Matériel nécessaire

1. Source lumineuse cohérente (comme un laser à faible puissance ou une lampe à incandescence filtrée par un filtre monochromatique ou une fente fine pour produire une lumière quasi cohérente).
2. Écran de projection (un mur blanc ou une feuille de papier blanc, assez éloigné de la source lumineuse).
3. Plaque opaque avec deux fentes très proches (environ 1 mm de large chacune). Vous pouvez utiliser une plaque métallique ou en plastique que vous percez à l’aide d’un aiguillage fin ou de techniques de découpe précise.
4. Support pour maintenir l’écran et la plaque avec les fentes.

Mise en place de l’expérience

1. Positionner la source lumineuse : Placez votre source lumineuse (laser ou autre) à une extrémité de la table de travail.
2. Plaque avec les fentes : Placez la plaque avec les deux fentes devant la source lumineuse. Les fentes doivent être très proches l’une de l’autre (l’espacement entre elles est crucial, généralement entre 0,5 mm et 1 mm).
3. Écran de projection : Placez l’écran de projection (ou le mur blanc) à une distance suffisante des fentes (plusieurs mètres si possible, mais l’expérience peut aussi être réalisée sur de petites distances).
4. Observation : Allumez la source lumineuse et observez l’écran ou le mur. Vous devriez voir un motif constitué de franges lumineuses et sombres, qui est dû à l’interférence des ondes lumineuses qui passent par les deux fentes.

Explication

• Interférence constructive : Lorsque les crêtes de deux ondes lumineuses (ou deux creux) se rencontrent, elles s’additionnent et créent une frange lumineuse (constructive).
• Interférence destructive : Lorsque la crête d’une onde rencontre le creux de l’autre, elles se soustraient et créent une frange sombre (destructive).

Le motif d’interférence que vous observez sur l’écran est une manifestation directe de la dualité onde-particule de la lumière.

Variations possibles

• Utilisation de différentes couleurs de lumière : Vous pouvez changer la source lumineuse pour observer comment les franges varient avec la longueur d’onde de la lumière (par exemple, en utilisant des filtres de différentes couleurs).
• Modification de la distance entre les fentes : En modifiant l’espacement des fentes, vous modifiez la largeur et la séparation des franges d’interférence.

Conclusion

L’expérience des fentes de Young démontre que la lumière se comporte comme une onde, avec des phénomènes d’interférence caractéristiques. Cela a constitué une étape clé dans la compréhension des propriétés ondulatoires de la lumière et a contribué à l’émergence de la théorie ondulatoire.

L’expérience des fentes de Young a un lien direct avec la physique quantique, en particulier avec le concept fondamental de l’effet de l’observateur. Cela devient encore plus fascinant lorsque l’on considère que la lumière et les particules subatomiques, comme les électrons, peuvent également exhiber un comportement ondulatoire et corpusculaire selon le contexte de l’observation.

Rapport avec la physique quantique

Dans la version classique de l’expérience des fentes de Young, on observe que la lumière (ou d’autres ondes) crée un motif d’interférence caractéristique sur un écran derrière les fentes. Cela montre que la lumière se propage sous forme d’ondes qui peuvent interférer entre elles. Si l’on considère des particules, comme des électrons, et qu’on répète l’expérience avec eux, on obtient le même genre de motif d’interférence, ce qui suggère que même les électrons, normalement considérés comme des particules, peuvent se comporter comme des ondes.

Ce qui devient vraiment étrange en physique quantique, c’est que si l’on observe quelle fente un électron passe (c’est-à-dire, si l’on mesure sa position lorsqu’il passe par l’une ou l’autre des fentes), le motif d’interférence disparaît et les électrons se comportent comme des particules, créant des marques distinctes sur l’écran de projection. En revanche, si l’on ne mesure pas le trajet de l’électron, on observe un motif d’interférence, ce qui implique que l’électron agit comme une onde et traverse les deux fentes simultanément, créant une superposition d’états.

L’observateur influence le résultat

Ce phénomène est un exemple du paradoxe de l’observateur en physique quantique, une caractéristique fondamentale du comportement des particules à l’échelle quantique. Voici ce qui se passe :

1. Sans observation (superposition) : Un électron (ou une autre particule quantique) peut passer par les deux fentes à la fois, se comportant comme une onde, et produit un motif d’interférence sur l’écran, ce qui suggère que la particule est dans une superposition d’états — une idée centrale de la mécanique quantique.
2. Avec observation (réduction du paquet d’onde) : Si l’on mesure ou observe quelle fente l’électron traverse, on perturbe son état quantique et il se comporte comme une particule unique, passant par une seule fente, produisant alors un comportement corpusculaire. Cela détruit le motif d’interférence, qui ne peut exister que si la particule est dans une superposition d’états.

