fermé, vous pouvez théoriquement prédire exactement son comportement, c'est-à-dire toutes les futures observations possibles sur ce système à tout moment. Tout comportement apparemment aléatoire et toute probabilité résultent dans le cadre de la physique classique exclusivement de l'ignorance ou, dans des expériences spécifiques, de l'incapacité de l'expérimentateur à préparer avec précision l'état ou les insuffisances de l'appareil de mesure. Ce déterminisme fondamental existe aussi, par exemple, pour la mécanique statistique et la thermodynamique.

Cependant, de nombreuses interprétations de la mécanique quantique, y compris l'interprétation de Copenhague en particulier, supposent que l'hypothèse d'une dynamique déterministe des systèmes physiques ne peut être soutenue : le fait qu'il n'est pas possible, par exemple, de prédire le moment de la désintégration d'un élément radioactif atome, n'est donc pas justifié par le fait qu'un observateur ne dispose pas de suffisamment d'informations sur les propriétés cachées internes de cet atome. Beaucoup plus existerait il n'y a aucune raison pour que le moment précis de la désintégration soit « objectivement une coïncidence ». [8ème]

Les partisans des interprétations des variables cachées, comme la mécanique de Bohm, sont d'un avis contraire. La mécanique quantique n'offre donc pas une description complète de la nature, elle ignore certains facteurs d'influence. Si nous savions cela, un seul résultat de mesure futur pourrait également être calculé de manière précise et déterministe.

Idéal pour l'édition d'observateurs détachés

Ce concept [9] est basé sur l'hypothèse idéalisée qu'une distinction peut être faite entre un « système d'objets » observé et un « observateur » dans les observations ou les mesures, bien que l'observateur ne doive pas être pris en compte lors de la description des propriétés de le système d'objets. Cet idéal ne peut pas être pleinement atteint en physique classique ou en mécanique quantique en raison de l'interaction entre le système objet et l'appareil de mesure, qui est absolument nécessaire pour effectuer la mesure, mais en physique classique l'influence de l'appareil de mesure sur le système objet peut en principe être supposé être minimisé à volonté. En physique classique, la mesure n'est donc pas un problème fondamental, mais seulement un problème pratique.

En mécanique quantique, cependant, l'hypothèse d'une influence négligeable de l'appareil de mesure ne peut être maintenue. En général, chaque interaction du système objet avec l'appareil de mesure est associée à des processus de décohérence dont les effets ne peuvent être considérés comme « petits ». Dans de nombreux cas (par exemple lorsqu'un photon est détecté par un détecteur) l'objet examiné est même détruit lors de la mesure. L'influence mutuelle entre le système objet et l'environnement ou l'appareil de mesure est donc prise en compte dans toutes les interprétations de la mécanique quantique, les interprétations individuelles différant sensiblement dans leur description de l'origine et des effets de cette influence.

Modifier le problème de mesure

La régularité de l'évolution temporelle de l'état du système postulée par la mécanique quantique et l'occurrence de résultats de mesure non ambigus semblent être en contradiction directe : d'une part, l'évolution temporelle de l'état du système est strictement déterministe, d'autre part, la les résultats des mesures ne sont prévisibles que statistiquement. D'une part, les états du système doivent généralement correspondre à des combinaisons linéaires superposées d'états propres ; d'autre part, aucune image floue de plusieurs valeurs n'est mesurée, mais plutôt des valeurs non ambiguës.

L'interprétation orthodoxe utilisée dans la plupart des manuels explique les processus impliqués dans la réalisation d'une mesure de mécanique quantique avec un soi-disant Effondrement de la fonction d'onde, c'est-à-dire une transition instantanée de l'état du système à un état propre des observables observés, où cette transition, contrairement à d'autres processus physiques, n'est pas décrite par l'équation de Schrödinger. Dans l'interprétation orthodoxe, il est laissé ouvert quel processus dans la chaîne de mesure conduit à l'effondrement ; le processus de mesure n'est pas spécifié plus en détail dans le cadre de cette interprétation. De nombreux physiciens et interprètes, en revanche, estiment nécessaire d'énoncer en termes physiques ce qui constitue exactement une « mesure ».

L'explication de cette apparente contradiction entre le développement du système déterministe et les résultats de mesure indéterministes est l'un des principaux défis dans l'interprétation de la mécanique quantique.

Positions épistémologiques modifier

Un aspect fondamental de l'interprétation de la mécanique quantique est la question épistémologique du type de connaissance du monde que cette théorie peut transmettre. Les positions de la plupart des interprétations de la mécanique quantique sur cette question peuvent être largement divisées en deux groupes, les instrumentaliste Le poste et le réaliste Position. [dix]

Selon la position instrumentaliste, la mécanique quantique ou les modèles développés sur la base de la mécanique quantique ne représentent pas des images de la « réalité », mais cette théorie n'est qu'un formalisme mathématique utile qui a fait ses preuves comme outil de calcul des résultats de mesure. Cette vision pragmatique a dominé la discussion sur l'interprétation de la mécanique quantique jusqu'aux années 1960 et a façonné de nombreuses représentations courantes dans les manuels scolaires à ce jour. [11]

Outre l'interprétation pragmatique de Copenhague, il existe désormais un grand nombre d'interprétations alternatives qui, à quelques exceptions près, poursuivent l'objectif d'une interprétation réaliste de la mécanique quantique. En philosophie des sciences, une interprétation est décrite comme scientifiquement réaliste si elle suppose que les objets et les structures de la théorie représentent de vraies images de la réalité et que ses déclarations sur les phénomènes observables et ses déclarations sur les entités inobservables sont (approximativement) vraies. accepté.

Dans de nombreux travaux sur la physique quantique, le réalisme est assimilé au principe de définition des valeurs. [12] [13] Ce principe repose sur l'hypothèse que des propriétés physiques peuvent être attribuées à un objet physique, qu'il A ou n'a pas. Par exemple, pour décrire l'oscillation d'un pendule, on parle du pendule (à un certain moment et avec une précision donnée) subissant une déviation X A.

Dans l'interprétation orthodoxe de la mécanique quantique, l'hypothèse de la définition de la valeur est abandonnée. En conséquence, un objet quantique n'a généralement pas de propriétés, mais des propriétés n'apparaissent qu'au moment et dans le contexte particulier de l'exécution d'une mesure. La conclusion de l'interprétation orthodoxe selon laquelle la définition des valeurs doit être abandonnée n'est cependant impérative ni d'un point de vue logique ni d'un point de vue empirique. Par exemple, la théorie de De Broglie-Bohm (empiriquement impossible à distinguer de l'interprétation orthodoxe) suppose que les objets quantiques sont des particules qui se déplacent le long de trajectoires bien définies.

Modification de la localité et de la causalité

Selon le principe de l'action locale, le changement d'une propriété d'un sous-système a UNE. pas d'influence directe sur un sous-système spatialement séparé B.. [14] Einstein considérait ce principe comme une condition préalable nécessaire à l'existence de lois de la nature empiriquement vérifiables. Dans la théorie de la relativité restreinte, le principe de localité s'applique dans un sens absolu si la distance entre les deux sous-systèmes est semblable à l'espace.

En mécanique quantique, l'intrication provoque des dépendances statistiques (appelées corrélations) entre les propriétés des objets intriqués et séparés dans l'espace. Ceux-ci suggèrent l'existence d'influences mutuelles non locales entre ces objets. Cependant, on peut montrer que même dans le cadre de la mécanique quantique, une transmission d'information plus rapide que la lumière n'est pas possible (voir théorème de non-signalisation).

Le phénomène associé à l'intrication quantique, selon lequel la prise de mesures à un endroit semble influencer les résultats de mesure dans un autre (en principe à toute distance), était l'une des raisons pour lesquelles Einstein a rejeté la mécanique quantique. Dans la célèbre expérience de pensée EPR développée conjointement avec Boris Podolsky et Nathan Rosen, il a essayé de prouver, sous la prémisse de la localité, que la mécanique quantique ne peut pas être une théorie complète. [15] Cette expérience de pensée s'est avérée peu pratique dans sa formulation originale, mais John Stewart Bell a réussi en 1964 dans la prémisse centrale de l'EPR du réalisme local, c'est-à-dire l'existence de propriétés physiques locales, sous la forme expérimentalement vérifiable de Bellschen To formuler l'inégalité. Toutes les investigations expérimentales disponibles jusqu'à présent ont confirmé la violation de l'inégalité de Bell et donc les prédictions de la mécanique quantique. [16]

Cependant, tant l'évaluation de la valeur informative des expériences que l'interprétation de la nature exacte des corrélations EPR/B font l'objet d'une polémique qui perdure à ce jour. De nombreux physiciens déduisent des résultats expérimentaux sur l'inégalité de Bell que le principe de localité n'est pas valide sous la forme représentée par Einstein. [17] D'autres physiciens, cependant, interprètent la mécanique quantique et les expériences sur l'inégalité de Bell et l'inégalité de Leggett de telle manière que l'hypothèse du réalisme doit être abandonnée, [18] le principe de localité, cependant, peut être maintenu. [19]

Le rôle de la décohérence edit

Lorsqu'un système quantique interagit avec son environnement (par exemple avec des particules de gaz dans l'atmosphère, avec de la lumière incidente ou avec un appareil de mesure), des effets de décohérence se produisent inévitablement. Le phénomène de décohérence peut être dérivé directement du formalisme de la mécanique quantique. Il ne s'agit donc pas d'une interprétation de la mécanique quantique.Néanmoins, la décohérence joue un rôle central dans la plupart des interprétations modernes, car elle est une composante indispensable dans l'explication du comportement "classique" des objets macroscopiques et est donc pertinente pour toute tentative, le décalage entre les ontologiques Expliquer les énoncés des interprétations de la mécanique quantique et de l'expérience quotidienne.

