La physique quantique racontée aux enfants

Scientifique et magique, la physique quantique s’enseigne aussi grâce aux contes de fées, ou en visitant Alice au pays des merveilles. 

La théorie quantique s’occupe de ce qui existe de plus petit dans l’univers, et pourtant ses conséquences pour nous sont énormes : sans elle, pas de télévision, ni de radio, encore moins d’ordinateur ou de four à micro-ondes. 
 Son influence dans notre vie quotidienne est telle que le mot quantique fait déjà partie de l’imaginaire collectif.
 Quels sont ses concepts basiques, et comment les comprendre lorsque l’on n’est pas familier avec les équations scientifiques ?

 Le professeur-chercheur mexicain Francisco Javier Gonzalez Guerrero a développé l’art, depuis 25 ans de carrière, de transmettre les formules les plus compliquées comme si elles étaient magiques.  Grâce à lui, la physique quantique devient aussi captivante qu’un conte pour enfants.

Qui peut contrôler la fée clochette ?

Dans la vie quotidienne, si nous connaissons  la masse et la taille d’un ballon, et la trajectoire précise de son mouvement,  nous pouvons prévoir où il va arriver, sans quoi  il serait impossible de marquer un but au football, pour donner une image connue par les petits dès la cour de récréation.

  Le principe d’incertitude d’Heisenberg consiste à attraper la fée clochette, si nous la comparons à un électron : si nous l’arrêtons au vol, nous pouvons la voir, mais nous ignorons où elle allait. Si nous la laissons libre, elle nous échappe, et nous ne pouvons plus la localiser. De la même façon, en physique quantique, il est possible de  déterminer soit la vitesse, soit la position d’un électron, jamais les deux en même temps. Peter Pan le savait-il ? Demandons à nos petits, ils connaissent peut-être la réponse.

Au pays d’Alice

Dans la physique classique, on travaille sur la base de données précises et on obtient des résultats exacts parce que le monde se comporte selon des lois invariables, du moins le croit-on. Alice au pays des merveilles voyage dans un univers dont les tendances et les probabilités ne laissent pas de surprendre, ses aventures s’enchaînent selon une logique qui échappe à l’entendement. Tout dépend du comportement des personnages, qui changent à chaque instant, comme  dans la dimension du quantum, où tout arrive en fonction du mouvement des atomes. Ceux-ci  déterminent le grand, le petit et le moyen de façon illusoire, puisqu’ils se donnent à connaître comme matière, alors que leur essence n’est qu’énergie. Quels farceurs !

Chez les lilliputiens

Dans le monde que nous connaissons, on observe, on pèse, on mesure, jusqu’à la distance d’une étoile, espère-t-on. Dans le monde de l’infiniment petit, pour percevoir des atomes et la course de leurs électrons, on utilise des appareils dotés de rayons X, la lumière des microscopes traditionnels ne va pas au-delà de la taille des cellules, composées par des milliers d’éléments qui nous échappent. Or les rayons X sont si puissants qu’ils bougent les électrons, altèrent leur vitesse et modifient leurs comportements. Comme des enfants qui jouent dans leur monde, plus nous tentons de les contrôler, mieux ils nous échappent. Ils appartiennent sûrement à une autre dimension.

Le Quantum

Pour la science traditionnelle, la lumière du soleil se meut selon une ligne droite d’énergie ininterrompue depuis son émission hors de son astre jusqu’à son contact avec notre planète. En physique quantique, ses rayons ondulent, comme des mélusines dans l’eau, et marquent des interruptions régulières, toujours de même quantité et de même distance, clignotant en guirlandes de Noël magnifiquement orchestrées.

 Chacune de ces unités ou petit paquet d’énergie s’appelle quanto:  aussi loin que l’on puisse réduire  la lumière d’une étoile, il y a une limite au-delà de laquelle elle ne diminue plus, sans pour autant cesser d’exister. Si nous la voyons, nous y croyons. Lorsqu’elle disparaît, c’est qu’un corps l’a absorbée, mais aussi faible que soit sa fréquence, elle est toujours là. 

La loi de la conservation

 Pour la physique classique, comme pour la quantique,  la lumière est énergie : elle ne se crée pas ni ne se détruit, elle se transforme, se matérialise, change d’onde ou de fréquence. C’est la loi de la conservation. L’être humain n’a jamais « produit » d’énergie: il a appris à en utiliser des sources préexistantes, mais elle a toujours été là, même avant la guerre du feu, aussi sûrement que dans nos cœurs d’enfants, l’univers gardera, en

Professeur Francisco Javier Gonzalez Guerrero,  interview inédite  pour Notre Revue parle de Vous,

«Racontez-nous la physique quantique comme si nous avions 5 ans».

(Traduction et rédaction finale de Catherine T., pour notre version française).

L’enseignant chercheur Francisco Javier Gonzalez Guerrero, inventeur du prototype didactique « le gâteau aux électrons », ou comment mettre la table périodique des éléments chimiques, leur configuration électronique et leurs numéros quantiques en un seul jouet éducatif en carton et en 3 dimensions, qui permet aux élèves d’apprendre huit fonctions différentes de physique-chimie en se divertissant, se prépare pour présenter une fois de plus sa création, qui a déjà remporté plusieurs premiers prix nationaux  au Mexique. Il signe dans le même mouvement, avec la patente et la publication de son invention,  son engagement comme rédacteur-adjoint  de Notre revue parle de Vous, chargé de ses rubriques scientifiques et du contrôle de qualité de notre version panaméricaine. Comme tout savant qui se respecte, notre illustre professeur va  parler ici de la passion qui a bouleversé sa vie de façon décisive : le football.

«Comme beaucoup d’adolescents, j’ai souffert de complexes très handicapants que j’ai pu dépasser grâce à la pratique du foot. J’ai trouvé dans ce sport tout un système de valeurs, dont j’ai tiré l’enseignement que la vie est un jeu qui vaut le coup, tant qu’on y participe honorablement, sans tricher, pour s’améliorer soi-même en se mesurant aux autres avec éthique».

 De là l’idée d’enseigner la physique-chimie en jouant ? « Je nourris avec ferveur l’espoir que ce prototype permette aux jeunes d’aimer la science, avec le même enthousiasme que j’éprouve pour elle depuis 25 ans de carrière. Ce qui me fascine le plus en chimie, c’est la révélation de l’ordre implicite de la création, qui se manifeste dans le chaos de ses différents éléments.»

Merci de cliquer sur le "+1" de Google ci-dessous si cet article vous a plu et/ou vous a semblé utile, et de le partager sur Facebook et Twitter selon vos possibilités. Plus nous sommes populaires dans les moteurs de recherche, mieux nous vous promouvons comme invités d'honneur.