Comment un type a-t-il pu avoir autant raison
tout en étant persuadé qu'il avait totalement tort ?
Ça m'échappe, mais... Totalement, cette histoire...
Max Karl Ernst Ludwig Planck
est né en 1858 en Allemagne.
- L'actuelle Allemagne. - Hein ?
- Je précise parce que sinon je sais
que je vais avoir les historiens sur la gueule,
qui vont me dire que Kiel, à l'époque,
faisait partie du duché de Schleswig
alors qu'en vrai, on s'en tape, mais totalement, quoi.
- Vraiment, oui.
- Après avoir pas mal hésité dans sa jeunesse
entre suivre une voie musicale ou une voie scientifique,
il va finalement, après son bac,
entrer à l'Université pour suivre
des cours de mathématiques et de physique.
Et il va clôturer son cursus à 19 ans.
Parmi ses professeurs de l'époque, on trouve notamment Von Helmholtz
ainsi que Kirchhoff.
Kirchhoff, qui, avec Bunsen, est un
des pères fondateurs de la spectroscopie.
Vous vous rappelez, on en a déjà parlé dans l'épisode sur Mendeleïev.
Et en l'occurrence, la spectroscopie, c'est important,
puisqu'il s'agit de déterminer la nature de la matière
en étudiant la lumière qu'elle émet.
Bref, Max Planck passe ensuite son doctorat en produisant une thèse
sur la seconde loi de la thermodynamique et la notion d'entropie,
- ce en quoi ses profs ne croient pas trop,
parce que c'est une notion qui est tout de même assez récente,
et donc ils ne savent pas trop quoi en penser.
Toutefois, elle produira des résultats qui, par ailleurs,
ont été trouvés de la même manière par un américain,
qui, de son côté n'avait pas publié ses travaux,
donc... enfin tout ça pour dire que ses résultats étaient corrects.
- Ah, c'est sûr, il était au "max", Planck ! ^^
[...]
- Ah, j'ai oublié de dire au fait, Max Planck est un non-atomiste !
- C'est très important.
- Et il est persuadé que la matière est continue, point.
- Cela dit, Planck, c'est quand même un gars sérieux,
et quand il y aura les premières mises en évidence
de l'existence des atomes,
il se ralliera aux atomistes, le mec n'est pas borné.
Mais à ce stade de l'histoire,
il est persuadé que la matière est continue.
Pour reprendre l'exemple formulé par Démocrite il y a 2500 ans,
il pense qu'on peut couper indéfiniment une pomme,
pour peu qu'on a un couteau suffisamment fin,
y'a pas un moment à partir duquel,
genre, les morceaux seront trop petits
que ce sera, voilà, une brique élémentaire. Non.
On pourra toujours couper en deux.
Ce qui, finalement, est une approche
très mathématique de la chose,
ce qui n'est pas étonnant, vu le cursus de la personne.
Lord Kelvin, on l'a vu dans le dernière épisode,
- ah mais paye ta transition... -
Lord Kelvin identifie le rayonnement des corps noirs
comme étant un problème majeur à résoudre.
- Et en effet, c'en est un.
- Alors qu'est-ce que de quoi s'agit-il donc ?
Bah un corps noir c'est un objet purement théorique,
qu'on peut approcher expérimentalement
mais qui a une particularité,
qui est qu'il absorbe absolument
tous les rayonnements électromagnétiques.
Si vous voulez, en quelque sorte, c'est l'inverse d'un miroir.
Et du fait qu'il ne reflète aucune lumière,
il apparaît comme étant parfaitement noir.
D'où son nom.
Il a quand même une autre particularité qui est que,
quand on le chauffe suffisamment,
il se met à émettre du rayonnement.
Et donc, en fait, il n'émet de rayonnement
qu'en fonction de sa température.
Et voilà, c'est tout.
Du coup, un corps noir n'est pas tout le temps noir.
Et une bonne approximation d'un corps noir, c'est un four !