Les principaux effets de la décohérence comprennent les phénomènes suivants : [20] [21]

  1. La décohérence conduit à une annulation irréversible des termes d'interférence dans la fonction d'onde : Dans les grands systèmes (un fullerène est déjà à considérer comme "grand" à cet égard) ce mécanisme est extrêmement efficace. La décohérence permet de comprendre pourquoi aucun état de superposition n'est observé dans les systèmes macroscopiques :
  2. La décohérence provoque une atténuation sélective de tous les états qui ne répondent pas à certains critères de stabilité définis par les détails de l'interaction entre le système et son environnement. Cette sélection dite unique (abréviation de "superselection induite par l'environnement", c'est-à-dire "supersélection induite par l'environnement") conduit au développement d'états "robustes" préférés, c'est-à-dire H. d'États qui ne sont pas détruits par la décohérence.
  3. Les observables réellement observables sont déterminés par ces états robustes. Les calculs du modèle montrent que le potentiel de Coulomb, le potentiel d'interaction le plus important (dans des conditions normales) pertinent pour la structure de la matière, conduit à une sursélection d'états spatialement localisés. L'apparition d'états macroscopiques localisés d'objets de la vie quotidienne peut donc aussi s'expliquer dans le contexte de la mécanique quantique.
  4. Les appareils de mesure sont toujours des objets macroscopiques et sont donc sujets à la décohérence. L'apparition d'états de pointeur clair lors de la réalisation de mesures peut ainsi être facilement expliquée. Cependant, même la décohérence ne résout pas complètement le problème de mesure, car elle ne décrit pas comment un événement spécifique (par exemple la désintégration d'un atome) se produit. A cet effet, des hypothèses supplémentaires telles que B. le postulat d'un effondrement ou les hypothèses de l'interprétation des mondes multiples.

Variantes de l'interprétation de Copenhague

Le terme "Interprétation de Copenhague" a été utilisé pour la première fois en 1955 dans un essai de Werner Heisenberg comme terme pour une interprétation unifiée de la mécanique quantique, [23] bien que Heisenberg n'ait pas formulé de définition précise de cette interprétation ni dans cet article ni dans les publications ultérieures. . [24] Cette absence de source faisant autorité et le fait que les concepts de Heisenberg, Bohr et des autres pères fondateurs de l'interprétation de Copenhague sont incompatibles à certains égards [25] [26] [27] [28] ont conduit au fait qu'aujourd'hui, sous le terme « interprétation de Copenhague », recouvre un large éventail d'interprétations différentes.

Un trait distinctif de l'interprétation de Bohr est son insistance sur le rôle de la physique classique dans la description des phénomènes naturels. En conséquence, pour décrire les résultats d'observation - si peu que le processus étudié puisse avoir à voir avec la mécanique classique - il est nécessaire d'utiliser une terminologie classique. Par exemple, on parle de Compter les taux dans la détection de Particule sur une détecteur. En principe, les appareils de mesure et les résultats de mesure ne peuvent être décrits que dans le langage de la physique classique. Pour une description complète d'un phénomène physique, la description en mécanique quantique des systèmes microscopiques doit donc être complétée par la description des appareils de mesure utilisés. Ici, l'appareil de mesure ne joue pas seulement le rôle passif d'un observateur détaché (voir ci-dessus), mais tout processus de mesure est inévitablement lié à une interaction entre l'objet quantique et l'appareil de mesure selon le postulat quantique [29]. Selon l'appareil de mesure utilisé, le système global (objet quantique + appareil de mesure) a donc différentes complémentaire Propriétés (voir principe de complémentarité). Depuis z. Si, par exemple, la mesure de la position et la mesure de la quantité de mouvement d'une particule nécessitent des appareils de mesure différents, la position et la quantité de mouvement représentent deux phénomènes différents, qui en principe ne peuvent être résumés dans une description uniforme.

Bohr a nié la possibilité d'une interprétation réaliste de la mécanique quantique. Il considérait le principe de complémentarité comme une limite épistémologique fondamentale et rejetait donc les affirmations ontologiques sur le « monde quantique ». [3] Bohr avait aussi une approche purement instrumentale du formalisme de la mécanique quantique.Pour lui, la fonction d'onde n'était rien de plus qu'une aide mathématique pour calculer les valeurs attendues des grandeurs mesurées dans des conditions expérimentales bien définies.

Contrairement à Bohr, Heisenberg représentait une interprétation de la mécanique quantique avec des éléments réalistes et subjectivistes. Selon Heisenberg, la fonction d'onde représente, d'une part, une tendance objective, la soi-disant « Potentia » qu'un certain événement physique se produise. D'autre part, il contient "Des déclarations sur notre connaissance du système, qui doivent bien sûr être subjectives". Le processus de mesure joue ici un rôle décisif : [30]

L'observation elle-même modifie la fonction de probabilité de façon discontinue. Il sélectionne parmi tous les processus possibles celui qui a réellement eu lieu. Puisque notre connaissance du système a changé de façon discontinue par l'observation, sa représentation mathématique a également changé de façon discontinue, et on parle donc de « saut quantique ». [...] Si nous voulons décrire ce qui se passe dans un processus atomique, nous devons supposer que le mot « se passe » ne peut se référer qu'à l'observation, pas à la situation entre deux observations. Il dénote l'acte d'observation physique et non psychologique. John von Neumann ("interprétation orthodoxe")

John von Neumann et P.A.M. Dirac a développé des méthodes mathématiques à ce jour forment le fondement formel de l'interprétation orthodoxe. Les traits caractéristiques de l'interprétation orthodoxe sont l'hypothèse du soi-disant "lien valeur propre-état propre" et le postulat de l'effondrement.

Selon le lien valeur propre-état propre, un observable a une valeur définie (c'est-à-dire, en principe, prévisible) si le système est dans un état propre de l'observable. Si, par contre, le système est dans un état de superposition d'états propres différents, aucune valeur définie ne peut être attribuée à la variable mesurée dans cette interprétation. Dans ce cas, le résultat d'un processus de mesure individuel est aléatoire, l'évolution du système n'est pas déterministe lorsqu'une mesure est effectuée.

En décrivant le processus de mesure, von Neumann, contrairement à Bohr, a supposé qu'en plus du système d'objets, l'appareil de mesure doit également être représenté de manière quantique. Pour éviter le problème de mesure, il a adopté le concept de Heisenberg de « l'effondrement de la fonction d'onde ».

Éditer les interprétations d'ensemble

Selon l'interprétation d'ensemble, l'état de la mécanique quantique décrit un ensemble de systèmes préparés de manière similaire (par exemple l'état d'un seul atome). Cela contredit l'hypothèse de l'interprétation de Copenhague selon laquelle la mécanique quantique est un Achevée Décrit les propriétés des objets microscopiques et, par conséquent, décrit complètement les propriétés d'un système individuel. Les premiers défenseurs de l'interprétation d'ensemble comprenaient A. Einstein et K. R. Popper. [31] Aujourd'hui, le physicien canadien Leslie Ballentine prône notamment cette interprétation. [32] [33]

Jusqu'aux années 1970, la plupart des représentants de l'interprétation d'ensemble supposaient que l'occurrence des probabilités en mécanique quantique était une conséquence de leur incomplétude est que les objets microscopiques ont en réalité des valeurs exactement déterminées ("PIV") [34] pour toutes leurs quantités dynamiques (en particulier : position et quantité de mouvement) et la mécanique quantique n'est tout simplement pas en mesure de décrire complètement ces faits. Ainsi, ces premières interprétations d'ensemble sont étroitement liées aux théories des variables cachées.

En raison de l'inégalité de Bell, la portée des interprétations d'ensemble PIV est sévèrement limitée. L'« interprétation d'ensemble minimale » s'affranchit donc de l'hypothèse de PIV. Il ne fait aucune déclaration sur la détermination des quantités physiques.

Théorie de De Broglie-Bohm modifier

La théorie de De Broglie-Bohm, souvent appelée « mécanique bohème », suppose que les objets quantiques, tels que B. les électrons sont des particules qui se déplacent le long de trajectoires bien définies. La trajectoire d'une telle particule peut être calculée à l'aide d'une équation de mouvement (« équation de guidage »). Une autre formulation (mathématiquement équivalente) de cette théorie introduit ce qu'on appelle un « potentiel quantique », qui est dérivé de la fonction d'onde de Schrödinger et sous l'effet duquel les particules se déplacent.

Selon cette théorie, l'état physique d'une particule n'est pas seulement entièrement défini par la fonction d'onde, mais seulement par la combinaison de la fonction d'onde et de la position de la particule. Étant donné que cette définition va au-delà de la définition d'état de l'interprétation orthodoxe, la position des particules dans la terminologie de la physique quantique est considérée comme un variable cachée indique que la théorie de De Broglie Bohm appartient à la classe des théories des variables cachées.

La dynamique de la théorie de De Broglie-Bohm est déterministe. Si la position de départ d'une particule et la fonction d'onde à un instant t₀ étaient connues, sa position pourrait être calculée ultérieurement. Le caractère indéterministe observé des phénomènes quantiques remonte dans cette théorie à l'impossibilité factuelle de déterminer les valeurs initiales, puisque dans cette interprétation la tentative de déterminer ces valeurs initiales équivaut à une tentative de déterminer la fonction d'onde totale initiale de l'univers . [35]

Une propriété de la théorie de De Broglie-Bohm, dans laquelle elle diffère significativement de la physique classique, est son caractère explicitement non local : dans un système multiparticulaire, chaque changement dans une particule entraîne un changement instantané de la fonction d'onde globale, et ce changement influence directement le potentiel quantique et donc les trajectoires de toutes les particules du système multiparticulaire, quelle que soit la distance entre les particules.

Interprétation de nombreux mondes

L'interprétation des mondes multiples a émergé d'une publication de Hugh Everett de 1957. Dans ce travail, Everett a examiné l'approche selon laquelle l'état physique de l'univers entier avec tous les objets qu'il contient doit être décrit par une seule fonction d'onde universelle, le devrait se développer selon une dynamique donnée par une équation de Schrödinger. [36] Ce travail pose donc la question de savoir dans quelle mesure l'effondrement de la fonction d'onde doit être décrit par les principes de base de la mécanique quantique elle-même.

Alors que, selon l'interprétation de probabilité de Born, la fonction d'onde décrit les probabilités d'occurrence de divers résultats de mesure possibles, dont un seul est réalisé lorsqu'une mesure est effectuée, les auteurs de l'interprétation des mondes multiples ont ensuite développé l'idée que Toutes les personnes des événements physiquement possibles peuvent effectivement être réalisés. Afin de ne pas contredire la réalité, cependant, il est supposé que les « observateurs » ne peuvent pas avoir une vision complète de ces événements parallèles. On suppose également qu'avec une mesure ou, plus généralement, avec chaque interaction physique sur un système quantique superposé, plusieurs « mondes » superposés apparaissent, avec un seul des différents résultats possibles étant réalisé dans chacun de ces mondes.

Les mondes qui diffèrent les uns des autres dans les dimensions macroscopiques se développent presque indépendamment les uns des autres en raison d'effets de décohérence, c'est pourquoi un observateur ne remarque normalement pas l'existence des autres mondes. La seule preuve démontrable de l'existence des autres mondes sont les effets d'interférence, qui peuvent être observés lorsque les mondes ne diffèrent qu'à un niveau microscopique (par exemple dans les trajectoires des photons individuels lors du passage dans un interféromètre).

