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Apprendre la mécanique quantique

Possible même pour des personnes au lycée, collège ?!

31 décembre 2010 à 1:02:58

Salut à tous,

Voilà, j'aimerai avoir des conseils, témoignages si possible d'experts ! :p

J'aimerai donc savoir, s'il est possible d'apprendre la mécanique quantique ainsi que la relativité générale sans avoir eu des cours qui formerait à ça, enfin je ne sais pas comment l'expliquer. :euh:

Prenons un exemple, une personne étant au lycée. Il souhaiterai apprendre la mécanique quantique et la relativité générale. Est-ce possible pour lui ? Faut-il d'abord suivre des études supérieurs, ou spéciale ou encore connaître certaine notion en physique et en math pour apprendre ces choses là ?

Voilà, j'espère avoir était compréhensible dans mon message en espérant avoir des réponses rapides :)

Cordialement, Awadanp
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31 décembre 2010 à 2:19:15

Dans quel but ?

Apprendre pour apprendre ? Comprendre des notions plus avancées ? Connaître tout le raisonnement scientifique derrière ces notions ?

Ton but est de rentrer dans les équations mathématiques de ces notions ?

Si c'est le cas, je doute qu'une personne au lyçée y arrive juste 'comme ca', il faut avoir un ensemble de notions que l'on étudie au fur et à mesure et qui permettent de comprendre ces notions complexes.

En gros on part de quelque chose de simple puis on introduits des éléments qui complexifient et qui sont plus représentatifs de la réalité. Griller trop d'étapes ne sert à rien.

Il y a certaines notions mathématiques qui ne sont pas vue au lycée, ou alors survolées, donc sans faire des études supplémentaire tu risques d'avoir du mal à comprendre ces disciplies, mathématiquement parlant.

Pour une première approche je penses qu'il doit exister des livres de vulgarisation (mais pas trop quand même) de ces notions.

Je laisse de vrais experts répondre plus en détail ^^
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31 décembre 2010 à 11:24:50

Pour étudier réellement la physique quantique, il faut un très bon niveau en maths.
Néanmoins, tu peux apprendre beaucoup de notions dans des livres de vulgarisation qui n'utilisent pas de maths.

Mais de toutes les façons on ne peut pas comprendre la relativité ni la physique quantique sans maîtriser parfaitement la mécanique classique, l'éléctomagnétisme, les ondes, la physique atomique...
Bref, la relativité et la physique quantique sont un peu l'aboutissement d'une suite de découvertes qui ont été faite dans l'histoire, jusqu'à Einstein, Bohr, Schrödinger, Planck et les autres...
Si tu commences avec la relativité et la mécanique quantique sans connaître les notions citées plus haut, tu ne comprendras que très peu de choses, mais surtout, tu ne sauras pas ce qui a amené les scientifiques à cela. Et ça c'est dommage.

N'hésite pas à redemander si ce n'est pas clair.
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31 décembre 2010 à 12:13:29

Salut, merci pour ces réponses !

Donc si j'ai bien compris pour comprendre la relativité ni la physique quantique, faut maîtriser parfaitement la mécanique classique, l'électromagnétisme, les ondes, la physique atomique comme le dis Yontoryu.

Par où commencer ? Mécanique classique d'abord, électromagnétisme à la fin ? Peu importe, l'ordre n'a pas d'importance ?

Enfin, j'aimerai savoir si vous connaissez des livres de vulgarisations, si vous pouviez me donner quelques titres, quel livre me conseillez-vous.

Merci d'avance :)
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31 décembre 2010 à 12:44:48

Salut! Je suis moi même très attiré par la physique quantique cependant mes études font que je ne vais jamais l'étudier. Mais il est possible de s'y intéresser, en regardant des cours sur internet etc ...