Et d'ailleurs, les premières expériences
qui sont faites sur les corps noirs
notamment, celles de Wilhelm Wien,
sont faites avec un four.
- Jusque-là on est d'accord, y'a rien de bien compliqué, ok ?
- Alors quel est le problème de ce machin ?
- Ben le problème de ce machin, vous allez voir, il est énorme !
[...]
Oui !
- Et si la théorie derrière tout ça est quand même assez complexe,
je vous assure qu'il y a pas besoin d'avoir
une thèse de physique pour comprendre que les gars, là,
sur leur théorie, ils se sont mais méchamment viandés.
[chuchoté] Mais méchamment... Vous allez voir...
Mettons que vous avez un corps noir et que vous le chauffez.
Vous avez un thermomètre pour pouvoir
mesurer la température de ce corps noir
et par ailleurs vous avez un capteur capable de capter
la longueur d'onde du rayonnement émis.
Vous êtes donc tout à fait paré pour mesurer la longueur d'onde
du rayonnement émis par le corps noir en fonction de sa température.
Eh ben faire cette expérience, ça s'appelle
faire l'analyse spectrale du corps noir.
Alors bien sûr, les scientifiques s'appuient aussi
sur ce qu'ils savent de l'électromagnétisme
et sur ce qu'ils savent de la thermodynamique
pour modéliser ce corps noir
et être capable d'anticiper, d'une certaine manière,
de quelle façon le rayonnement doit être émis.
Et par ailleurs, ensuite, ils confrontent ça avec
la réalité des observations,
de l'expérience de la... réalité véritable.
Ben, c'est ce que fait Wilhelm Wien.
Et il va se rendre compte qu'il a des résultats expérimentaux
qui sont tout à fait conformes à ce qu'il attendait,
pour ce qui concerne les hautes fréquences
- c'est-à-dire les longueurs d'onde faibles -
mais plus on va baisser en fréquence
- donc plus les longueurs d'onde vont être grandes -
plus on va s'éloigner du résultat attendu.
La loi de Wien, qui a été publiée en 1896, décrit ces résultats.
Donc voilà, ça marche bien,
pour les hautes fréquences.
Voilà.
En 1900, John Rayleigh, dont on a déjà parlé auparavant,
- c'est un spécialiste de la lumière, c'est lui
qui a mis au point la loi de diffusion de Rayleigh,
celle par qui le ciel est bleu, et les yeux bleus sont bleus,
on en a aussi déjà parlé dans l'épisode
sur l'expérience inaboutie de Benjamin Franklin -
John Rayleigh, donc, en tant que spécialiste de lumière,
va s'associer avec James Jeans
- James...
Jeans ! -
Jeans, qui est un mathématicien, un astronome,
mais qui est spécialisé vraiment dans la mécanique statistique
- c'est une des branches de la physique à laquelle
est accrochée la thermodynamique, justement.
La thermodynamique est basée, beaucoup,
sur une approche statistique... de la physique -
Bref, ils vont étudier ensemble
ce problème du rayonnement des corps noirs.
Et ils vont aboutir ensemble, en se basant sur la thermodynamique
et sur l'électromagnétisme,
à une loi qui permet de décrire, justement,
la longueur d'onde émise par un corps noir en fonction de sa température.
C'est la loi de Rayleigh-Jeans.
D'ailleurs cette loi décrit très très bien
le lien entre température et longueur d'onde,
pour les grandes longueurs d'onde, donc pour les faibles fréquences.
- Alors l'infrarouge, le rouge, etc. jusqu'au vert, à peu près -
Mais dès qu'on dépasse certaines fréquences,
les bleus, les violets, les ultraviolets...
Là, ça part en sucette, mais GRAVE !
C'est-à-dire que si on se représente sur un graphe
l'équation de Rayleigh-Jeans,
en fait, au-delà de ces fréquences, le graphe s'énerve méchamment
jusqu'à atteindre des niveaux d'énergie
de rayonnement qui sont...
infinis.