L'interprétation des mondes multiples est très controversée. Des partisans, comme le physicien D. Deutsch ou le philosophe D. Wallace, soulignent que c'est la seule interprétation réaliste qui résout le problème de la mesure sans modifier le formalisme de la mécanique quantique. En cosmologie quantique également, l'interprétation des mondes multiples a été utilisée comme cadre conceptuel pour décrire le développement de l'univers. [39]

Les critiques l'accusent d'une ontologie extravagante. Jusqu'à présent, il n'y a pas non plus de consensus sur la façon dont différentes probabilités pour les divers événements peuvent être expliquées dans un multivers dans lequel tous les événements physiquement possibles ont réellement lieu. [40]

Interprétation de l'histoire cohérente Modifier

L'interprétation de l'histoire cohérente consiste essentiellement en un ensemble de règles qui définissent comment le développement d'un système physique au fil du temps peut être décrit sous la forme d'« histoires cohérentes ». Une histoire est définie ici (semblable aux images animées d'un film) comme une séquence chronologiquement ordonnée d'événements physiques. Par exemple, dans l'expérience simple illustrée à droite, les deux histoires suivantes peuvent être formulées :

« Au temps t₀, un photon se trouve dans la région A et se déplace vers le séparateur de faisceau. A l'instant t₁, après le passage de la lame séparatrice, deux chemins différents sont possibles pour le photon : Soit il se dirige vers le détecteur D1, soit vers le détecteur D2. "

Les deux histoires (déplacement dans le sens D1 ou dans le sens D2) forment une "famille d'histoires". Les familles d'histoire sont considérées cohérentes si leur probabilité est identique à la somme des probabilités des histoires individuelles de la famille, c'est-à-dire H. si les histoires individuelles n'interfèrent pas. Les familles d'histoires incohérentes ne peuvent pas se voir attribuer une probabilité, elles n'ont pas de signification physique.

Les familles d'historique cohérentes ne sont pas clairement définies par les conditions de cohérence ; au contraire, les règles de cohérence autorisent plusieurs familles d'historiques alternatives et incompatibles. Par exemple, dans l'expérience de séparation de faisceau décrite ci-dessus, le mouvement d'un photon peut alternativement être décrit par trois familles historiques cohérentes qui s'excluent mutuellement, 1.) par la "famille historique des particules" décrite ci-dessus, 2.) par une "famille historique des interférences" ” ou 3.) à travers une histoire familiale avec une superposition macroscopique du système global. [39] L'interprétation ne précise pas laquelle des familles d'histoire alternative est la « correcte ». [41] C'est le problème de la mesure dans la terminologie de l'interprétation cohérente de l'histoire.

L'interprétation de l'histoire cohérente a été affinée à plusieurs reprises depuis son introduction en 1984 par R. Griffiths. A partir de 1988, R. Omnes a élaboré une formulation explicitement logique de la mécanique quantique basée sur des histoires cohérentes. En 1990, M. Gell-Mann et J. Hartle ont intégré la décohérence comme condition des familles d'histoire pratiquement sans interférence dans les conditions de cohérence. [39] Depuis lors, les familles d'histoire cohérentes ont souvent été appelées "histoires décohérentes".

L'avantage de l'interprétation est qu'elle se passe de « bagages » métaphysiques, tels que B. l'hypothèse de l'existence de nombreux mondes non observables, ou l'hypothèse d'un rôle particulier d'observateur, de conscience ou de processus de mesure. Puisqu'il peut être appliqué aux systèmes fermés, il est également utilisé comme cadre conceptuel en cosmologie quantique. [41] [42]

Cependant, l'interprétation cohérente de l'histoire a également des problèmes conceptuels. En particulier, le fait qu'il n'offre pas de solution au problème de mesure est considéré comme un inconvénient de cette interprétation. [41] [43] [44]

Modifier les théories de l'effondrement dynamique

L'idée de base des théories de l'effondrement dynamique est de résoudre le problème de mesure en supposant que l'état des systèmes quantiques s'effondre spontanément dans un état spatialement localisé à des moments aléatoires. [46] [47] Pour décrire les processus d'effondrement, l'équation de Schrödinger est étendue par des termes non linéaires et stochastiques, qui sont choisis de sorte que le taux de localisation soit pratiquement négligeable dans les systèmes microscopiques isolés, mais dominant dans les systèmes macroscopiques. La théorie explique ainsi pourquoi les états de superposition résultant de l'équation de Schrödinger ne se produisent que dans des systèmes microscopiques, alors que les systèmes macroscopiques se trouvent toujours dans un état localisé.

La plus ancienne théorie d'effondrement dynamique pleinement développée est la théorie dite GRW (d'après ses auteurs Ghirardi, Rimini et Weber), dont les principales caractéristiques ont été formulées pour la première fois en 1984. [48] ​​​​La version originale de la théorie GRW avait initialement de sérieux problèmes, entre autres, elle n'était pas applicable aux systèmes de particules identiques, et des difficultés sont apparues lors de la tentative de généralisation relativiste. [49] Cependant, ces difficultés pourraient être résolues au cours de divers développements ultérieurs. Les variantes les plus matures des théories d'effondrement dynamique comprennent aujourd'hui le modèle CSL (abréviation anglaise de "Continuous Spontaneous Localization") [47] [46], ainsi que la théorie rGRWf de R. Tumulka (abréviation de "relativistic GRW theory with flash- Ontology" ). [45]

La théorie GRW a d'abord émergé comme une approche purement phénoménologique pour résoudre le problème de mesure. Un certain nombre de physiciens, dont TP Singh, R. Penrose et L. Diósi, soupçonnent, sur la base de considérations théoriques sur la gravité quantique, que l'effet de l'(auto)gravité dans les systèmes quantiques de masse est associé à des effets non linéaires, qui conduisent à processus d'effondrement dynamique. [50] [51] [52] Dans le cas non relativiste ceci est décrit par l'équation de Schrödinger-Newton.

Étant donné que les équations de base des théories de l'effondrement dynamique diffèrent de l'équation de Schrödinger, ces théories ne sont pas, à proprement parler, des interprétations de la mécanique quantique, mais des théories alternatives, dont les écarts par rapport à la mécanique quantique peuvent, en principe, être vérifiés expérimentalement. Cependant, la détection de ces écarts nécessite la génération contrôlée d'états quantiques macroscopiques d'un ordre de grandeur impossible à atteindre avec les moyens techniques disponibles aujourd'hui. [53]

Approches interprétatives basées sur l'information modifier

Même la plus ancienne interprétation de la mécanique quantique, l'interprétation de Copenhague, contient des éléments subjectivistes dans certaines variantes (voir ci-dessus). W. Heisenberg, W.Pauli, R. Peierls et d'autres ont pris la position que la mécanique quantique ne décrit pas les propriétés des systèmes quantiques, mais plutôt "Notre connaissance de leur comportement". Cependant, les liens possibles entre la connaissance subjective, l'information et la mécanique quantique n'ont pas été systématiquement étudiés en physique ou en informatique avant les années 1980.

Avec l'avènement de l'informatique quantique dans les années 1990, il y avait de plus en plus de preuves que les phénomènes quantiques peuvent être utilisés comme un roman (c'est-à-dire inconnu dans le contexte de l'informatique classique) pour la transmission et le traitement de l'information. Les recherches sur les fondements théoriques des ordinateurs quantiques, la téléportation quantique, la cryptographie quantique et d'autres nouvelles approches en informatique quantique ont montré une série de liens et de dépendances étroits entre les concepts de l'informatique et de la mécanique quantique.

Certains physiciens et philosophes en ont tiré la conclusion qu'une interprétation satisfaisante de la mécanique quantique n'est possible que d'un point de vue théorique de l'information. Aujourd'hui, il existe différentes variantes d'interprétations basées sur l'information, qui diffèrent entre autres dans leur définition du terme « information » : dans certaines variantes d'interprétation, l'information fait référence à l'évaluation (subjective) d'un observateur (voir la section suivante). En revanche, les reconstructions théoriques de l'information de la mécanique quantique décrites ci-dessous sont basées sur la définition technique de l'information comme la quantité dont le contenu informationnel est mesuré par l'entropie de von Neumann.

Reconstructions théoriques de l'information de la mécanique quantique Modifier

Divers philosophes, comme B. J. Bub ou A. Grinbaum, voient une cause pour de nombreux problèmes d'interprétation dans l'utilisation d'une méthodologie inadaptée : [55] [56] La plupart des interprétations supposent le formalisme mathématique et essaient ensuite d'utiliser les termes formels de la théorie, tels que B. l'état de mécanique quantique pour donner un sens sémantique. Cependant, cette méthode n'a pas fait ses preuves. Plutôt, analogue à l'approche d'Einstein pour dériver la théorie de la relativité, une reconstruction de la mécanique quantique est nécessaire, c'est-à-dire H. leur dérivation de principes physiques convenablement choisis. Ce n'est que du point de vue de ces principes qu'une interprétation significative de la mécanique quantique peut être formulée.

Il existe un certain nombre de propositions différentes pour les reconstructions axiomatiques de la mécanique quantique, dont la plupart sont basées sur des principes de la théorie de l'information depuis le début des années 1990. [56] En plus de « l'interprétation relationnelle » de Rovelli [57] et du « Principe de base de la physique quantique » de Zeilinger [58], le théorème CBH est l'une des reconstructions basées sur l'information les plus connues.

Dans les reconstructions théoriques de l'information de la mécanique quantique, l'information a le statut d'une variable physique fondamentale. Dans ces interprétations, les théories quantiques ne sont pas des théories sur les propriétés des objets matériels, mais sur la représentation et la manipulation de l'information. [59] L'idée sous-jacente que la physique peut être retracée à l'information a gagné en importance ces dernières années avec l'avènement de l'informatique quantique. Le représentant et leader d'opinion le plus connu de cette école de pensée, le physicien J. A. Wheeler, a formulé sa thèse « it from bit » en 1990, selon laquelle tous les objets physiques, tels que B. les particules élémentaires, les champs de force, voire l'espace-temps, ont une origine théorique de l'information. [60]

Certains artistes, comme BG Jaeger ou A. Duwell considèrent ce point de vue comme une position extrême intenable : en particulier, l'information ne doit pas être considérée comme une substance physique (c'est-à-dire comme une matière physique), et l'information n'est donc pas appropriée comme terme de base pour décrire le propriétés de la matière. [61] [62] D'autre part, le philosophe C. Timpson doute qu'une position immatérialiste puisse être justifiée avec des interprétations théoriques de l'information : En fin de compte, ces interprétations ont également abouti à une position instrumentaliste ou à des théories de variables cachées. [63]

Interprétations subjectivistes, Bayésianisme quantique Modifier

Avec le bayésianisme quantique, une interprétation constamment subjectiviste de la mécanique quantique a émergé ces dernières années. Les physiciens C. Fuchs, Carlton M. Caves, R. Schack et d'autres ont montré que la mécanique quantique peut être formulée de manière cohérente sur la base du concept de probabilité bayésienne. [61] [64] [65] En conséquence, la fonction d'onde ne se réfère pas à un système quantique, mais elle représente l'évaluation d'un agent rationnel sur le résultat d'une mesure sur un système. L'effondrement de la fonction d'onde lors de l'exécution d'une mesure ne décrit pas un processus physique réel dans le cadre de cette interprétation, mais plutôt la mise à jour de l'évaluation de l'agent du résultat possible d'une mesure supplémentaire sur le système.