Mais je pense qu'il faut déjà avoir des bases de chimie quantique: spin, couches électroniques, equation de schrödinger etc ...
J'en ai fait l'année dernière et ça m'a permis de mieux comprendre la physique quantique

Regarde des articles de "La recherche" etc ...

Sinon j'ai ce cours de M1 : http://www-fourier.ujf-grenoble.fr/~fa [...] a_q/cours.pdf ^^
Mais attention c'est pas facile :D
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Anonyme
31 décembre 2010 à 12:48:45

Autant être franc la mécanique quantique et la relativité générale ne sont même pas au programme des prépas mathématiques et physique qui sont en France l'une des meilleures formations entre bac et bac +2 dans le domaine donc il me parait tout à fait présomptueux de prétendre pouvoir apprendre tout çà au lycée, d'autant plus que ces deux notions font appel à des connaissances mathématiques de très loin supérieures à celles vues au lycée.

-
Edité par Anonyme 9 juillet 2015 à 16:44:30

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31 décembre 2010 à 14:26:08

Citation : tr1691

Autant être franc la mécanique quantique et la relativité générale ne sont même pas au programme des prépas mathématique et physique qui sont en france le meilleur niveau d'étude entre bac et bac +2 donc il me paraît tout à fait présomptueux de prétendre pouvoir apprendre tout çà au lycée, d'autant plus que ces deux notions font appel à des connaissances mathématiques de très loin supérieures à celles vues au lycée.
Après un naïf répondra comme d'habitude "quand on veut on peut" :) . Soit, on ne peut empêcher personne de perdre son temps après tout n'est ce pas ? ;)



Si tu fais les OIPh, tu les étudies ; pour preuve, je les fais et j'ai déjà vu le début de la relativité générale (dilatation des durées et contraction des logeurs, ainsi que d'autres joyeusetés)
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« Mon pied droit est jaloux de mon pied gauche. Quand l'un avance, l'autre veut le dépasser. Et moi, comme un imbécile, je marche ! » — Raymond Devos
31 décembre 2010 à 16:32:10

Merci Clément pour ton lien ! :)

Et Dark Patate qu'est ce que tu appelles les OIPh ?

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31 décembre 2010 à 17:50:13

Olympiade de Physique très certainement.
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31 décembre 2010 à 18:02:23

Oui, les Olympiades Internationales de PHysique.
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« Mon pied droit est jaloux de mon pied gauche. Quand l'un avance, l'autre veut le dépasser. Et moi, comme un imbécile, je marche ! » — Raymond Devos
1 janvier 2011 à 11:41:57

http://cp3.phys.ucl.ac.be/~maltoni/PHY1222/QM_all.pdf

ce syllabus de cours est très très très bien fait et il ne faut pas un niveau monstrueux en physique pour le comprendre. Il aborde les bases de la mécanique quantique ;-)

bonne lecture !
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1 janvier 2011 à 17:38:55

Citation : Hayabusa

il ne faut pas un niveau monstrueux en physique pour le comprendre


Il faut quand même avoir fait de la théorie des champs avant, sous peine d'être perdu dès le début du chapitre 2. :-°
Et puis commencer par l'approche des intégrales de chemin, c'est pas très conventionnel pour débuter en mécanique quantique. Le cours est sûrement très bon, mais je recommanderait pas ça à un débutant a priori. Le début du Bellac ou du Cohen-Tannoudji sont beaucoup plus doux je pense (et aussi, introduire la notation bra-ket dès le début est positif amha).

