Aidons-nous
de l'analogie suivante:
Une particule subatomique peut se comporter à la fois comme une onde (l'équivalent d'une vague) et un corpuscule (l'équivalent d'un petit caillou). En fait, elle n'est ni l'un ni l'autre : c'est une entité beaucoup plus abstraite qui, selon les situations, donne l'impression de se comporter soit comme une onde, soit comme un corpuscule. La même chose s'applique pour la lumière. (On appelle les particules de la lumière des photons).
La remise en cause la plus importante à laquelle oblige la physique quantique concerne la manière de représenter les objets physiques et leurs propriétés. L'ancienne physique, dite classique, distingue deux sortes d'entités fondamentales:
La physique quantique ne retient pas cette classification pourtant bien commode. Les objets qu'elle considère ne sont ni des corpuscules, ni des ondes, mais "autre chose".
Aidons-nous
de l'analogie suivante:
Regardé sous deux angles différents, un cylindre nous apparaît tantôt
comme un cercle, tantôt comme un rectangle. Pourtant il n'est ni l'un ni
l'autre.
Ainsi en est-il du photon, de l'électron ou de toute particule élémentaire
dont l'image corpusculaire ne serait qu'une facette d'une entité plus complexe.
Ce point précis peut poser un problème philosophique très troublant: La réalité
objective (s'il elle existe indépendemment de l'esprit humain) est-elle
accessible ? Ou sommes-nous condamner à n'observer qu'un monde d'apparences
trompeuses?
Les ondes associées aux électrons furent mises en évidence par Clinton Davisson en 1925 par une expérience d'interférence (dite expérience des trous d'Young en référence au physicien britannique Thomas Young qui en 1801 mis en évidence des interférences lumineuses en faisant passer un faisceau lumineux entre deux fentes). Les électrons sont émis par une source, sont accélérés puis sont envoyés sur un cristal dont l'alignement atomique joue le rôle des fentes dans l'expérience de Young. Selon une interprétation purement corpusculaire de la nature des électrons, la répartition des électrons après le passage de la plaque devrait être celle-ci :
Or, l'expérience a montré que les électrons se répartissaient en franges similaires à des franges d'interférence. L'observation de franges d'interférence implique nécessairement que les objets observés sont des ondes et non des corpuscules !
Pour résumer, les électrons se comportent comme des corpuscules dans le phénomène photo-électrique et comme des ondes dans l'expérience des trous d'Young.
Ainsi les physiciens durent conclure que, d'une part les ondes électromagnétiques possédaient également une nature corpusculaire, et que d'autre part les particules de matière possédaient aussi une nature ondulatoire. Il y avait là un paradoxe insurmontable. Niels Bohr trancha le débat en énonçant le principe de complémentarité qui fit la synthèse de ces résultats apparemment inconciliables.