Le bayésianisme quantique contient à la fois des éléments réalistes et anti-réalistes : [66] Les objets physiques, tels que B. des électrons, des neutrinos ou des quarks sont supposés exister. Cependant, les systèmes quantiques dans le contexte de cette interprétation n'ont que des propriétés dispositionnelles, i. H. la capacité de provoquer certains événements physiques en cas d'interactions avec d'autres systèmes quantiques. Le cours de ces événements n'est déterminé par aucune loi physique, même la validité des lois stochastiques au niveau microscopique est niée dans cette interprétation. [66]

Comme avantage du bayésianisme quantique, ses partisans citent que bon nombre des paradoxes (apparents) courants de la mécanique quantique, tels que B. le paradoxe de Wigners Freund, peut être évité dans le cadre de cette interprétation, puisque la plupart de ces paradoxes sont basés sur une interprétation objective de l'état de la mécanique quantique. [67] En outre, dans la controverse (indépendante de la théorie quantique existante) sur l'interprétation des probabilités, ils représentent le point de vue de Bayes selon lequel seule une interprétation subjectiviste des probabilités peut être formulée sans incohérences logiques.

D'autres auteurs, comme le physicien G. Jaeger ou le philosophe C. Timpson, critiquent que le bayésianisme quantique présente un déficit de pouvoir explicatif. Le but de la physique est de décrire et d'expliquer les propriétés des systèmes physiques, pas de décrire les évaluations des agents. [68] [69]

Autres interprétations alternatives modifier

En plus des interprétations mentionnées dans les dernières sections, un certain nombre d'autres interprétations avec un niveau de conscience un peu plus faible ont émergé dans la période depuis 1980 environ. Ceux-ci incluent le Interprétation modale [70] que Interprétation relationnelle [71] que Interprétation existentielle [72] que Interprétation transactionnelle [73] [74], ainsi que le Interprétation empiriste [75] (aucune traduction allemande n'a été établie pour les trois dernières interprétations mentionnées).

Comparaison des interprétations modifier

Une comparaison tabulaire des différentes interprétations :

Est plus réel
conicide
possible? Est le
Fonction d'onde
réel? Une
Histoire?

Non
caché
Variables ? Non
effondrement du
Fonction d'onde ? observateur
ne pas
nécessaire?
Pas local ?

  1. Selon Bohr, le concept d'état physique indépendant des conditions de son observation expérimentale n'a pas de sens clairement défini. Selon Heisenberg, la fonction d'onde représente une probabilité, mais pas une réalité objective dans l'espace et le temps.
  2. Selon l'interprétation de Copenhague, la fonction d'onde s'effondre lorsqu'une mesure est effectuée.
  3. Les particules et la fonction d'onde guide sont réelles.
  4. ↑ Historique des particules clair, mais plusieurs historiques d'ondes.
  5. Le type de non-localité requis par la théorie pour violer les inégalités de Bell est plus faible que celui supposé dans EPR. En particulier, ce type de non-localité n'est compatible avec aucun théorème de signalisation et invariance de Lorentz.
  6. ↑ Mais la logique quantique est plus limitée dans son applicabilité que les histoires cohérentes.
  7. ↑ La mécanique quantique est vue comme un moyen de prédire des observations ou une théorie de la mesure.
  8. L'hypothèse de périodicité intrinsèque est un élément de non-localité qui est cohérent avec la relativité, puisque la périodicité varie causalement.
  9. ↑ Dans l'interprétation stochastique, il n'est pas possible de définir des vitesses pour les particules, i. H. les chemins ne sont pas droits. Pour connaître le mouvement des particules à tout moment, il faut savoir quel est le processus de Markov. Cependant, une fois que nous connaissons les conditions initiales exactes et le processus de Markov, la théorie est en fait une interprétation réaliste de la mécanique quantique.
  10. Les observateurs séparent la fonction d'onde universelle en ensembles orthogonaux d'expériences.
  11. L'effondrement du vecteur d'état est interprété comme l'achèvement de la transaction entre l'émetteur et l'absorbeur.
  12. L'interprétation transactionnelle n'est explicitement pas locale.
  13. La comparaison des histoires entre les systèmes dans cette interprétation n'a pas de sens bien défini.
  14. Toute interaction physique est traitée comme un événement d'effondrement par rapport aux systèmes impliqués, et pas seulement aux observateurs macroscopiques ou conscients.
  15. ↑ L'état du système dépend de l'observation, i. H. la condition est spécifique au cadre de référence de l'observateur.
  16. ↑ Une fonction d'onde code simplement les attentes d'un agent pour des expériences futures. Ce n'est pas plus réel qu'une distribution de probabilité ne l'est dans le Bajian (probabilité Bajaan).
  17. ↑ La théorie quantique est un outil que chaque agent peut utiliser pour répondre à ses attentes. Le passé n'entre en jeu que dans la mesure où l'expérience individuelle et le tempérament d'un agent influencent ses priorités.
  18. ↑ Bien que QBism éviterait cette terminologie. Un changement dans la fonction d'onde qu'un agent attribue à un système à la suite d'une expérience représente un changement dans ses croyances sur d'autres expériences qu'ils peuvent avoir.
  19. Les observateurs ou, plus exactement, les participants sont tout aussi importants pour le formalisme que les systèmes avec lesquels ils interagissent.

1927-1950 : Position de monopole de la « Copenhague School »

Après que l'élaboration du formalisme de la mécanique quantique fut en grande partie achevée à la mi-1926, la question d'une interprétation satisfaisante de la mécanique quantique s'intensifia parmi les physiciens quantiques de l'époque. En peu de temps, jusqu'à la fin de 1927, Bohr et Heisenberg ont largement prévalu contre l'opposition d'Einstein et de Schrödinger dans la communauté scientifique. Les questions fondamentales sur la mécanique quantique étaient considérées comme résolues et la plupart des physiciens se sont tournés vers les nombreuses applications de la théorie. Même les critiques plus tardives de l'interprétation de Copenhague, comme B. Landé, Louis Victor de Broglie ou David Bohm ont d'abord préconisé cette interprétation. [76]

1950-1970 : Révision des fondamentaux de la mécanique quantique

Dans les années 1950, l'étude des fondements conceptuels de la mécanique quantique était considérée par la plupart des physiciens comme une activité philosophique plutôt que scientifique. [77] Contre le courant dominant scientifique, les physiciens individuels ont traité de manière critique les principes de l'interprétation de Copenhague. Le physicien D. Bohm a prouvé avec la théorie de De Broglie Bohm que la formulation de théories des variables cachées empiriquement adéquates est possible. En analysant les prémisses de base de ces théories, J. Bell a réalisé une percée scientifique avec la formulation du théorème de Bell, qui a contribué de manière significative au fait que les recherches sur les principes fondamentaux de la physique quantique se sont développées en un domaine de recherche en croissance rapide en physique à partir du début des années 1970. .

1970 à nos jours : essor de la « métaphysique expérimentale »

Les difficultés d'interprétation de la mécanique quantique, telles que Par exemple, le traitement du problème de la mesure dans l'interprétation orthodoxe, qui est souvent considéré comme inadéquat, a été un motif essentiel pour l'élaboration et le développement des interprétations alternatives décrites dans le dernier chapitre. Des progrès sur le plan expérimental, des avancées conceptuelles en théorie, telles que B. l'élaboration du programme de décohérence, ainsi que les nouveaux développements dans le domaine de l'informatique quantique ont contribué à l'intérêt continu de nombreux physiciens et philosophes pour la recherche fondamentale sur la mécanique quantique.

Avancées expérimentales modifier

Des progrès expérimentaux significatifs ont été réalisés dans l'étude expérimentale de divers phénomènes quantiques fondamentaux au cours des dernières décennies. Toutes ces expériences montrent que les principes de la physique classique ne peuvent pas être transférés aux systèmes quantiques, alors qu'à ce jour aucun écart par rapport aux résultats théoriques de la mécanique quantique n'a été démontré. Cependant, les expériences menées jusqu'à présent ne permettent pas de différencier les différentes interprétations de la mécanique quantique, c'est pourquoi le tour d'horizon suivant se limite à une courte liste des expériences clés les plus connues depuis 1970 :

  • Expériences sur le réalisme local ("Bell test experiments") : - Expériences sur l'inégalité de Bell Expérience GHZ Expériences sur l'inégalité de Leggett
  • Expérimentations sur le principe de complémentarité : - Dans quel sens expérimente
  • Expériences sur le processus de mesure : - Expériences à choix retardé Gommes quantiques Effet Zénon quantique
  • Communication quantique, ordinateurs quantiques - Implémentations de téléportation quantique de qubits

Modification du programme de décohérence

En 1970, le physicien de Heidelberg Dieter Zeh a découvert que bon nombre des paradoxes (apparents) de la mécanique quantique, tels que B. le paradoxe de Wigners-Freund et le problème de mesure, sont justifiés, entre autres, par des prémisses incorrectes dans la description de l'appareil de mesure ou de l'observateur. [78] En particulier, il a montré que les systèmes quantiques macroscopiques ne peuvent être considérés comme des systèmes fermés en raison d'interactions inévitables avec l'environnement, et a donc proposé comme solution que l'environnement de l'appareil de mesure (ou de l'observateur) soit pris en compte dans le description mécanique quantique du processus de mesure . Cependant, jusqu'au début des années 1980, les suggestions de Zeh ont été à peine entendues.

