• JC Duval

Heisenberg

"Il ne peut y avoir une description visuelle de la structure de l’atome, car une telle description - parce que visuelle, précisément - devrait se servir des concepts de la physique classique, concepts qui ne permettent plus de saisir les phénomènes"

Heisenberg 1901 - 1976

 

Werner Heisenberg est un des grands physiciens du XXe siècle. Il a été un des pionniers de la mécanique quantique. Ses travaux lui ont valu le prix Nobel de physique. Heisenberg est surtout connu en raison du principe qui porte son nom ou principe d’incertitude.

Il aurait d'ailleurs été préférable de l'appeler principe d'indétermination.

 

Principe d'indétermination

“Le principe d’incertitude se refère au degré d’indétermination dans la connaissance actuelle possible des valeurs simultanées de diverses grandeurs dont traite la théorie quantique; il ne restreint pas, par exemple, l’exactitude d’une mesure de position seule ou d’une mesure de vitesse seule.” – Werner Heisenberg

Le principe d'indétermination énonce qu’il est impossible de connaître de manière simultanée et de façon précise, la position et la vitesse d’une particule quantique.


Dans toute mesure, il est illusoire et vain de vouloir établir précisément leurs valeurs. Il est impossible de connaitre les deux à la fois. La précision de la mesure de l'une se fait au détriment de l'autre. Voilà le prix exigé par la Nature pour connaître la valeur exacte de l’une des deux grandeurs.


Mais comprenons nous bien, ce n’est pas dû à une incapacité qu'aurait la mécanique quantique à les fournir, la MQ ne fait que révéler le changement de paradigme auquel il faut désormais se plier pour définir ce qu'est une particule. Une particule quantique ne doit pas/plus être considérée comme une 'chose classique' mais comme 'quelque chose de quantique'.

Pire encore, le principe suggère que l'ordre de la mesure compte aussi. Si la position est sondée en premier alors la vitesse est imprécise et vice versa.

Pour finir enfin, la notion de trajectoire est complètement remise en cause. Depuis l'avènement de la physique dite 'moderne' établie par Galilée suivi de Newton, des générations de physiciens ont supposé que tout objet est décrit par sa position et sa vitesse. Le principe de Heisenberg suggère que cette trajectoire n'a plus de sens pour les particules quantiques.

 

Onde-corspucule


Approche classique :

• La matière est faite de particules.

• La lumière est une onde.


Approche quantique :

• La matière est aussi une onde.

• La lumière est aussi faite de particules.


La dualité onde-corpuscule pose un réel problème.

Ontologiquement, onde et corpuscule ne peuvent pas caractériser en même temps un même objet. A l'évidence, une particule quantique est autre chose qu'un objet 'classique'. Une particule quantique n'est ni une onde, ni un corpuscule.

• Seule la méthode expérimentale appliquée à la mesure, permet de faire un choix entre les deux points de vue. En fonction de ces points de vue, l'observateur distinguera la particule quantique tantôt comme une onde tantôt comme un corpuscule.


Représentation différente en fonction du point de vue.

Représentation différente en fonction du point de vue.

Source : Le Monde

 

Pour ceux qui veulent en savoir un peu plus ...


Mesure position - vitesse

Le paquet d'onde de la particule de gauche couvre plusieurs oscillations. De ce fait, on peut évaluer précisément la vitesse de la particule en mesurant la distance entre les crêtes. En revanche sa position se situe quelquepart entre la première et dernière crête.

Le paquet d'onde de la particule de droite est nettement plus étroit. Cette fois ci pas de souci pour déterminer sa position. Par contre, il n'y pas assez de crêtes pour déterminer sa vitesse.

Voilà le principe d'incertitude. Si vous cherchez la vitesse d'une particule, il vous faut plusieurs oscillations pour la mesurer de façon précise, mais vous ne savez plus bien où elle se trouve. Inversement, si vous n'avez qu'une oscillation, il est facile de connaitre sa position, mais à contrario sa vitesse devient imprécise.

 

La commutativité

Alain Connes, Médaille Fields en 1982.


Je prends 2 nombres, par ex 2 et 4.


4 x 2 = 2 x 4 = 8


On appelle ça « commuter », c’est à dire inverser l’ordre des grandeurs dans le calcul. Dans une multiplication, si on commute les nombres, ça ne change rien.


En MQ, on travaille avec des objets appelés des matrices qui matérialisent des grandeurs que l'on appelle des observables, et là quand vous inversez l'ordre des matrices le résultat n'est pas obligatoirement le même.

M1 x M2M2 x M1


Dans une multiplication, si on commute les matrices, ça change tout.

L'ordre de la mesure et donc le choix de l'observation conditionne le résultat. Au niveau du nano-monde, c'est ce que Heisenberg a mis en évidence ...

 

Claude Aslangul - le principe d'incertitude

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