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Pendant deux mille ans d’histoire de la pensée scientifique, l’expérience quotidienne et l’intuition ont constitué le fondement de l’explication théorique. Les progrès de la technique aidant, nous avons pu étendre le champ des phénomènes observés. Nous avons alors progressivement découvert que la nature, à l’instar des fullerènes, ne se
comporte pas comme notre expérience quotidienne ou notre bon sens nous le soufflent. L’expérience sur les fullerènes est typique de ces phénomènes qui échappent à la science classique et ne peuvent s’expliquer que dans le cadre de la physique dite quantique. Mieux encore, si l’on en croit Richard Feynman, l’expérience de la double fente telle que nous venons de la décrire « renferme en elle tout le mystère de la mécanique quantique ».
Les principes de la physique quantique ont été développés durant les premières décennies du XXe siècle, alors que la théorie newtonienne se révélait incapable de décrire la nature à l’échelle atomique ou subatomique. Les théories fondamentales de la physique décrivent les forces de la nature et leur action sur les objets. Les théories classiques comme celle de Newton sont fondées sur l’expérience quotidienne dans laquelle les objets matériels ont une existence propre, sont localisables avec précision, suivent des trajectoires bien définies, etc. La physique quantique permet quant à elle de comprendre com ment fonctionne la nature aux échelles atomique et subatomique
mais, comme nous le verrons plus loin, elle s’appuie sur un cadre conceptuel totalement différent dans lequel la position, la trajectoire et même le passé et l’avenir d’un objet ne sont pas précisément déterminés. Et c’est dans ce cadre également que sont formulées les théories quantiques des interactions comme la gravitation ou l’interaction
électromagnétique.
Des théories qui reposent sur des cadres conceptuels aussi éloignés de notre ressenti quotidien peuvent-elles également expliquer les événements de la vie ordinaire comme le faisait si bien la physique classique ? La réponse est positive, car notre environnement et nous sommes des structures composites constituées d’un nombre inimaginable d’atomes qui dépasse le nombre d’étoiles dans l’Univers observable. Bien que ces atomes élémentaires obéissent aux principes de la physique quantique, on peut montrer que les grands assemblages que sont les ballons de football, les navets et les avions de ligne – ainsi que nous par la même occasion – s’arrangent pour ne pas diffracter à travers des fentes. En conséquence, même si les constituants des objets de la vie courante sont quantiques, les lois de Newton forment une théorie effective qui décrit avec une grande précision les structures complexes qui forment notre environnement quotidien.
Aussi étrange que cela puisse paraître, il arrive très souvent en science qu’un assemblage important se comporte très différemment de ses composants individuels. Ainsi, les réponses d’un neurone unique ne ressemblent en rien à celles du cerveau humain ; de même, connaître le comportement d’une molécule d’eau ne vous dira pas
grand-chose sur celui d’un lac entier. Et si les physiciens s’évertuent encore à comprendre comment les lois de Newton peuvent émerger du monde quantique, nous savons en revanche que les constituants élémentaires obéissent aux lois de la physique quantique tandis que la physique newtonienne est une très bonne approximation du com portement des objets macroscopiques.