1981-1982 l'élaboration des concepts essentiels de la décohérence a été réalisée par Wojciech Zurek. [78] En 1991, il publie un article [72] dans la revue "Physics Today" et fait connaître la décohérence à un plus large public. [78] Dans les années qui suivent, la décohérence fait l'objet de nombreuses investigations expérimentales et théoriques. Ces travaux ont apporté un éclairage nouveau sur le processus de mesure de la mécanique quantique et sur le lien entre la mécanique quantique et la physique classique, ce qui a par la suite conduit à intégrer les concepts de décohérence comme composants centraux dans de nombreuses interprétations de la mécanique quantique. [79]


Table des matières

L'exemple le plus connu en physique est probablement l'approximation de Born-Oppenheimer. Max Born et Robert Oppenheimer ont pu montrer que le mouvement des noyaux atomiques (le changement de H(t)) peut être négligé. En termes simples, les électrons se déplacent si rapidement et le temps dont ils ont besoin pour faire la transition entre deux niveaux d'électrons est si court que le mouvement des noyaux atomiques (lents) ne joue aucun rôle dans un calcul.


Cours de base Physique théorique 5/2

La populaire Cours de base en physique théorique En sept volumes, il couvre tous les domaines pertinents pour la licence, le master ou le diplôme. Chaque volume, bien pensé, transmet les outils théoriques et physiques nécessaires au semestre respectif. De nombreux exercices avec des solutions détaillées servent à approfondir la matière.

La deuxième partie du cinquième volume traite des applications et de l'élargissement des concepts de la mécanique quantique développés dans la première partie.

La présente nouvelle édition contient quelques nouvelles tâches, a été fondamentalement révisée et complétée par quelques chapitres supplémentaires sur la théorie de la diffusion. Grâce à son affichage bicolore, il permet un accès très clair et rapide au sujet traité.

Wolfgang Nolting est un professeur de physique allemand à la retraite à l'Université Humboldt de Berlin. Sa série de manuels Cours de base en physique théorique a entre-temps atteint le rang d'ouvrage de référence dans la formation des physiciens.


De la mécanique quantique à la technologie quantique

« Même si j'ai raison à ce sujet, je ne sais pas si mon approche est vraiment la meilleure et la plus simple. Mais bref, c'est le mien. [. ] Et je ne pouvais pas trouver un chemin meilleur ou plus sûr vers notre destination que mon propre chemin en zigzag. "
Erwin Schrödinger

En 1926, Erwin Schrödinger a trouvé une formule de base pour la mécanique quantique, la soi-disant « équation de Schrödinger ». Pour cela, il a reçu le prix Nobel de physique en 1933. D'innombrables applications techniques reposent sur la mécanique quantique : le laser, le microscope électronique, la technologie des semi-conducteurs et les procédés de cryptage quantique.

Erwin Schrödinger, physicien

Schrödinger (1887-1961) a étudié à Vienne et y est revenu après la Seconde Guerre mondiale en tant que lauréat du prix Nobel et professeur.

Schrödinger est né à Vienne et a étudié la physique et les mathématiques à l'Université de Vienne entre 1906 et 1910, où il a également terminé son habilitation. Après la Première Guerre mondiale, il a été nommé en Allemagne en 1920, mais a ensuite pris une chaire de physique à l'Université de Zurich en 1922, qu'Albert Einstein avait déjà occupée. Schrödinger a développé ses recherches révolutionnaires sur la mécanique des vagues à Zurich, qu'il a publiées en 1926. L'article, qui contenait l'équation dite de Schrödinger, a reçu le prix Nobel de physique en 1933.

En 1927, Schrödinger succède à Max Planck à l'Université de Berlin. Opposant au national-socialisme, il quitte Berlin en 1933 et se rend en Angleterre. En 1936, il retourne en Autriche pour prendre une chaire de physique à l'Université de Graz. Après l'« Anschluss », il tente d'abord de se réconcilier avec les nationaux-socialistes, mais est licencié à l'été 1938 pour « manque de fiabilité politique ». Il est allé en Irlande et n'est revenu en Autriche qu'en 1956 à l'Institut de physique théorique de l'Université de Vienne. La même année, il a également été le premier récipiendaire du prix Erwin Schrödinger de l'Académie autrichienne des sciences.

Dans un article en plusieurs parties dans les Annalen der Physik, Schrödinger a publié une équation pour la mécanique ondulatoire qui est devenue la base de la mécanique quantique. Il est parti de la théorie des ondes de matière de Louis de Broglie et de la théorie de Jakobi-Hamilton de la mécanique classique. L'équation différentielle de Schrödinger décrit la dynamique temporelle de l'état mécanique quantique d'un système. Selon l'équation, le changement d'état dans le temps est déterminé par son énergie. Dans l'équation, l'énergie apparaît comme un opérateur de Hamilton appliqué à l'état. Pour l'article de 1926, Schrödinger a reçu le prix Nobel de physique.

L'équation de Schrödinger forme la base de presque toutes les applications pratiques de la mécanique quantique. De nombreuses propriétés des atomes et des molécules sont expliquées par l'équation de la mécanique quantique de Schrödinger.

La valeur et l'impact de sa formule

La mécanique quantique et l'équation de Schrödinger sont à la base d'une multitude d'applications techniques, des microscopes électroniques aux micropuces. Même avant la Seconde Guerre mondiale, le physicien allemand Ernst Ruska a développé un microscope électronique sur la base de la mécanique quantique, qui a permis une résolution jusqu'alors jamais atteinte. Ce microscope est aujourd'hui utilisé dans de nombreuses recherches physiques et biologiques. Ruska a reçu le prix Nobel pour cela en 1986. Aujourd'hui, les microscopes électroniques et à tunnel à balayage peuvent cartographier la structure de la matière jusqu'au dernier atome et, ce faisant, tirer parti de la nature ondulatoire de la matière en mécanique quantique. Les tomographes à spin nucléaire et à émission de positons n'ont pu trouver leur chemin en médecine que parce que les phénomènes physiques quantiques à l'origine du spin et de l'antimatière ont été découverts et compris.

Une autre réalisation technique basée sur la mécanique quantique est le laser, qui a été développé en 1960 par le physicien américain Theodore Maiman. Le laser a des applications allant de la lithographie à la médecine, ainsi que dans les scanners de caisse, les jouets et la communication mondiale basée sur la fibre optique sur Internet. Les micropuces semi-conductrices des ordinateurs reposent également sur les connaissances de la mécanique quantique. De nouveaux capteurs quantiques pour les forces d'inertie (gravitation, rotation), les champs externes ou les propriétés des nanoparticules ainsi que de nombreuses nouvelles idées pour le traitement de l'information particulièrement sécurisé ou hautement parallélisé utilisant le cryptage quantique sont d'une grande importance pour les dernières technologies informatiques.

En 2001, un article paru dans le magazine Scientific American qui revenait sur un siècle de mécanique quantique dans les termes suivants :
"Aujourd'hui, environ 30% du produit national américain est basé sur des inventions rendues possibles par la mécanique quantique, des semi-conducteurs dans les puces informatiques aux lasers dans les lecteurs de CD et aux tomographes à résonance magnétique dans les hôpitaux et bien plus encore."

« Les principes fondamentaux de la physique quantique de Schrödinger façonnent notre science aujourd'hui : la physique, la chimie, la nanotechnologie et certaines parties de la biologie ne sont plus concevables sans eux. La performance économique des nations modernes repose essentiellement sur une technologie dont la base ne peut être correctement décrite qu'à l'aide de la physique quantique. »
Markus Arndt, professeur de nanophysique quantique à l'Université de Vienne


Interprétations de la mécanique quantique

Interprétations de la mécanique quantique décrire la signification physique et métaphysique des postulats et des termes à partir desquels la mécanique quantique est construite. L'interprétation de ces concepts, tels que B. le dualisme onde-particule, qui non seulement signifie une rupture avec les idées établies de la physique classique, mais semble aussi souvent aller à contre-courant.

En plus de l'interprétation de Copenhague, un grand nombre d'interprétations alternatives ont été développées depuis le développement de la mécanique quantique dans les années 1920. Ces interprétations diffèrent dans leurs déclarations sur le déterminisme, la causalité, la question de l'exhaustivité de la théorie, le rôle des observateurs et un certain nombre d'autres aspects métaphysiques.


Équations électrodynamiques de base

Avis des lecteurs

Si vous avez des commentaires sur le contenu de cet article, vous pouvez en informer la rédaction par e-mail. Nous avons lu votre lettre, mais nous vous demandons de comprendre que nous ne pouvons pas répondre à tout le monde.

Personnel Volume I et II

Silvia Barnert
Dr. Matthias Delbrück
Dr. Glace Reinald
Nathalie Fischer
Walter Greulich (éditeur)
Carsten Heinisch
Sonja Nagel
Dr. Gunnar Radons
MS (optique) Lynn Schilling-Benz
Dr. Joachim Schüller

Christine Weber
Ulrich Kilian

L'abréviation de l'auteur est entre crochets, le nombre entre parenthèses est le numéro du domaine, une liste des domaines se trouve dans l'avant-propos.