Sinon, pour donner des repères, la mécanique quantique (la vraie, avec le formalisme) commence à s'aborder en L3 (sachant que l'année suivant le bac est la L1) et la relativité générale l'année suivante, en M1. Sachant que, du moins les gens normaux, font de la relativité restreinte (les effets que Dark Patate cite en font partie) avant la relativité générale.
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1 janvier 2011 à 18:04:48

Citation : Elentar

Citation : Hayabusa

il ne faut pas un niveau monstrueux en physique pour le comprendre


Il faut quand même avoir fait de la théorie des champs avant, sous peine d'être perdu dès le début du chapitre 2. :-°
Et puis commencer par l'approche des intégrales de chemin, c'est pas très conventionnel pour débuter en mécanique quantique. Le cours est sûrement très bon, mais je recommanderait pas ça à un débutant a priori. Le début du Bellac ou du Cohen-Tannoudji sont beaucoup plus doux je pense (et aussi, introduire la notation bra-ket dès le début est positif amha).



tout dépend de quelle compréhension le lecteur veut avoir :p
je trouve que l'approche donnée dans ce cours est très intuitive. Enfin j'ai appris la MC avec celui là et j'aimais vraiment bien :)

Et puis de la théorie des champs ... il suffit juste de savoir ce que c'est qu'un champ électrique et magnétique ...


Le tannoudji est super bon aussi, mais c'est un fameux budget :(
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1 janvier 2011 à 18:16:12

Je parlais de théorie des champs parce que dans ce tuto on balance au début du chapitre 2 l'action, le lagrangien et l'équation d'Euler-Lagrange. C'est un peu plus compliqué que de savoir ce qu'est un champ électrique et magnétique quand même. ^^
Et donner <math>\(e^{iS/\hbar}\)</math> comme ça sans justifier, ça me semble assez rude aussi.

Mais sinon, le cours est peut-être quand même très bien hein. ;) Pédagogiquement, j'ai pas encore vu ce qu'il construit à partir de ces "règles". Juste, faut voir à quel public il est destiné.
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Anonyme
1 janvier 2011 à 18:19:37

Citation : Elentar

Je parlais de théorie des champs parce que dans ce tuto on balance au début du chapitre 2 l'action, le lagrangien et l'équation d'Euler-Lagrange.



Sauf que c'est pas de la théorie des champs, mais simplement de la mécanique analytique.

Vaut mieux partir de ca : c'est ce qu'il y a de plus fondamental en physique !
Et en plus l'auteur semble faire des rappels.

Personnellement, je trouve ce cours bien fait, voir meilleur que celui avec pleins d'opérateurs partout. Et on est pas perdu dès le chapitre 2, même si on ne connait pas trop la mécanique analytique. :p
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1 janvier 2011 à 18:42:32

C'est très vague "mécanique analytique" quand même. :p Mais c'est vrai qu'en physique, l'équation d'Euler-Lagrange ne se restreint pas au cas des champs.

Par contre, je ne suis pas d'accord avec la fin de ton message. Pédagogiquement, "partir de ce qu'il y a de plus fondamental" c'est vraiment pas forcément pertinent. On ne commence pas un cours de mécanique en parlant de principe de moindre action ni un cours de physique des particules en parlant d'invariance de jauge. Quant aux rappels, je suis pas sûr qu'ils conviendront à quelqu'un qui n'a jamais vu d'action de sa vie. Y'a toujours la possibilité d'admettre et de passer à la suite, mais bon.
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Anonyme
1 janvier 2011 à 19:07:56

Citation : Elentar


Par contre, je ne suis pas d'accord avec la fin de ton message. Pédagogiquement, "partir de ce qu'il y a de plus fondamental" c'est vraiment pas forcément pertinent. On ne commence pas un cours de mécanique en parlant de principe de moindre action ni un cours de physique des particules en parlant d'invariance de jauge.



Ben si, ca fonctionne franchement mieux ! Au moins expliquer les principes de base. Franchement, tel qu'expliqué dans ce PDF, j'ai parfaitement compris, c'est bien expliqué.
On peut parfaitement partir des fondements, tant que c'est correctement expliqué et de façon claire, c'est pas interdit et on comprend souvent mieux qu'en partant de truc particulier et en les tordants de façon bizarre pour continuer.

