Cet article vous présente une sélection de 5 des meilleurs livres sur la mécanique quantique.
1. Mécanique quantique – Le minimum théorique (Leonard Susskind, Art Friedman)
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D’abord, il vous a enseigné la mécanique classique. Leonard Susskind fait maintenant équipe avec l’ingénieur de données Art Friedman pour vous présenter la théorie et les mathématiques associées au monde étrange de la mécanique quantique.
Dans cette suite au best-seller Le Minimum Théorique, Susskind et Friedman offrent une introduction vivante à ce domaine notoirement difficile, qui tente de comprendre le comportement d’objets sub-atomiques au travers d’abstractions mathématiques.
Les auteurs proposent ici des explications limpides des principes d’états quantiques, des notions d’incertitude et de relativité, d’enchevêtrement, et des états corpusculaire et ondulatoire des particules.
Une introduction accessible mais rigoureuse à un sujet complexe, une véritable trousse à outils pour tous ceux désireux d’apprendre la physique à leur propre rythme.
À propos de l’auteur
Leonard Susskind, né le 1ᵉʳ janvier 1940 à New York, est un physicien américain qui occupe la chaire Felix Bloch de physique théorique à l’université Stanford, et qui est directeur du Stanford Institute for Theoretical Physics.
Art Friedman est ingénieur en systèmes de données. Il a passé quinze ans chez Hewlett-Packard, et vit actuellement à Murphys, en Californie.
2. Mécanique quantique – Tome 1 – Fondements et premières applications (Claude Aslangul)
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L’auteur prend un soin extrême à situer la mécanique quantique dans son développement historique, pour ne pas placer le lecteur face à l’énoncé de postulats arbitraires qui pourraient le rebuter. L’ensemble est très rigoureux, clairement exposé, et les notions sont abondamment discutées au fur et à mesure de leur introduction.
Ce premier tome, correspondant à un enseignement de 3e année, est divisé en deux parties. La première partie analyse les expériences cruciales de la physique microscopique qui, à l’orée du XXe siècle, ont imposé une révision radicale des concepts pour la compréhension des phénomènes à l’échelle atomique.
Cette partie revient sur des notions fondamentales de mécanique, de statistique et d’électromagnétisme, et donne l’occasion de raisonner physiquement et de manipuler des ordres de grandeur. Elle fournit enfin le prétexte idéal à une introduction élémentaire de la mécanique analytique, souvent absente des cursus.
Cette partie se termine par une présentation comparée des deux premières versions de la mécanique quantique : la mécanique des matrices de Heisenberg et la mécanique ondulatoire de Schrödinger.
La deuxième partie commence par une synthèse des idées rassemblées antérieurement, autorisant l’énoncé des postulats sur la base du sens physique, et la mise en place intuitive et pragmatique du formalisme mathématique nécessaire. Par la suite, l’accent est mis sur le lien indissoluble entre le contenu physique de la théorie et sa conséquence la plus spectaculaire : la quantification de certaines grandeurs physiques.
Les problèmes les plus simples (potentiels constants par morceaux) sont ensuite traités en détail, révélant les comportements étranges prévus par la théorie quantique, et mettant en évidence l’extrême singularité de la limite classique. Ce tome s’achève par le traitement de l’oscillateur harmonique, allant jusqu’à l’introduction des opérateurs de création et d’annihilation et la définition des états cohérents.
À propos de l’auteur
Claude Aslangul est professeur émérite à Sorbonne Université et a enseigné de nombreuses années à l’Ecole Normale Supérieure (Ulm). Il est membre du Laboratoire de Physique Théorique de la Matière Condensée (Jussieu).
3. Mécanique quantique – Tome 2 – Développements et applications à basse énergie (Claude Aslangul)
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Ce deuxième tome s’adresse aux étudiants de Master. Dans le même état d’esprit que le premier tome, on y développe le formalisme dans des situations plus complexes, s’appuyant sur des considérations physiques et expliquant les concepts dans un langage aussi intuitif et accessible que possible.
