Le principe d'incertitude d'Heisenberg

Bonjour, bonsoir et bienvenue sur cet article qui va bien évidemment parler de la physique quantique et plus précisément du célèbre principe d'incertitude ou d'indétermination d'Heisenberg et non pas d'une des meilleures séries qui s'appelle Breaking Bad avec un autre Heisenberg. Peut-être pour un autre article concernant la série ! Avant de commencer je tiens à vous informer que c'est mon premier article concernant la physique quantique mais ce ne sera pas le dernier ! J'espère que cet article d'une part vous aidera à comprendre ce principe et vous donnera envie d'en savoir plus sur l'univers fascinant qu'est la physique quantique. Si vous avez des questions ou autres il y a un espace commentaire juste en dessous de l'article. Bonne lecture à toutes et à tous !

En 1927, Werner Karl Heisenberg découvre son célèbre principe d'incertitude ou principe d'indétermination. Avant de parler de ce principe il faut savoir qu'Heisenberg est l'un des fondateurs, avec Schrödinger, de la mécanique quantique et a reçu le prix Nobel de physique pour, je cite : « création de la mécanique quantique ».  Rien que ça ! Une dernière chose avant de parler du principe, il faut juste définir une seule chose importante qui s'appelle la « quantité de mouvement ». Pour faire très simple car c'est très simple en faite. Vous prenez un objet qui se déplace, la quantité de mouvement de cet objet, c'est la masse de cet objet multiplié par sa vitesse. Voici la formule de la quantité de mouvement :

Prenons un avion et une bille qui tous les deux vont à la même vitesse. Nous savons bien que ces deux objets n'ont pas la même masse mais nous les ajustons pour qu'ils aillent exactement à la même vitesse. En revanche leur vitesse respective multipliée par leur masse respective ne donnera pas la même quantité de mouvement. Parenthèse sur la quantité de mouvement terminée. Ce que nous pouvons noter d'intéressant sur la quantité de mouvement, c'est que dans un vide totale, nous prenons deux même billes et nous envoyons la première dans la direction de la deuxième afin qu'elle se touche et par conséquent grâce à cette expèrience nous pouvons voir que la quantité de mouvement est conservé puisque les deux billes vont parcourir exactement la même distance et s'annhiler. Juste en dessous, la pendule d'Isaac Newton composée de cinq billes et permettrant d'illustrer les théories de conservation de quantité de mouvement et de l'énergie !

Le principe d'incertitude explique la chose suivante : une particule possède plein de propriétés. Sa masse, sa vitesse, sa charge électrique, son spin par exemple. Toutefois certains couples de ces propriétés ne peuvent pas être mesurés conjointement avec une précision infinie. Par exemple, la position d'une particule et sa quantité de mouvement ne peuvent pas être mesurés simultanément avec autant de précision que nous le voulons. Ça signifie donc qu'à un moment il y a une limite, ça s'arrête, nous pourrions avoir l'appareil de mesure le plus sophistiqué il y aurait dans tous les cas une limite, c'est-à-dire que nous savons démontrer que ce n'est pas possible, que ce n'est pas juste un problème de précision de l'appareil de mesure. Le principe d'incertitude d'Heisenberg c'est précisément ça ! C'est dire qu'il existe des configurations dans lesquelles deux propriétés (ici la position et la quantité de mouvement d'une particule) ne peuvent être conjointement être aussi précisément mesurées comme nous le souhaitons. En conclusion, pour pouvoir mesurer précisément une des deux propriétés, il faut que l'autre soit imprécise.

Pour information, ce que dit mathématiquement le principe d'incertitude c'est que le produit de la variation de quantité de mouvement par la variation de position sera toujours supérieur à la constante de Planck divisée par 4π. Voici la formule du principe d'incertitude d'Heisenberg.

 

Maintenant pour expliquer le principe d'incertitude je vais utiliser l'exemple d'une onde mais attention cela ne signifie pas qu'une particule est comme une onde ! Je prends cet exemple-là pour expliquer ce principe car avec une onde c'est très simple et démonstratif pour expliquer le principe d'incertitude. C'est aussi la manière d'expliquer le principe d'incertitude la plus classique. Donc imaginez une onde, plus précisément une onde à la surface de l'eau. Une vague si vous voulez et qu'il y a deux informations sur cette onde qui nous intéressent : sa position et sa longueur d'onde. La longueur d'onde d'une onde c'est une distance en faite, c'est la longueur qui sépare deux crêtes d'une onde. Donc voilà, nous avons notre onde régulière qui se répète, nous pouvons facilement mesurer sa longueur d'onde. Vous trouvez deux crêtes (sommets), vous mesurez la distance entre ces deux crêtes et vous obtenez la longueur d'onde. Cependant, où se trouve cette onde précisément ? Impossible de le savoir, nous savons qu'elle est là mais seulement imprécisément.

Maintenant nous prenons une onde ponctuelle, c'est-à-dire une onde avec une seule crête. Nous connaissons précisément sa position dans cas-ci. En revanche, impossible de connaître sa longueur d'onde puisqu'il n'y pas deux crêtes mais uniquement qu'une seule crête.

Merci d'avoir lu jusqu'ici, ça prouve que la mécanique quantique et tout ce qui gravitent autour vous intéresse sans mauvais jeu de mot. N'hésitez pas à me faire savoir dans l'espace commentaire juste en dessous si l'article vous a aidé, si cela vous a donné envie d'en savoir plus sur d'autres théories de la physique quantique ou bien si vous avez des questions ce sera avec plaisir que je répondrai ! D'autres articles sur la mécanique quantique sont en cours de préparation donc si vous voulez ne rien rater vous pouvez vous inscrire avec votre adresse e-mail pour recevoir une notification quand je sors un nouvelle article. À bientôt !