Et alors, autant pour un mathématicien,
parler d'infini, ça lui en touche une sans faire bouger l'autre,
autant pour un physicien, ça le fait vite saigner du nez.
Vous vous rappelez quand je disais
qu'il y avait pas besoin d'une thèse de physique
pour comprendre quel était le problème, en fait,
ce que raconte la théorie de Rayleigh-Jean,
c'est que si vous vous mettez devant un feu de cheminée...
[chuchoté] un petit feu de cheminée...
il y aura tellement d'émission de rayons gamma
que vous allez au choix être vaporisé
sur place immédiatement ou transformé en Hulk.
[...]
Donc oui, il y a une couille dans le potage, clairement.
- Mais par contre, pour les grandes longueurs d'onde,
ça marche plutôt bien...
Oui.
- Et c'est justement cet écart délirant
entre théorie et réalité qui vaudra son nom à ce problème.
Nom qui lui a été donné par un physicien autrichien
qui s'appelle Paul Ehrenfest :
"La CATASTROPHE...
ultraviolette".
[♫ Musique révélation ♫]
La catastrophe ultraviolette,
et oui, en effet, c'est une catastrophe
- et c'est justement un des deux fameux nuages gris
qui assombrissaient...
le ciel de la science, dont parlait Lord Kelvin en 1900,
cf l'épisode précédent
[...]
[chuchoté] voilààà... -
Et c'est sur ces entrefaits qu'on retrouve notre bon vieux Max Planck
- qui jusque-là s'était Planck-é ^^ -
- Ta gueule.
[♫ Musique triste ♫]
Planck, ainsi que quelques autres, par ailleurs,
- Stefan, Boltzmann, Wien, Lummer, Pringsheim,
Rubens, Kurlbaum, Paschen, Rayleigh -
- et donc Planck, s'attaquent à ce problème.
Alors, il va évidemment s'appuyer sur ses connaissances
en thermodynamique et en électromagnétisme
mais il va également s'appuyer
sur ses connaissances mathématiques.
Il va aborder le problème de façon mathématique
pour essayer de comprendre...
quelle loi...
peut décrire justement ce graphe,
qu'on peut faire expérimentalement en mesurant...
ben... telle température et rayonnement d'un corps noir.
Et notamment, la loi de Rayleigh-Jeans part du postulat
que le spectre d'émission du rayonnement du corps noir
est tout à fait continu,
et c'est pour cette raison d'ailleurs que,
l'énergie totale est infinie.
Planck va casser cette continuité,
pour avoir quelque chose qui n'est PAS infini.
Il va alors obtenir des résultats qui sont
très proches et très conformes à la réalité,
mais qui posent problème...
[...]
surtout à lui.
L'équation à laquelle il aboutit l'oblige
à introduire une nouvelle constante,
la constante de Planck
- qui est aujourd'hui une des 10 constantes
les plus connues au monde -
constante qui peut s'exprimer de façon relativement simple :
[...]
Si, c'est relativement simple, hein.
Parce que l'équation du rayonnement d'un corps noir,
l'équation est un peu plus complexe :
Et elle fait intervenir, donc, cette constante.
Pourquoi est-ce que ces résultats posent problème ?
C'est parce que ce que cette équation raconte, c'est que
le rayonnement émis par un corps noir ne peut pas prendre
n'importe quelle fréquence possible.
Non.
L'échange d'énergie qui se fait entre
la matière qui constitue le corps noir
et le rayonnement qui est émis
ne peut se faire que par petits paquets...
[...]
et pas de façon continue.
Et ça, ça va à l'encontre même de la théorie que Max Planck défend
selon laquelle la matière est continue.
Lui ne peut pas accepter la réalité de cette chose-là.
Mais les résultats sont là !
Du coup quand il va publier ses résultats en 1900,
là, en gros, il va dire :
"Voilà. C'est un outil mathématique qui marche bien...
[...]
mais qui n'a pas de réalité physique à proprement parler...
Voilà.
C'est juste... Mouais, ça marche... voilà.
