Univers. Quantum, quanta, quantique, la découverte de l’invisible, une révolution

Parler de quantique, c’est parler de quantum, au pluriel quanta, soit la plus petite mesure indivisible de l’énergie, du mouvement et de la masse. Cette étude s’appelle la physique quantique. Elle a permis de développer une quantité de nouvelles technologies. Néanmoins, certaines réactions de l’infiniment petit ne correspondent pas aux lois que notre science a établies. Difficile à comprendre, les lois de l’infiniment petit laissent la porte ouverte à de nouvelles hypothèses, parfois controversées.

Comment s’est développée la physique quantique

Jusqu’au début du XXe siècle, les scientifiques ont développé des lois qui expliquent les phénomènes naturels de l’univers, c’est la physique. Les lois de Newton et de Maxwell décrivent le mouvement des planètes, des objets, de la lumière, etc. C’est une physique dite déterministe qui prédit le futur si on connaît l’état initial d’un système. Selon la physique classique, un objet chaud devrait émettre une énergie infinie à haute fréquence, ce qui ne se produit pas. 

Ce phénomène est appelé corps noir. La physique quantique est née pour expliquer des phénomènes incompréhensibles par la physique classique. Elle a bouleversé notre vision du monde, car, à l’échelle microscopique, les objets n'ont plus des positions et des vitesses bien définies, mais sont décrits par des probabilités. Ces découvertes sont le fruit des recherches de plusieurs chercheurs. C'est une période de découverte durant laquelle les idées divergent. 

C'est ainsi qu'en 1900, Max Planck (1858-1947), l'un des fondateurs de la physique quantique, découvre que le rayonnement du corps noir n’est pas transmis de manière continue, mais par petits paquets appelés quanta, c’est le début de la physique quantique.

De son côté, Albert Einstein (1879-1955) explique cela en 1905, disant que la lumière est composée de particules, les photons. Il introduit ainsi une idée quantique de la lumière. Ce qui explique l’effet photoélectrique.

En 1923, le physicien danois Niels Bohr (1885-1962) propose que les électrons ne peuvent avoir que certaines orbites autorisées. 

C'est en 1924 que le mathématicien et physicien français Louis de Broglie ( 1892-1987) suggère que toute particule a un comportement ondulatoire.

Le physicien, philosophe et théoricien scientifique autrichien Erwin Schrödinger (1887-1961) présente une équation d’onde qui décrit l’évolution des particules comme des ondes de probabilité, en 1926.

En 1927, Werner Heisenberg (1901 -1976), le physicien allemand fondateur de la mécanique quantique, formule le principe d’incertitude. C'est-à-dire que l'on ne peut pas connaître précisément à la fois la position et la vitesse d'une particule.

La physique devient alors probabiliste, et non plus déterministe. Une particule peut être dans plusieurs états à la fois (superposition), ou liée à une autre à distance (intrication).

Le CERN est au cœur de la physique quantique

Le CERN (Organisation européenne pour la recherche nucléaire), situé à la frontière franco-suisse près de Genève, a été fondé en 1954. C’est l’un des plus grands laboratoires scientifiques du monde. Sa mission est de percer les secrets de l’Univers en explorant l’infiniment petit.

Les physiciens du CERN cherchent à comprendre les lois qui gouvernent les quanta. Comment elles influencent l’évolution du cosmos. Pour cela, ils utilisent des accélérateurs de particules géants qui font entrer en collision des faisceaux de particules à des énergies extrêmement élevées. Ils pensent reproduire les conditions qui régnaient juste après le Big Bang. Ce travail d’observation est essentiel pour tester les prédictions de la physique quantique, de la dualité onde-particule et de l’intrication quantique.

Le développement technologique grâce à la physique quantique

La recherche fondamentale menée au CERN a des retombées concrètes dans de nombreux domaines. Elle a permis d’inventer, en 1989, le World Wide Web, en abrégé www, pour permettre aux scientifiques de partager leurs données rapidement.

En technologie médicale, les innovations en détection de particules ont permis le développement d’outils comme les scanners à positrons (TEP) ou les techniques d’IRM.

En matériaux, la gestion d’aimants supraconducteurs ou de cryogénie extrême bénéficie à d’autres secteurs industriels de pointe.

Aujourd’hui, ses principes sont mobilisés dans des technologies de pointe, au cœur d’une nouvelle révolution scientifique et industrielle. C’est ce que l’on appelle parfois la « seconde révolution quantique », dans laquelle on ne se contente plus d’observer les phénomènes quantiques : on commence à les manipuler, les contrôler, les exploiter.

De l’ordinateur quantique aux systèmes de cryptographie inviolables, en passant par des capteurs ultrasensibles et des horloges d’une précision inégalée, la physique quantique s’apprête à transformer radicalement notre rapport au monde, aux données, à l’espace et au temps.