Par exemple, dans ce pdf, on comprend que l'équation de shrodinger est construite à partir d'un lagrangien classique : on précise bien dés le départ que schrodinger, c'est valable que en non-relativiste.
Mine de rien, ca aide franchement à comprendre correctement ce qu'on fait. Au moins le mec qui poursuit son apprentissage de la physique est pas trop étonné quand on lui dit : c'est fini schrodinger, on passe à autre chose.

Citation : Elentar

Quant aux rappels, je suis pas sûr qu'ils conviendront à quelqu'un qui n'a jamais vu d'action de sa vie. Y'a toujours la possibilité d'admettre et de passer à la suite, mais bon.



Faut avouer, mais bon, le principe de partir de l'action, c'est pour moi la meilleure méthode. Ce cours aurait du juste mieux expliquer ce qu'est l'action, le principe de moindre action...
Mais j'admets que c'est pas conventionnel et que ca choque n'importe quel universitaire qui a pas appris comme ca. :p

Edit : le coup de l'universitaire qui a appris comme ca, c'est une blague, faut pas le prendre mal.
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1 janvier 2011 à 19:14:08

Sur ce, "n'importe quel universitaire" fuit le combat d'ego à grands pas. :/
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2 janvier 2011 à 0:08:29

Citation : Awadanp-Iv

Par où commencer ? Mécanique classique d'abord, électromagnétisme à la fin ? Peu importe, l'ordre n'a pas d'importance ?



En général, on a l'habitude de commencer par la mécanique classique (appelée aussi mécanique newtoniène) qui decrit les mouvements des objets. Le point de départ de cette branche sont les lois du mouvement de Newton. Cela te permettera de comprendre ce qu'a modifié Einstein avec la relativité. (Tu peux te limiter à la mécanique des solides sans étudier la mécanique des fluides.)

Ensuite, l'étude de l'électromagnétisme est cruciale. Elle a pour base les équations de Maxwell, qui sont au nombre de quatre. Avant cela, soit sûr de bien savoir ce qu'est une onde. Bien comprendre ce qu'est le champ magnétique.

Il serait bon aussi de savoir les anciennes théories de la lumière : Corpusculaire ou ondulatoire. Ainsi que la théorie de l'éther.
Puis la notion de photon et la constante de Planck. (Là, tu commence déjà à toucher à la physique quantique ^^ ).

A part ça, il faut aussi connaître la physique atomique en insistant sur les anciens modèles de l'atomes (avant celui de Schrödinger).
N'hésite pas à voir rapidement les quarks.

Je t'ai donné les points de départ, à toi de développer.

Voilà les bases des bases, j'espère n'avoir rien oublié. :)
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2 janvier 2011 à 22:57:39

Merci pour toutes vos réponses et critiques, ça ma beaucoup aidé !

Si quelqu'un à d'autres critiques, suggestions à ajouter n'hésitez pas ! ^^

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4 janvier 2011 à 17:19:08

Salut,

Les cours de physique Richard Feynman (un des principaux contributeurs à la théorie quantique des champs) sont une excellente référence pour quelqu'un qui veut apprendre la physique avec peu de prérequis en maths (niveau terminale S: vecteurs,dérivées,intégrales,équation différentielles (élémentaires), calcul matriciel)
Ces cours sont composés de trois volumes:
1) mécanique,thermodynamique, optique
2) Electromagnétisme
3) Mécanique Quantique

On peut néanmoins comprendre certaines parties du volume sur la Mécanique Quantique sans avoir nécessairement lu en détail les deux autres. Mais il est quand même utile de les avoir lus et bien compris si l'on veut comprendre le cheminement qui à mené à la mécanique quantique, puisque certaines idées de physique classique sont reprises par la mécanique quantique.
Le style est très clair et concis,l'accent étant davantage mis sur la compréhension intuitive des concepts que sur les formules mathématiques (assez simples).
Cependant le désavantage des cours de Feynman est leur longueur (plus de 400 pages par volume) et leur ancienneté (bientôt 50 ans, donc les développements plus récents ne sont pas inclus).
une table des matières est disponible ici

Ceci étant dit,qu'est ce qui t'intéresse dans la mécanique quantique: la théorie en elle même ou bien les applications (spectroscopie,électronique,ordinateur quantique...)?
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4 janvier 2011 à 19:35:05

Avant de faire de la mécanique quantique et de la relativité générale, il faut commencer par la physique classique, car il y a une évolution logique de la compréhension.