Katja Bammel, Berlin [KB2] (A) (13)
Prof. Dr. W. Bauhofer, Hambourg (B) (20, 22)
Sabine Baumann, Heidelberg [SB] (A) (26)
Dr. Günther Beikert, Viernheim [GB1] (A) (04, 10, 25)
Prof. Dr. Hans Berckhemer, Francfort [HB1] (A, B) (29)
Prof. Dr. Klaus Bethge, Francfort (B) (18)
Prof. Tamás S. Biró, Budapest [TB2] (A) (15)
Dr. Thomas Bührke, Leimen [TB] (A) (32)
Angela Burchard, Genève [AB] (A) (20, 22)
Dr. Matthias Delbrück, Dossenheim [MD] (A) (12, 24, 29)
Dr. Wolfgang Eisenberg, Leipzig [WE] (A) (15)
Dr. Frank Eisenhaber, Heidelberg [FE] (A) (27 Essai Biophysique)
Dr. Roger Erb, Cassel [RE1] (A) (33)
Dr. Angelika Fallert-Müller, Groß-Zimmer [AFM] (A) (16, 26)
Dr. Andreas Faulstich, Oberkochen [AF4] (A) (Essai sur l'optique adaptative)
Prof. Dr. Rudolf Feile, Darmstadt (B) (20, 22)
Stephan Fichtner, Dossenheim [SF] (A) (31)
Dr. Thomas Filk, Fribourg [TF3] (A) (10, 15)
Natalie Fischer, Dossenheim [NF] (A) (32)
Prof. Dr. Klaus Fredenhagen, Hambourg [KF2] (A) (Essai Algebraic Quantum Field Theory)
Thomas Fuhrmann, Heidelberg [TF1] (A) (14)
Christian Fulda, Heidelberg [CF] (A) (07)
Frank Gabler, Francfort [FG1] (A) (22 essais sur les systèmes de traitement de données pour les futures expériences sur les hautes énergies et les ions lourds)
Dr. Harald Genz, Darmstadt [HG1] (A) (18)
Michael Gerding, Kühlungsborn [MG2] (A) (13)
Andrea Greiner, Heidelberg [AG1] (A) (06)
Uwe Grigoleit, Göttingen [UG] (A) (13)
Prof. Dr. Michael Grodzicki, Salzbourg [MG1] (A, B) (01, 16 essai théorie fonctionnelle de la densité)
Prof. Dr. Hellmut Haberland, Fribourg [HH4] (A) (Essay Cluster Physics)
Dr. Andreas Heilmann, Chemnitz [AH1] (A) (20, 21)
Carsten Heinisch, Kaiserslautern [CH] (A) (03)
Dr. Hermann Hinsch, Heidelberg [HH2] (A) (22)
Jens Hoerner, Hanovre [JH] (A) (20)
Dr. Dieter Hoffmann, Berlin [DH2] (A, B) (02)
Renate Jerecic, Heidelberg [RJ] (A) (28)
Dr. Ulrich Kilian, Hambourg [Royaume-Uni] (A) (19)
Thomas Kluge, Mayence [TK] (A) (20)
Achim Knoll, Strasbourg [AK1] (A) (20)
Andreas Kohlmann, Heidelberg [AK2] (A) (29)
Dr. Barbara Kopff, Heidelberg [BK2] (A) (26)
Dr. Bernd Krause, Karlsruhe [BK1] (A) (19)
Ralph Kühnle, Heidelberg [RK1] (A) (05)
Dr. Andreas Markwitz, Dresde [AM1] (A) (21)
Holger Mathiszik, Bensheim [HM3] (A) (29)
Mathias Mertens, Mayence [MM1] (A) (15)
Dr. Dirk Metzger, Mannheim [DM] (A) (07)
Dr. Rudi Michalak, Warwick, Royaume-Uni [RM1] (A) (23)
Helmut Milde, Dresde [HM1] (A) (09 Essai Acoustique)
Guenter Milde, Dresde [GM1] (A) (12)
Maritha Milde, Dresde [MM2] (A) (12)
Dr. Christopher Monroe, Boulder, USA [CM] (A) (Essai Atom and Ion Traps)
Dr. Andreas Müller, Kiel [AM2] (A) (33 essai de physique au quotidien)
Dr. Nikolaus Nestlé, Ratisbonne [NN] (A) (05)
Dr. Thomas Otto, Genève [TO] (A) (06 Essai Mécanique analytique)
Prof. Dr. Harry Paul, Berlin [HP] (A) (13)
Cand. Phys. Christof Pflumm, Karlsruhe [CP] (A) (06, 08)
Prof. Dr. Ulrich Platt, Heidelberg [UP] (A) (Essai Atmosphère)
Dr. Oliver Probst, Monterrey, Mexique [OP] (A) (30)
Dr. Roland Andreas Puntigam, Munich [RAP] (A) (14 Essai Théorie Générale de la Relativité)
Dr. Gunnar Radons, Mannheim [GR1] (A) (01, 02, 32)
Prof. Dr. Günter Radons, Stuttgart [GR2] (A) (11)
Oliver Rattunde, Fribourg [OR2] (A) (16 essais sur la physique des clusters)
Dr. Karl-Henning Rehren, Göttingen [KHR] (A) (Essai Algebraic Quantum Field Theory)
Ingrid Reiser, Manhattan, États-Unis [IR] (A) (16)
Dr. Uwe Renner, Leipzig [UR] (A) (10)
Dr. Ursula Resch-Esser, Berlin [URE] (A) (21)
Prof. Dr. Hermann Rietschel, Karlsruhe [HR1] (A, B) (23)
Dr. Peter Oliver Roll, Mayence [OR1] (A, B) (04, 15 distributions d'essais)
Hans-Jörg Rutsch, Heidelberg [HJR] (A) (29)
Dr. Margit Sarstedt, Newcastle upon Tyne, Royaume-Uni [MS2] (A) (25)
Rolf Sauermost, Waldkirch [RS1] (A) (02)
Prof. Dr. Arthur Scharmann, Giessen (B) (06, 20)
Dr. Arne Schirrmacher, Munich [AS5] (A) (02)
Christina Schmitt, Fribourg [CS] (A) (16)
Cand. Phys. Jörg Schuler, Karlsruhe [JS1] (A) (06, 08)
Dr. Joachim Schüller, Mayence [JS2] (A) (10 dissertation mécanique analytique)
Prof. Dr. Heinz-Georg Schuster, Kiel [HGS] (A, B) (11 essai Chaos)
Richard Schwalbach, Mayence [RS2] (A) (17)
Prof. Dr. Klaus Stierstadt, Munich [KS] (A, B) (07, 20)
Cornelius Suchy, Bruxelles [CS2] (A) (20)
William J. Thompson, Chapel Hill, États-Unis [JMJ] (A) (Essay Computers in Physics)
Dr. Thomas Volkmann, Cologne [TV] (A) (20)
Dipl.-Géophys. Rolf vom Stein, Cologne [RVS] (A) (29)
Patrick Voss-de Haan, Mayence [PVDH] (A) (17)
Thomas Wagner, Heidelberg [TW2] (A) (29 essai atmosphère)
Manfred Weber, Francfort [MW1] (A) (28)
Markus Wenke, Heidelberg [MW3] (A) (15)
Prof. Dr. David Wineland, Boulder, USA [DW] (A) (Essai Atom and Ion Traps)
Dr. Harald Wirth, Saint Genis-Pouilly, F [HW1] (A) (20) Steffen Wolf, Fribourg [SW] (A) (16)
Dr. Michael Zillgitt, Francfort [MZ] (A) (02)
Prof. Dr. Helmut Zimmermann, Iéna [HZ] (A) (32)
Dr. Kai Zuber, Dortmund [KZ] (A) (19)

Dr. Ulrich Kilian (responsable)
Christine Weber

Priv.-Doz. Dr. Dieter Hoffmann, Berlin

L'abréviation de l'auteur est entre crochets, le nombre entre parenthèses est le numéro du domaine, une liste des domaines se trouve dans l'avant-propos.