Un ordinateur quantique est un ordinateur utilisant la technique quantique pour démultiplier ses capacités. Il n’existe pas encore, car la moindre interférence créerait une perturbation. Néanmoins, une équipe de l’EPFL (école polytechnique fédérale de Lausanne) a mis au point une nouvelle technique permettant de lire plusieurs qubits simultanément, une avancée cruciale pour le développement d’ordinateurs quantiques plus puissants. 

Le doctorant Andrea Ruffino a réussi à lire neuf qubits à la fois grâce à un système innovant basé sur la fréquence et le temps, réduisant le nombre de connexions nécessaires. Il a également créé un environnement simulant des qubits à l’aide de boîtes quantiques intégrées à un transistor, malgré l'absence d’ordinateur quantique à l’EPFL. Cette technologie, testée sur une puce classique, pourrait ouvrir la voie à des matrices de qubits intégrés plus vastes, rendant leur manipulation plus simple et efficace.

Le quantique en médecine traditionnelle

Pierre Henriquet, docteur en physique nucléaire et chroniqueur chez Polytechnique Insights, explique dans son article, La physique quantique a déjà changé la face du monde, que : « La physique quantique a révolutionné la manière dont les humains comprennent et façonnent le monde. Mais depuis la fin du XXe siècle, une « deuxième révolution quantique » est en cours, dans laquelle les processus les plus fondamentaux de la mécanique quantique sont exploités pour faire évoluer nos technologies à un niveau encore jamais atteint ».

Ainsi, le laser est issu des propriétés quantiques de la lumière. iL est utilisé en chirurgie (ophtalmologie, dermatologie…) pour des gestes très précis, ainsi qu’en esthétique (épilation, détatouage).

L’IRM est une imagerie qui repose sur le comportement quantique des noyaux d’hydrogène dans un champ magnétique, permettant de visualiser les tissus en 3D. Des matériaux quantiques sans résistance permettent de produire les puissants champs magnétiques nécessaires à l’IRM et à l’étude de l’activité cérébrale.

La TEP détecte les tumeurs grâce à des réactions entre matière et antimatière, révélant les zones gourmandes en sucre dans le corps.

En conclusion, la physique quantique, souvent perçue comme abstraite, est en fait au cœur de la médecine moderne, améliorant à la fois le diagnostic et les traitements.

Une confusion entre science et pseudo-science

Alors que la physique quantique est une avancée scientifique majeure, certaines pratiques dites de « médecine quantique » utilisent son vocabulaire sans en respecter la rigueur scientifique. La physique quantique, par ses propriétés contre-intuitives, a rapidement alimenté les fantasmes. Dès les années 1970, des mouvements comme le New Age s’en sont emparés. Des figures comme Fritjof Capra ou Deepak Chopra ont associé cette science à des philosophies orientales et à des notions mystiques.

Comme les études scientifiques sont basées sur la matière. L’infiniment petit n’est pas encore totalement compris, car on ne possède pas encore de microscope assez puissant pour les analyser et leur comportement ne répond pas aux normes admises. La science n’est pour le moment pas en mesure de définir l’énergie qui nous fait vivre. Il y a des phénomènes que l’on ne peut pas expliquer, comme certains miracles par exemple. Certains affirment que cela appartient au domaine quantique et que certaines machines, comme la biorésonance, permettraient de rééquilibrer les perturbations de cette énergie pour soigner. 

C'est ainsi que des praticiens utilisent les termes de la science quantique pour créer des soins dont l'efficacité n'a pas toujours été démontrée scientifiquement. Par exemple, l’hypnose quantique, et l’acupuncture quantique n’ont à ce jour pas de base expérimentale solide. Dans son article, Médecine quantique : le rééquilibrage des énergies peut-il soigner ?  publié sur le site Doctissimo, la journaliste Annabelle Iglesias précise que : « La thérapie quantique ne se substitue en aucun cas à un traitement médical prescrit par un médecin ».

Les atomes pourraient-ils être des univers ?

Et si chaque atome, loin d’être une simple particule élémentaire, était en réalité un univers complet, vibrant de galaxies miniatures, de lois physiques propres, de temps qui s’écoule à une autre échelle ? Cette idée, qui pourrait sembler surprenante aux yeux d’un physicien orthodoxe, trouve pourtant des échos anciens dans les traditions hermétiques « Ce qui est en haut est comme ce qui est en bas » et dans les visions fractales du monde, où les structures se répètent à l’infini. Le noyau atomique, dense et énigmatique, deviendrait alors un centre gravitationnel, un soleil ou peut-être un trou noir, autour duquel gravitent des mondes d’une échelle que nous ne pouvons percevoir. 

Selon cette conception, notre propre univers, si vaste qu’il nous dépasse, ne serait peut-être qu’un atome au sein d’un être plus grand que tout ce que nous pouvons concevoir. Une telle vision n’est pas une théorie physique, mais une hypothèse qui invite à contempler les profondeurs de la réalité avec l’humilité de ceux qui savent que tout mystère en cache un autre, plus grand encore. Si c’était le cas, les explosions créées au CERN ne seraient-elles pas une destruction de mondes qui pourrait avoir des répercussions sur notre monde ?

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