Mais ne vous posez pas trop la question de savoir ce que ça signifie,
ça signifie rien.
C'est un outil mathématique.
C'est tout.
S'il vous plaît.
Aujourd'hui, on sait que le Soleil, comme la plupart des étoiles moyennes,
se comporte comme un corps noir.
Il émet un spectre qui correspond à un rayonnement de corps noir.
Le fond diffus cosmologique, dont on a également
déjà parlé dans l'épisode sur l'univers,
ce fond diffus cosmologique
a un rayonnement, également de corps noir,
à environ 3 kelvins.
Et donc on aboutit rapidement à la conclusion
que l'échange d'énergie ne peut se faire que
comme multiples entiers d'un paquet
irréductible d'énergie qui s'échange.
Donc voilà, ça c'est la plus petite forme d'énergie qui s'échange,
il peut s'en échanger 1 paquet, 2 paquets, 10 paquets,
il ne peut pas s'en échanger un demi-paquet ou...
3,4 paquets.
Non.
Ce paquet qui s'échange peut s'exprimer
de la façon suivante : dE = nhv
"dE" c'est donc l'échange d'énergie qui se fait,
"n", c'est un nombre entier : 0, 1, 2, etc.
"v" [nu], c'est la fréquence du rayonnement émis,
et "h", c'est la constante de Planck,
également le quantum d'action
- le FAMEUX quantum d'action -
Et même si Planck n'aime pas tellement son idée à la base,
il aura quand même le Prix Nobel en 1918
pour justement sa "découverte" des quanta d'énergie,
parce qu'entre-temps, il y aura eu
un autre petit physicien
- un jeune mec qui bosse à l'office des brevets de Berne -
qui, en 1905, saura utiliser les travaux de Planck
pour expliquer l'effet photoélectrique,
poser les bases de la théorie quantique
- prendre un Nobel au passage en 1921 pour ces travaux-là -
et enfin mettre en évidence le photon,
afin de pouvoir démontrer une bonne fois pour toutes
que la lumière est composé de corpuscules.
Oui !
Ce qui est tout à fait cocasse 
quand on sait que Maxwell, par ailleurs,
a déjà démontré que la lumière était composée d'ondes !
- Merde !
- Et du coup : la lumière, les photons,
et tant qu'on y est, je veux dire, les électrons, les protons, tout ça...
[...]
Ondes...
ou corpuscules ?
Merci à toutes et à tous d'être
de plus en plus nombreux à vouloir e-penser !
On la fait très très courte :
si vous avez aimé cet épisode, vous faites comme ça,
si vous n'avez pas aimé cet épisode, vous faites comme ça,
- 'fin, vous cliquez sur l'icône comme ça ou comme ça,
c'est pas la peine de faire comme ça devant votre écran...
ça sert à rien.
L'essentiel étant bien sûr que
si vous avez aimé cet épisode, s'il vous plaît,
partagez-le, y'a que comme ça que
l'on fait du bouche à oreille avec du monde,
et puis en plus partager le premier épisode,
le premier vrai épisode sur la mécanique quantique,
je pense que voilà, c'est...
Vous allez prendre du "level" vis-à-vis de vos potes,
[NDT : "niveau"]
moi, je vous le dis... Ouais, c'est clair...
- Arrête...
Vous pouvez bien sûr suivre l'actualité de la chaîne
sur Facebook, sur Twitter, sur Google +,
puisque Google a annoncé que finalement,
ils ne fermaient pas Google +, que ça continuait et tout...
Ils y croient encore, c'est beau, moi, j'aime !
J'aime cet esprit, vraiment, de rester,
genre *argh*, comme ça,
je pense que s'il y avait un adjectif qui les caractérise vraiment,
ce serait - le plancton.
Merci aux tipeurs de continuer de Tipeeer,
je vous dis à très bientôt pour un nouvel épisode,
et d'ici là, bien sûr, restez curieux
- ne cédez pas à la peur -
[...]
et prenez le temps d'e-penser.
#Sous-titres : El Micà