Et tout cela demande un niveau de mathématiques de plus en plus élevé. Très rapidement, tu as besoin des équations différentielles, de l'intégration sous toutes ses formes, des séries de Fourier et transformées du même nom, du Laplacien, de l'Hamiltonien, et dans les formes les plus évoluées, pour la remplaçante de l'équation de Schrödinger, d'équations différentielles sur des matrices 4x4... Sans parler des fonctions de plusieurs variables, produit vectoriel, et autres joyeusetés.

Pour l'ordre dans lequel aborder la physique classique, je suis partisan de l'idée selon laquelle il y a un enchainement logique.

Tu fais d'abord de la mécanique pour étudier les corps assez simple, puis tu t'aperçois que tu ne peux pas étudier les gaz, liquides ou les ondes comme la lumière, ...

Tu fais alors de la thermodynamique, l'étude des ondes, et donc de l'électromagnétisme.

Puis tu veux t'intéresser aux atomes, et là a mécanique classique ne suffit plus.

Tu étudie l'atome de Bohr, puis l'équation de Schrödinger, ...

Et plus tu avances, plus tu suis la démarche des gens comme Einstein, c'est à dire que tu découvre toujours quelque chose que tu ne peux expliquer avec tes connaissances, donc tu cherches une autre théorie plus poussée. Puis tu tombes dans la recherche, à l'IHES par exemple, ou tu passes ta vie à apprendre, même à 80 ans tu suis les cours de tes collègues, ce qui répond en bref à ta question :
Le niveau est globalement trop ardu pour se lancer comme ça au lycée. Si tu veux vraiment maîtriser le sujet, tu passeras ta vie à apprendre.
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11 juillet 2013 à 6:26:17

-Clement- a écrit:

Salut! Je suis moi même très attiré par la physique quantique cependant mes études font que je ne vais jamais l'étudier. Mais il est possible de s'y intéresser, en regardant des cours sur internet etc ...

Mais je pense qu'il faut déjà avoir des bases de chimie quantique: spin, couches électroniques, equation de schrödinger etc ...
J'en ai fait l'année dernière et ça m'a permis de mieux comprendre la physique quantique

Regarde des articles de "La recherche" etc ...

Sinon j'ai ce cours de M1 : http://www-fourier.ujf-grenoble.fr/~fa [...] a_q/cours.pdf ^^
Mais attention c'est pas facile :D


Moi aussi, je suis très attiré par ça.

Je connais beaucoup de bases, mais les équations non.

j'aimerais connaitre tout d'abord ce qu'est le spin !

je travaille ou plutot j'étudie la téléportation de photon par des atomes intriqués. ( ça marche je vous assure )

Au primaire, j'avais étudié la relativité, par des vidéos . J'étudiais des livres de secondes au primaire ...

rassurez vous je suis bon en maths ;)

J'espère que le temps fera l'affaire !!!

vous allez me dire pour un enfant c'est déjà pas mal !!:p

-
Edité par intello1 11 juillet 2013 à 6:40:54

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Staff 11 juillet 2013 à 10:21:10

intello1 a écrit:

Je connais beaucoup de bases, mais les équations non.

j'aimerais connaitre tout d'abord ce qu'est le spin !

On ne doit pas avoir la même notion de de ce que sont les "bases" en physique quantique ...

je travaille ou plutot j'étudie la téléportation de photon par des atomes intriqués. ( ça marche je vous assure )

téléportation de photons par des atomes intriqués... Bien tenté ... mais non, je doute que tu comprennes ce qu'est l'intrication ...