Le rôle de l’observateur

Ce phénomène, où l’acte de mesurer ou d’observer modifie le résultat de l’expérience, est appelé réduction du paquet d’onde. Selon la fonction d’onde en mécanique quantique, une particule n’a pas de position définie avant qu’une mesure ne soit effectuée. Avant l’observation, la particule existe dans une superposition de toutes ses positions possibles, ce qui explique le motif d’interférence. Cependant, lorsqu’une mesure est effectuée, cette superposition est « réduite » à un seul état possible, et l’électron se comporte alors comme une particule.

L’expérience des fentes de Young et la dualité onde-particule

L’expérience des fentes de Young illustre bien cette dualité onde-particule de la matière : à la fois une particule (quand observée) et une onde (quand non observée). Cela reflète l’une des idées les plus contre-intuitives de la physique quantique : les objets à petite échelle (comme les électrons et même les photons) peuvent avoir un comportement d’onde ou de particule selon la manière dont ils sont mesurés, ce qui défie nos intuitions classiques sur la nature des objets.

L’expérience des fentes de Young, lorsqu’elle est appliquée à la physique quantique, met en lumière l’un des aspects les plus intrigants de la réalité à l’échelle quantique : le simple fait d’observer ou de mesurer une particule peut en changer le comportement. Cela soulève des questions profondes sur le rôle de l’observateur dans la détermination de la réalité quantique, et des débats philosophiques sur la nature de l’univers lui-même, qui est intrinsèquement lié à notre capacité à observer et à mesurer les phénomènes.

Le monde créé à chaque instant : Vision hindoue et physique quantique

Dans la tradition hindoue, en particulier dans l’Advaita Vedanta, la conception du monde comme une création continue, instantanée, et liée à la conscience, trouve une résonance étonnante avec les phénomènes observés dans le cadre de la physique quantique, notamment l’expérience des fentes de Young. Explorons plus en détail cette idée.

L’enseignement hindou

Dans les traditions hindoues, et particulièrement dans la philosophie de l’Advaita Vedanta (pratiquée par des maîtres comme Adi Shankaracharya), le monde et l’univers ne sont pas vus comme des réalités statiques créées une fois pour toutes dans le passé. Plutôt, tout est considéré comme un jeu continuel de la conscience, qui se manifeste dans l’instant même. Cela s’exprime de plusieurs façons :

• Le temps et la création sont un instantané : Le monde n’est pas un phénomène qui a été créé dans le passé et qui continue d’exister indépendamment de la conscience. Il se créé à chaque instant en fonction de l’observation et de la conscience.
• Maya (l’illusion) : Le monde matériel est perçu comme une illusion (Maya), où les formes sont sans substance réelle, sauf dans la conscience qui les perçoit. La réalité, selon cette philosophie, est la conscience pure, le SOI, qui est éternel et immuable, mais qui apparaît sous des formes multiples lorsqu’il s’éclaire.
• La création comme illumination : Dans l’Advaita, il est souvent dit que Dieu, ou le SOI (Brahman), crée et illumine les formes par l’observation consciente. La forme n’est pas un objet fixe, mais une manifestation dynamique, toujours influencée par l’acte d’observation.

L’expérience des fentes de Young et la création instantanée

Dans la physique quantique, l’expérience des fentes de Young et le paradoxe de l’observateur illustrent comment la réalité semble émerger au moment même où elle est observée. Ce n’est qu’au moment de la mesure que la particule quantique choisit un état, ce qui reflète l’effondrement de la fonction d’onde — une probabilité qui devient une réalité concrète.

• Avant l’observation, la particule se trouve dans une superposition d’états, elle traverse simultanément les deux fentes comme une onde, générant un motif d’interférence.
• Après l’observation, la particule prend une trajectoire déterminée, et les interférences disparaissent. La réalité, sous forme d’un résultat mesurable, ne se manifeste que lorsqu’elle est observée, et l’acte d’observation en soi crée une réalité définie.

Convergence des idées

Cette idée que la conscience crée la réalité à chaque instant, ou plus précisément illumine les formes du monde, résonne parfaitement avec les concepts clés de l’Advaita Vedanta :

• Le SOI (Brahman) est la seule réalité permanente et immuable, mais lorsqu’il se manifeste dans le monde phénoménal, il éclaire les formes et les fait apparaître.
• La conscience (ou Atman, l’âme individuelle) et Brahman, la conscience universelle, sont intrinsèquement liées. La conscience individuelle, quand elle se réveille à sa vraie nature, perçoit le monde comme une manifestation de cette conscience universelle, le SOI.

Ainsi, l’acte d’observer, que ce soit en physique quantique ou dans la vision hindoue, est vu comme un acte de création ou de manifestation. Dieu, ou le SOI, crée les formes du monde à chaque instant, non pas de manière statique, mais dans une danse continue d’apparition et de disparition, éclairant l’univers de sa conscience.