L’arsenal de mathématiques appliquées nécessaire à la maîtrise du sujet est développé au fur et à mesure, belle occasion d’introduire quelques outils indispensables au physicien, quelle que soit sa spécialité.
La première partie s’appuie notamment sur la notion de symétrie. La théorie du moment cinétique et le champ central sont exposés. L’introduction du spin est faite sur des bases physiques, conduisant à l’équation de Dirac et à sa discussion.
Les postulats quantiques sont ensuite revisités, à la lumière d’expériences récentes, permettant de revenir sur les étrangetés quantiques (intrication), la décohérence et des applications surprenantes (cryptographie).
Après l’exposé des principes des méthodes perturbatives et variationnelles, les bases de la quantification du rayonnement sont expliquées. Cette partie se termine par une introduction à la théorie des collisions.
La deuxième partie propose quelques applications, délibérément restreintes à la physique de basse énergie, où on s’efforce de montrer l’universalité des concepts quantiques dans des champs aussi variés que la physique atomique, la chimie et la physique des solides, permettant de mettre en lumière l’immense pouvoir explicatif et les innombrables succès de la théorie quantique.
À propos de l’auteur
Claude Aslangul est professeur émérite à Sorbonne Université et a enseigné de nombreuses années à l’Ecole Normale Supérieure (Ulm). Il est membre du Laboratoire de Physique Théorique de la Matière Condensée (Jussieu).
4. Mécanique quantique – Tome 1 (Claude Cohen-Tannoudji, Bernard Diu, Franck Laloe)
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Cet ouvrage, issu de nombreuses années d’enseignements universitaires à divers niveaux, a été conçu afin de faciliter le premier contact avec la physique quantique et d’aider ensuite le lecteur à progresser continûment dans la compréhension de cette physique.
Les deux premiers tomes, publiés il y a plus de 40 ans, sont devenus des classiques dans le monde entier, traduits dans de multiples langues. Ils se placent toutefois à un niveau intermédiaire et ont été complétés par un troisième tome d’un niveau plus avancé.
L’ensemble est systématiquement fondé sur une approche progressive des problèmes, où aucune difficulté n’est passée sous silence et où chaque aspect du problème est discuté (en partant souvent d’un rappel classique). Cette volonté d’aller au fond des choses se concrétise dans la structure même de l’ouvrage, faite de deux textes distincts mais imbriqués : les « chapitres » et les « compléments ».
Les chapitres présentent les idées générales et les notions de base. Chacun d’entre eux est suivi de plusieurs compléments, en nombre variable, qui illustrent les méthodes et concepts qui viennent d’être introduits ; les compléments sont des éléments indépendants, dont le but est de proposer un large éventail d’applications et prolongements intéressants.
Pour faciliter l’orientation du lecteur et lui permettre d’organiser ses lectures successives, un guide de lecture des compléments est proposé à la fin de chaque chapitre.
Le tome I fournit une introduction générale, suivie d’un chapitre détaillé qui décrit les outils mathématiques de base de la mécanique quantique. L’expérience d’enseignement des auteurs a montré que cette présentation est à terme la plus efficace. Les postulats sont ensuite clairement énoncés à partir du troisième chapitre avec de nombreuses applications en compléments.
Ensuite sont décrites quelques grandes applications de la mécanique quantique, par exemple le spin et les systèmes à deux niveaux, ou encore l’oscillateur harmonique qui donne lieu à de très nombreuses applications (vibration des molécules, phonons, etc.) dont bon nombre font l’objet d’un complément spécifique.
À propos de l’auteur
Claude Cohen-Tannoudji a été chercheur CNRS, puis professeur successivement à l’Université de Paris et au Collige de France, donnant des cours dont l’influence scientifique a été considérable. Il a été lauréat du Prix Nobel en 1997, avec Steve Chu et Williams Phillips, pour ses nombreuses contributions à la recherche, en particulier dans le domaine du refroidissement et du piégeage d’atomes par des faisceaux laser.