Markus Aspelmeyer, Munich [MA1] (A) (20)
Dr. Katja Bammel, Cagliari, I [KB2] (A) (13)
Doz. Hans-Georg Bartel, Berlin [HGB] (A) (02)
Steffen Bauer, Karlsruhe [SB2] (A) (20, 22)
Dr. Günther Beikert, Viernheim [GB1] (A) (04, 10, 25)
Prof. Dr. Hans Berckhemer, Francfort [HB1] (A, B) (29)
Dr. Werner Biberacher, Garching [WB] (B) (20)
Prof. Tamás S. Biró, Budapest [TB2] (A) (15)
Prof. Dr. Helmut Bokemeyer, Darmstadt [HB2] (A, B) (18)
Dr. Ulf Borgeest, Hambourg [UB2] (A) (Essay Quasars)
Dr. Thomas Bührke, Leimen [TB] (A) (32)
Jochen Büttner, Berlin [JB] (A) (02)
Dr. Matthias Delbrück, Dossenheim [MD] (A) (12, 24, 29)
Karl Eberl, Stuttgart [KE] (A) (Essai sur l'épitaxie par faisceau moléculaire)
Dr. Dietrich Einzel, Garching [DE] (A) (20)
Dr. Wolfgang Eisenberg, Leipzig [WE] (A) (15)
Dr. Frank Eisenhaber, Vienne [FE] (A) (27)
Dr. Roger Erb, Kassel [RE1] (A) (33 essai Phénomènes optiques dans l'atmosphère)
Dr. Christian Eurich, Brême [CE] (A) (Réseaux de neurones d'essai)
Dr. Angelika Fallert-Müller, Groß-Zimmer [AFM] (A) (16, 26)
Stephan Fichtner, Heidelberg [SF] (A) (31)
Dr. Thomas Filk, Fribourg [TF3] (A) (10, 15 essai théorie de la percolation)
Natalie Fischer, Walldorf [NF] (A) (32)
Dr. Harald Fuchs, Münster [HF] (A) (Essay Scanning Probe Microscopy)
Dr. Thomas Fuhrmann, Mannheim [TF1] (A) (14)
Christian Fulda, Hanovre [CF] (A) (07)
Dr. Harald Genz, Darmstadt [HG1] (A) (18)
Michael Gerding, Kühlungsborn [MG2] (A) (13)
Prof. Dr. Gerd Graßhoff, Berne [GG] (A) (02)
Andrea Greiner, Heidelberg [AG1] (A) (06)
Uwe Grigoleit, Weinheim [UG] (A) (13)
Prof. Dr. Michael Grodzicki, Salzbourg [MG1] (B) (01, 16)
Gunther Hadwich, Munich [GH] (A) (20)
Dr. Andreas Heilmann, Halle [AH1] (A) (20, 21)
Carsten Heinisch, Kaiserslautern [CH] (A) (03)
Dr. Christoph Heinze, Hambourg [CH3] (A) (29)
Dr. Marc Hemberger, Heidelberg [MH2] (A) (19)
Florian Herold, Munich [FH] (A) (20)
Dr. Hermann Hinsch, Heidelberg [HH2] (A) (22)
Priv.-Doz. Dr. Dieter Hoffmann, Berlin [DH2] (A, B) (02)
Dr. Georg Hoffmann, Gif-sur-Yvette, FR [GH1] (A) (29)
Dr. Gert Jacobi, Hambourg [GJ] (B) (09)
Renate Jerecic, Heidelberg [RJ] (A) (28)
Dr. Catherine Journet, Stuttgart [CJ] (A) (Essai nanotubes)
Prof. Dr. Josef Kallrath, Ludwigshafen, [JK] (A) (04 Essai Méthodes numériques en physique)
Priv.-Doz. Dr. Claus Kiefer, Fribourg [CK] (A) (14, 15 Essai Quantum Gravity)
Richard Kilian, Wiesbaden [RK3] (22)
Dr. Ulrich Kilian, Heidelberg [Royaume-Uni] (A) (19)
Dr. Uwe Klemradt, Munich [UK1] (A) (20, essai sur les transitions de phase et les phénomènes critiques)
Dr. Achim Knoll, Karlsruhe [AK1] (A) (20)
Dr. Alexei Kojevnikov, College Park, États-Unis [AK3] (A) (02)
Dr. Berndt Koslowski, Ulm [BK] (A) (Essai de physique des surfaces et des interfaces)
Dr. Bernd Krause, Munich [BK1] (A) (19)
Dr. Jens Kreisel, Grenoble [JK2] (A) (20)
Dr. Gero Kube, Mayence [GK] (A) (18)
Ralph Kühnle, Heidelberg [RK1] (A) (05)
Volker Lauff, Magdebourg [VL] (A) (04)
Priv.-Doz. Dr. Axel Lorke, Munich [AL] (A) (20)
Dr. Andreas Markwitz, Lower Hutt, Nouvelle-Zélande [AM1] (A) (21)
Holger Mathiszik, Celle [HM3] (A) (29)
Dr. Dirk Metzger, Mannheim [DM] (A) (07)
Prof. Dr. Karl von Meyenn, Munich [KVM] (A) (02)
Dr. Rudi Michalak, Augsbourg [RM1] (A) (23)
Helmut Milde, Dresde [HM1] (A) (09)
Günter Milde, Dresde [GM1] (A) (12)
Marita Milde, Dresde [MM2] (A) (12)
Dr. Andreas Müller, Kiel [AM2] (A) (33)
Dr. Nikolaus Nestle, Leipzig [NN] (A, B) (05, 20 essais sur l'épitaxie par faisceaux moléculaires, la physique des surfaces et des interfaces et la microscopie à sonde à balayage)
Dr. Thomas Otto, Genève [À] (A) (06)
Dr. Ulrich Parlitz, Göttingen [UP1] (A) (11)
Christof Pflumm, Karlsruhe [CP] (A) (06, 08)
Dr. Oliver Probst, Monterrey, Mexique [OP] (A) (30)
Dr. Roland Andreas Puntigam, Munich [RAP] (A) (14)
Dr. Andrea Quintel, Stuttgart [AQ] (A) (Essai sur les nanotubes)
Dr. Gunnar Radons, Mannheim [GR1] (A) (01, 02, 32)
Dr. Max Rauner, Weinheim [MR3] (A) (15 Essais Informatique Quantique)
Robert Raussendorf, Munich [RR1] (A) (19)
Ingrid Reiser, Manhattan, États-Unis [IR] (A) (16)
Dr. Uwe Renner, Leipzig [UR] (A) (10)
Dr. Ursula Resch-Esser, Berlin [URE] (A) (21)
Dr. Peter Oliver Roll, Ingelheim [OR1] (A, B) (15 essais sur la mécanique quantique et ses interprétations)
Prof. Dr. Siegmar Roth, Stuttgart [SR] (A) (Essai sur les nanotubes)
Hans-Jörg Rutsch, Walldorf [HJR] (A) (29)
Dr. Margit Sarstedt, Louvain, B [MS2] (A) (25)
Rolf Sauermost, Waldkirch [RS1] (A) (02)
Matthias Schemmel, Berlin [MS4] (A) (02)
Michael Schmid, Stuttgart [MS5] (A) (Essai sur les nanotubes)
Dr. Martin Schön, Constance [MS] (A) (14)
Jörg Schuler, Taunusstein [JS1] (A) (06, 08)
Dr. Joachim Schüller, Dossenheim [JS2] (A) (10)
Richard Schwalbach, Mayence [RS2] (A) (17)
Prof. Dr. Paul Steinhardt, Princeton, USA [PS] (A) (Essay quasi-cristaux et quasi-cellules unitaires)
Prof. Dr. Klaus Stierstadt, Munich [KS] (B)
Dr.Siegmund Stintzing, Munich [ES1] (A) (22)
Cornelius Suchy, Bruxelles [CS2] (A) (20)
Dr. Volker Theileis, Munich [VT] (A) (20)
Prof. Dr. Gerald 't Hooft, Utrecht, NL [GT2] (A) (essai renormalisation)
Dr. Annette Vogt, Berlin [AV] (A) (02)
Dr. Thomas Volkmann, Cologne [TV] (A) (20)
Rolf vom Stein, Cologne [RVS] (A) (29)
Patrick Voss-de Haan, Mayence [PVDH] (A) (17)
Dr. Thomas Wagner, Heidelberg [TW2] (A) (29)
Dr. Hildegard Wasmuth-Fries, Ludwigshafen [HWF] (A) (26)
Manfred Weber, Francfort [MW1] (A) (28)
Priv.-Doz. Dr. Burghard Weiss, Lübeck [BW2] (A) (02)
Prof. Dr. Klaus Winter, Berlin [KW] (A) (essai sur la physique des neutrinos)
Dr. Achim Wixforth, Munich [AW1] (A) (20)
Dr. Steffen Wolf, Berkeley, États-Unis [SO] (A) (16)
Priv.-Doz. Dr. Jochen Wosnitza, Karlsruhe [JW] (A) (23 essai supraconducteurs organiques)
Priv.-Doz. Dr. Jörg Zegenhagen, Stuttgart [JZ3] (A) (21 essais de reconstitutions de surfaces)
Dr. Kai Zuber, Dortmund [KZ] (A) (19)
Dr. Werner Zwerger, Munich [WZ] (A) (20)

Dr. Ulrich Kilian (responsable)
Christine Weber

Priv.-Doz. Dr. Dieter Hoffmann, Berlin

L'abréviation de l'auteur est entre crochets, le nombre entre parenthèses est le numéro du domaine, une liste des domaines se trouve dans l'avant-propos.

Prof. Dr. Klaus Andres, Garching [KA] (A) (10)
Markus Aspelmeyer, Munich [MA1] (A) (20)
Dr. Katja Bammel, Cagliari, I [KB2] (A) (13)
Doz. Hans-Georg Bartel, Berlin [HGB] (A) (02)
Steffen Bauer, Karlsruhe [SB2] (A) (20, 22)
Dr. Günther Beikert, Viernheim [GB1] (A) (04, 10, 25)
Prof. Dr. Hans Berckhemer, Francfort [HB1] (A, B) (29 Essai Sismologie)
Dr. Werner Biberacher, Garching [WB] (B) (20)
Prof. Tamás S. Biró, Budapest [TB2] (A) (15)
Prof. Dr. Helmut Bokemeyer, Darmstadt [HB2] (A, B) (18)
Dr. Thomas Bührke, Leimen [TB] (A) (32)
Jochen Büttner, Berlin [JB] (A) (02)
Dr. Matthias Delbrück, Dossenheim [MD] (A) (12, 24, 29)
Prof. Dr. Martin Dressel, Stuttgart (A) (essai sur les ondes de densité de spin)
Dr. Michael Eckert, Munich [ME] (A) (02)
Dr. Dietrich Einzel, Garching (A) (essai supraconductivité et superfluidité)
Dr. Wolfgang Eisenberg, Leipzig [WE] (A) (15)
Dr. Frank Eisenhaber, Vienne [FE] (A) (27)
Dr. Roger Erb, Cassel [RE1] (A) (33)
Dr. Angelika Fallert-Müller, Groß-Zimmer [AFM] (A) (16, 26)
Stephan Fichtner, Heidelberg [SF] (A) (31)
Dr. Thomas Filk, Fribourg [TF3] (A) (10, 15)
Natalie Fischer, Walldorf [NF] (A) (32)
Dr. Thomas Fuhrmann, Mannheim [TF1] (A) (14)
Christian Fulda, Hanovre [CF] (A) (07)
Frank Gabler, Francfort [FG1] (A) (22)
Dr. Harald Genz, Darmstadt [HG1] (A) (18)
Prof. Dr. Henning Genz, Karlsruhe [HG2] (A) (Essais Symétrie et Vide)
Dr. Michael Gerding, Potsdam [MG2] (A) (13)
Andrea Greiner, Heidelberg [AG1] (A) (06)
Uwe Grigoleit, Weinheim [UG] (A) (13)
Gunther Hadwich, Munich [GH] (A) (20)
Dr. Andreas Heilmann, Halle [AH1] (A) (20, 21)
Carsten Heinisch, Kaiserslautern [CH] (A) (03)
Dr. Marc Hemberger, Heidelberg [MH2] (A) (19)
Dr. Sascha Hilgenfeldt, Cambridge, États-Unis (A) (essai sonoluminescence)
Dr. Hermann Hinsch, Heidelberg [HH2] (A) (22)
Priv.-Doz. Dr. Dieter Hoffmann, Berlin [DH2] (A, B) (02)
Dr. Gert Jacobi, Hambourg [GJ] (B) (09)
Renate Jerecic, Heidelberg [RJ] (A) (28)
Prof. Dr. Josef Kallrath, Ludwigshafen [JK] (A) (04)
Priv.-Doz. Dr. Claus Kiefer, Fribourg [CK] (A) (14, 15)
Richard Kilian, Wiesbaden [RK3] (22)
Dr. Ulrich Kilian, Heidelberg [Royaume-Uni] (A) (19)
Thomas Kluge, Juliers [TK] (A) (20)
Dr. Achim Knoll, Karlsruhe [AK1] (A) (20)
Dr. Alexei Kojevnikov, College Park, États-Unis [AK3] (A) (02)
Dr. Bernd Krause, Munich [BK1] (A) (19)
Dr. Gero Kube, Mayence [GK] (A) (18)
Ralph Kühnle, Heidelberg [RK1] (A) (05)
Volker Lauff, Magdebourg [VL] (A) (04)
Dr. Anton Lerf, Garching [AL1] (A) (23)
Dr. Detlef Lohse, Twente, NL (A) (essai sonoluminescence)
Priv.-Doz. Dr. Axel Lorke, Munich [AL] (A) (20)
Prof. Dr. Jan Louis, Halle (A) (essai théorie des cordes)
Dr. Andreas Markwitz, Lower Hutt, Nouvelle-Zélande [AM1] (A) (21)
Holger Mathiszik, Celle [HM3] (A) (29)
Dr. Dirk Metzger, Mannheim [DM] (A) (07)
Dr. Rudi Michalak, Dresde [RM1] (A) (23 essai de physique des basses températures)
Günter Milde, Dresde [GM1] (A) (12)
Helmut Milde, Dresde [HM1] (A) (09)
Marita Milde, Dresde [MM2] (A) (12)
Prof. Dr. Andreas Müller, Trèves [AM2] (A) (33)
Prof. Dr. Karl Otto Münnich, Heidelberg (A) (Essai de physique de l'environnement)
Dr. Nikolaus Nestlé, Leipzig [NN] (A, B) (05, 20)
Dr. Thomas Otto, Genève [À] (A) (06)
Priv.-Doz. Dr. Ulrich Parlitz, Göttingen [UP1] (A) (11)
Christof Pflumm, Karlsruhe [CP] (A) (06, 08)
Dr. Oliver Probst, Monterrey, Mexique [OP] (A) (30)
Dr. Roland Andreas Puntigam, Munich [RAP] (A) (14)
Dr. Gunnar Radons, Mannheim [GR1] (A) (01, 02, 32)
Dr. Max Rauner, Weinheim [MR3] (A) (15)
Robert Raussendorf, Munich [RR1] (A) (19)
Ingrid Reiser, Manhattan, États-Unis [IR] (A) (16)
Dr. Uwe Renner, Leipzig [UR] (A) (10)
Dr. Ursula Resch-Esser, Berlin [URE] (A) (21)
Dr. Peter Oliver Roll, Ingelheim [OR1] (A, B) (15)
Hans-Jörg Rutsch, Walldorf [HJR] (A) (29)
Rolf Sauermost, Waldkirch [RS1] (A) (02)
Matthias Schemmel, Berlin [MS4] (A) (02)
Prof. Dr. Erhard Scholz, Wuppertal [ES] (A) (02)
Dr. Martin Schön, Konstanz [MS] (A) (14 essai théorie de la relativité restreinte)
Dr. Erwin Schuberth, Garching [ES4] (A) (23)
Jörg Schuler, Taunusstein [JS1] (A) (06, 08)
Dr. Joachim Schüller, Dossenheim [JS2] (A) (10)
Richard Schwalbach, Mayence [RS2] (A) (17)
Prof. Dr. Klaus Stierstadt, Munich [KS] (B)
Dr. Siegmund Stintzing, Munich [ES1] (A) (22)
Dr. Berthold Suchan, Giessen [BS] (A) (Dissertation sur la philosophie des sciences)
Cornelius Suchy, Bruxelles [CS2] (A) (20)
Dr. Volker Theileis, Munich [VT] (A) (20)
Prof. Dr. Stefan Theisen, Munich (A) (essai théorie des cordes)
Dr. Annette Vogt, Berlin [AV] (A) (02)
Dr. Thomas Volkmann, Cologne [TV] (A) (20)
Rolf vom Stein, Cologne [RVS] (A) (29)
Dr. Patrick Voss-de Haan, Mayence [PVDH] (A) (17)
Dr. Thomas Wagner, Heidelberg [TW2] (A) (29)
Manfred Weber, Francfort [MW1] (A) (28)
Dr. Martin Werner, Hambourg [MW] (A) (29)
Dr. Achim Wixforth, Munich [AW1] (A) (20)
Dr. Steffen Wolf, Berkeley, États-Unis [SO] (A) (16)
Dr. Stefan L. Wolff, Munich [SW1] (A) (02)
Priv.-Doz. Dr. Jochen Wosnitza, Karlsruhe [JW] (A) (23)
Dr. Kai Zuber, Dortmund [KZ] (A) (19)
Dr. Werner Zwerger, Munich [WZ] (A) (20)

