7. Physique quantique et relativités

Jusqu’à présent nous n’avons pris en considération que des systèmes dits « non relativistes », ceux où la vitesse des particules (atomes, électrons…) autres que les photons est petite par rapport à la vitesse de la lumière c. Ce chapitre va marier la physique quantique, d’abord dans les sections 7.1 et 7.2 avec la relativité restreinte (Einstein, 1905), puis dans la section 7.3 avec la relativité générale (Einstein, 1915). Dans le premier cas, on obtient la théorie relativiste des champs quantiques, indispensable pour la physique des particules élémentaires. Ce sera l’occasion de donner un aperçu de l’état de l’art du modèle standard de cette physique. Le second cas est celui de la gravitation quantique et nous essaierons, à partir de l’exemple d’une mesure de longueur, de donner une idée des difficultés, pour le moment insurmontables, que rencontre cette théorie.
Dans les chapitres précédents, nous avons examiné la description quantique des atomes (chapitres 4 et 5) et des électrons (chapitre 6), mais nous sommes restés très discrets sur celle des photons. Pour passer de la description classique à la description quantique, nous devons suivre le chemin inverse de celui utilisé pour les atomes et les électrons. En physique classique, les particules sont des micro-boules de billard, et c’est seulement au début des années 1920 que l’on a commencé à comprendre qu’elles avaient aussi des propriétés ondulatoires. En ce qui concerne les photons, c’est le contraire : la description classique, qui remonte au début d…