Bernard Diu a été professeur à l’Université de Paris et y a enseigné divers domaines de la physique, en particulier la mécanique quantique et la physique statistique, sur laquelle il a écrit un ouvrage de référence avec trois co-auteurs. Il a toujours montré un intérêt soutenu pour l’enseignement et la diffusion des sciences. Son domaine de recherche principal est la physique des particules.
Franck Laloe a été maître-assistant attaché aux cours de mécanique quantique, puis chercheur CNRS au sein du Laboratoire Kastler Brosse. Ses travaux de recherches ont porté sur divers effets liés aux statistiques quantiques, l’orientation nucléaire de l’hélium trois par pompage optique, les ondes de spin dans les gaz à basse température, et divers aspects de la mécanique quantique fondamentale.
5. Mécanique quantique – Tome 2 (Claude Cohen-Tannoudji, Bernard Diu, Franck Laloe)
Disponible sur Amazon Disponible à la Fnac
Cet ouvrage, issu de nombreuses années d’enseignements universitaires à divers niveaux, a été conçu afin de faciliter le premier contact avec la physique quantique et d’aider ensuite le lecteur à progresser continûment dans la compréhension de cette physique.
Les deux premiers tomes, publiés il y a plus de 40 ans, sont devenus des classiques dans le monde entier, traduits dans de multiples langues. Ils se placent toutefois à un niveau intermédiaire et ont été complétés par un troisième tome d’un niveau plus avancé.
L’ensemble est systématiquement fondé sur une approche progressive des problèmes, où aucune difficulté n’est passée sous silence et où chaque aspect du problème est discuté (en partant souvent d’un rappel classique). Cette volonté d’aller au fond des choses se concrétise dans la structure même de l’ouvrage, faite de deux textes distincts mais imbriqués : les » chapitres » et les » compléments « .
Les chapitres présentent les idées générales et les notions de base. Chacun d’entre eux est suivi de plusieurs compléments, en nombre variable, qui illustrent les méthodes et concepts qui viennent d’être introduits ; les compléments sont des éléments indépendants dont le but est de proposer un large éventail d’applications et prolongements intéressants.
Pour faciliter l’orientation du lecteur et lui permettre d’organiser ses lectures successives, un guide de lecture des compléments est proposé à la fin de chaque chapitre.
Le tome II se situe à un niveau un peu plus élevé que le tome I, en abordant des problèmes plus délicats comme la théorie des collisions, le spin et les calculs des perturbations indépendante ou dépendante du temps. Il fait une première incursion dans l’étude des particules identiques.
Dans ce tome, comme dans le précédent, toute notion théorique est immédiatement illustrée par des applications diverses présentées dans des compléments. Comme le tome I, il a bénéficié de quelques corrections mais il a également été augmenté : le chapitre XIII traite maintenant des perturbations aléatoires et un complément entier sur la relaxation y a été ajouté.
À propos de l’auteur
Claude Cohen-Tannoudji a été chercheur CNRS, puis professeur successivement à l’Université de Paris et au Collige de France, donnant des cours dont l’influence scientifique a été considérable. Il a été lauréat du Prix Nobel en 1997, avec Steve Chu et Williams Phillips, pour ses nombreuses contributions à la recherche, en particulier dans le domaine du refroidissement et du piégeage d’atomes par des faisceaux laser.
Bernard Diu a été professeur à l’Université de Paris et y a enseigné divers domaines de la physique, en particulier la mécanique quantique et la physique statistique, sur laquelle il a écrit un ouvrage de référence avec trois co-auteurs. Il a toujours montré un intérêt soutenu pour l’enseignement et la diffusion des sciences. Son domaine de recherche principal est la physique des particules.
Franck Laloe a été maître-assistant attaché aux cours de mécanique quantique, puis chercheur CNRS au sein du Laboratoire Kastler Brosse. Ses travaux de recherches ont porté sur divers effets liés aux statistiques quantiques, l’orientation nucléaire de l’hélium trois par pompage optique, les ondes de spin dans les gaz à basse température, et divers aspects de la mécanique quantique fondamentale.