Articles sur le sujet

Charge.

Cours de base Physique théorique 5/2

La populaire Cours de base en physique théorique En sept volumes, il couvre tous les domaines pertinents pour la licence, le master ou le diplôme. Chaque volume, bien pensé, transmet les outils théoriques et physiques nécessaires au semestre respectif. De nombreux exercices avec des solutions détaillées servent à approfondir la matière.

La deuxième partie du cinquième volume traite des applications et de l'élargissement des concepts de la mécanique quantique développés dans la première partie.

La présente nouvelle édition contient quelques nouvelles tâches, a été fondamentalement révisée et complétée par quelques chapitres supplémentaires sur la théorie de la diffusion. Grâce à son affichage bicolore, il permet un accès très clair et rapide au sujet traité.

Wolfgang Nolting est un professeur de physique allemand à la retraite à l'Université Humboldt de Berlin. Sa série de manuels Cours de base en physique théorique a entre-temps atteint le rang d'ouvrage de référence dans la formation des physiciens.


Informatique quantique : histoire et contexte

Diverses nouvelles technologies informatiques ont été développées ces dernières années. L'informatique quantique est sans doute la technologie pour laquelle le plus grand changement de paradigme est requis des développeurs. Les ordinateurs quantiques ont été proposés pour la première fois par Richard Feynman et Yuri Manin dans les années 1980. L'idée de l'informatique quantique est basée sur ce qui est souvent cité comme l'un des plus grands problèmes de la physique : des progrès scientifiques remarquables combinés à une incapacité à modéliser même les systèmes les plus simples. La mécanique quantique a été développée entre 1900 et 1925 et est toujours la pierre angulaire sur laquelle reposent en fin de compte la chimie, la physique de la matière condensée et les technologies allant des puces informatiques à l'éclairage LED. Mais malgré tous les succès, il était vrai que même les systèmes humains les plus simples ne pouvaient apparemment pas être modélisés à l'aide de la mécanique quantique. En effet, même la simulation de systèmes avec seulement quelques dizaines de particules en interaction nécessite plus de puissance de calcul que n'importe quel ordinateur conventionnel disponible depuis des milliers d'années.

Il existe de nombreuses façons d'illustrer pourquoi la simulation de la mécanique quantique est si difficile. L'explication la plus simple est peut-être la suivante : la théorie quantique peut être interprétée de telle manière que la matière au niveau quantique a de nombreuses configurations possibles différentes (comme conditions désigné). Contrairement à la théorie des probabilités classique, ces nombreuses configurations de l'état quantique qui peuvent potentiellement être observées peuvent se chevaucher - comme des vagues dans un bassin de marée. Cette dégradation empêche l'utilisation d'un échantillonnage statistique pour obtenir les configurations d'états quantiques. Au lieu de cela, nous devons tout Suivre la configuration qu'un système quantique peut avoir si nous voulons comprendre l'évolution quantique.

Imaginez un système d'électrons où les électrons peuvent être dans n'importe quelle position de 40 $. Les électrons peuvent avoir l'une des configurations $ 2 ^ <40> $ (puisque chaque position a un électron ou pas d'électron). Pour stocker l'état quantique des électrons en mémoire sur un ordinateur classique, il faudrait plus de 130 $ de Go ! C'est un nombre très élevé, mais c'est tout à fait possible pour certains ordinateurs. Si on admet une des 41$$ positions possibles pour les particules, il y a deux fois plus de configurations (2$ ^ <41> $). Cela nécessiterait plus de 260 $ de Go de RAM pour stocker l'état quantique. Cette augmentation du nombre de positions ne peut se poursuivre indéfiniment si l'on veut mémoriser l'état de manière conventionnelle. On en arrive très vite au point où les capacités de stockage des ordinateurs les plus puissants du monde sont dépassées. Avec un nombre de quelques centaines d'électrons, la quantité de mémoire nécessaire pour stocker le système dépasse le nombre de particules dans l'univers. Il n'y a donc aucun espoir de pouvoir un jour simuler la dynamique quantique correspondante avec nos ordinateurs conventionnels. Dans la nature, cependant, l'évolution de tels systèmes se déroule dans le temps sur la base des lois de la mécanique quantique - indépendamment du fait que cette évolution ne peut pas être techniquement produite et simulée avec une puissance de calcul conventionnelle.

Ce constat a conduit les premiers visionnaires du domaine de l'informatique quantique à se poser une question à la fois simple et sérieuse : peut-on transformer ce problème en opportunité ? Plus précisément, si simuler la dynamique quantique est si difficile, que se passerait-il si nous construisions du matériel ayant des effets quantiques sous la forme d'opérations de base ? Peut-on simuler des systèmes avec des particules en interaction avec un système qui utilise exactement les mêmes lois que dans la nature ? Pouvons-nous étudier des tâches qui n'ont rien à voir avec la nature mais qui sont basées sur les lois de la mécanique quantique ou en tirer profit ? Ces questions ont donné naissance à l'informatique quantique.

L'essence de l'informatique quantique est le stockage d'informations dans des états quantiques de la matière et l'utilisation de portes quantiques pour effectuer des calculs sur ces informations en utilisant une superposition quantique et en apprenant à les « programmer ». Un premier exemple de superposition de programmation pour résoudre un problème que les ordinateurs traditionnels sont très difficiles à résoudre a été développé par Peter Shor en 1994 pour un problème appelé « Factoring ». L'affacturage peut être utilisé pour déchiffrer bon nombre de nos systèmes de chiffrement à clé publique sur lesquels notre sécurité de commerce électronique est basée aujourd'hui (par exemple, RSA et cryptographie à courbe elliptique). Depuis lors, des algorithmes informatiques quantiques rapides et efficaces ont été développés pour des tâches classiques difficiles : simulation de systèmes physiques en chimie, physique et science des matériaux, recherche dans une base de données non triée, résolution de systèmes avec des équations linéaires et apprentissage automatique.

Concevoir un programme quantique pour exploiter les interférences peut sembler un défi de taille, et c'est le cas. Pourtant, de nombreuses techniques et outils, y compris le kit de développement quantique (QDK), ont été introduits pour rendre la programmation quantique et le développement d'algorithmes plus accessibles. Certaines stratégies de base peuvent être utilisées pour manipuler les superpositions quantiques afin qu'elles soient utiles pour le calcul, tout en garantissant que la solution ne se perde pas dans les nombreuses possibilités différentes du domaine quantique. La programmation quantique diffère considérablement de la programmation classique et nécessite des outils complètement différents pour comprendre et exprimer l'état d'esprit derrière les algorithmes quantiques. Sans les outils généraux pour aider un concepteur quantique dans la programmation quantique, le développement d'algorithmes quantiques n'est pas si simple.

Le kit de développement quantique fournit à une communauté grandissante des outils avec lesquels ils peuvent utiliser la révolution quantique pour leurs tâches, problèmes et solutions. Notre langage de programmation général, Q #, a été conçu pour relever les défis associés au traitement de l'information quantique. Il est intégré dans une pile logicielle qui permet de compiler un algorithme quantique jusqu'aux opérations primitives d'un ordinateur quantique. Avant de s'aventurer dans le langage de programmation, il est bon de se familiariser avec les principes de base sur lesquels repose l'informatique quantique. Nous traitons les règles de base de l'informatique quantique comme des axiomes au lieu de détailler leurs principes fondamentaux en mécanique quantique. De plus, nous supposons que vous avez une compréhension de base de l'algèbre linéaire (vecteurs, matrices, etc.). Si vous souhaitez étudier plus en détail l'histoire et les principes de l'informatique quantique, les informations de la section de référence vous aideront.


Vidéo: #1#cour mécanique quantique très facile SMC S4 (Janvier 2022).