La théorie quantique. Initiation et premières applications

Véritable ouvrage compagnon, Des mathématiques pour les sciences guidera l'étudiant en sciences tout au long de son cycle d'études, depuis la 2e année de Licence (L2) jusqu'au Master, partant de connaissances post-baccalauréat pour aller jusqu'à des sujets avancés sur les plans technique et conceptuel. L'objectif principal de cet ouvrage est de faire comprendre et d'apprendre à manipuler le formalisme essentiel à la pratique de la science. D'une part, il présente les mathématiques indispensables à toute forme de modélisation ; d'autre part, il permet l'assimilation des concepts conduisant à la maîtrise de techniques de calcul efficaces. L'accent porte sur le noyau dur que constitue l'analyse complexe sur laquelle sont construites les sciences exactes et, plus généralement, toute science qui vise à la modélisation de mécanismes quelle qu'en soit la nature. L'exposé formel est illustré par de nombreux exemples détaillés inspirés par des problèmes universels que l'on rencontre dans divers champs disciplinaires, tels la physique, la chimie, la mécanique ou encore la modélisation en économie. Des sujets très variés sont traités : algèbre linéaire, fonctions spéciales, transformations intégrales, distributions, équations différentielles et aux dérivées partielles, théorie des probabilités, théorie des groupes et introduction aux systèmes non-linéaires. Sont également abordés des thèmes ayant donné lieu ces dernières décennies à des avancées conceptuelles et méthodologiques majeures, comme la renormalisation et l'étude du chaos. Les "Plus" : exposé concret et illustré ; nombreuses applications et exercices corrigés ; démarche fondée sur l'intuition véritable vademecum de l'étudiant ; multiples références aux ouvrages classiques et à des articles historiques ou récents.

L?auteur prend un soin extrême à situer la mécanique quantique dans son développe- ment 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. Cet ouvrage est issu d?une expérience d?enseignement pendant plusieurs années en Licence et Maîtrise de Physique de l?Université Pierre et Marie Curie (Paris 6) et à l?Ecole Normale Supérieure (Ulm).

Véritable ouvrage compagnon, Des mathématiques pour les sciences 2 guidera l'étudiant en sciences tout au long de son cycle d'études, depuis la 2e année de Licence (L2) jusqu'au Master, partant de connaissances post-baccalauréat pour aller jusqu'à des sujets avancés sur les plans technique et conceptuel. Le Tome II présente les corrigés détaillés et commentés des problèmes proposés à la fin de chaque chapitre du livre de cours. La variété des thèmes abordés devrait permettre au lecteur d'une part d'approfondir les concepts, d'autre part d'acquérir la maîtrise des méthodes et des techniques dont l'efficacité permet de progresser vers la solution de la plupart des modélisations. Chaque corrigé, précédé de l'énoncé correspondant, est rédigé en grand détail afin de permettre la vérification minutieuse de toutes les étapes du raisonnement et des calculs intermédiaires. Le cas échéant, un complément permet d'approfondir un point, ou d'établir un lien avec d'autres questions à première vue quelque peu éloignées du sujet du problème. Enfin, des références sont fournies, qui renvoient tantôt à des ouvrages académiques, tantôt aux revues spécialisées ayant publié les articles originaux dont certains problèmes ont été tirés.