Au primaire, j'avais étudié la relativité, par des vidéos . J'étudiais des livres de secondes au primaire ...

En primaire j'ai appris à programmer en basic tout seul avec uniquement le fichier d'aide intégré à qbasic ... Mais bon, en fait, ma vie comme la tienne n’intéresse personne ici.

rassurez vous je suis bon en maths ;)

Oui comme beaucoup de monde, jusquà ce qu'on tombe sur "Montrer qu'un endomorphisme f d'un K-espace vectoriel E commute avec un projecteur p si, et seulement si, les espaces Imp et kerp sont stables par f."

vous allez me dire pour un enfant c'est déjà pas mal !!:p

Pas mal en effet, mais ça aurait été mieux si tu n'avais pas remonté un sujet vieux d'un ans. Je ne sais pas pour qui tu te prends, mais tu n'es certainement pas au bon endroit ...

-
Edité par Akio 11 juillet 2013 à 19:39:23

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5 mars 2015 à 20:03:27

salut Awadanp :) je vois que tu as publié ça il y a très longtemps en 2010 et 2011 :3 me voilà dans ta situation d'avent..je suis en 1ere lycée et j'aimerai apprendre aussi alors depuis le temps tu n'es plus au lycée ! a tu réussis à apprendre? si oui kel sont les étapes ke tu as suivis? 

j’espère ke tu utilises encore ce compte :/ . Et KE J'AURAI UNE REPONCE AU PLUS VITE
merci d'avance. 

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Mon pied droit est jaloux de mon pied gauche. Quand l'un avance, l'autre veut le dépasser. Et moi, pauvre imbécile, je marche...
7 mars 2015 à 15:56:55

[troll:ON]Moi je pense ke tu es un kéké[troll:OFF]

Non sérieusement soigne un tout petit peu l'orthographe, je doute que tu écrives "ke" à la place de "que" involontairement :p

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Vous n'auriez pas un ptit calcul à me montrer ? :D
7 mars 2015 à 20:08:51

Et puis le conseil c'est toujours le même, même 4 ans plus tard : commencez par être solide en physique classique.
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Anonyme
8 mars 2015 à 15:45:55

Je viens m'incruster rapidement car ma question est à peu près la même que celle de l'auteur, j'ai touché un peu à la "mécanique quantique" cette année et l'année dernière (d'ailleurs, c'est quoi cette idée d'en mettre à des Terminales ?), et c'est quelque chose que j'aimerais mieux connaître.

Je suis en prépa (MPSI), et le programme de MP contient encore un peu de mécanique quantique, mais je compte partir en PSI l'année prochaine, ou on n'a pas ce chapitre. J'aimerais quand même savoir, avec les connaissances de physique et de mathématiques acquises en deux ans de prépa, est-ce possible de comprendre "en surface" la mécanique quantique ?

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9 mars 2015 à 16:35:20

Je me souviens avoir fait les olympiades internationales de physique (les sélections françaises) en prépa et d'avoir un peu touché la méca quantique, bon j'ai plus fait de la relativité générale et restreinte, mais j'ai quand même un peu vu la MQ.

Après, le programme des olympiades n'est pas figé et tu peux demander à ton prof de prépa de voir d'autres choses.

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« Mon pied droit est jaloux de mon pied gauche. Quand l'un avance, l'autre veut le dépasser. Et moi, comme un imbécile, je marche ! » — Raymond Devos
6 juillet 2015 à 13:38:32

Pour ma part, je te conseillerai les cours et débats d'Etienne Klein qui aborde de nombreuses fois la relativité et la mécanique quantique, ainsi que plusieurs autres sujets. Ils permettent d'obtenir de bonnes bases pour commencer à étudier la physique.
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