Le principe d'incertitude de Heisenberg
Le principe d'incertitude de Heisenberg est relativement simple à énoncer et a une idée simple. En physique newtonienne traditionnelle, également appelée physique classique, on croyait que si l'on connaissait la position initiale et la quantité de mouvement (masse et vitesse) de toutes les particules d'un système, nous serions capables de calculer leurs interactions et de prédire comment il va se comporter. Cela semble correct, si nous savons décrire avec précision les interactions entre ces particules, mais cela part d'une hypothèse très forte : qu'en fait nous connaissons la position et la quantité de mouvement de toutes les particules.
Selon le principe d'incertitude, on ne peut connaître avec une précision absolue la position ou la quantité de mouvement (et donc la vitesse) d'une particule. Cela se produit parce que pour mesurer l'une de ces valeurs, nous finissons par les modifier, et ce n'est pas une question de mesure, mais de physique quantique et de la nature des particules. Le principe d'incertitude est assimilé à la formule :
où Δx est l'incertitude de position e Δp est l'incertitude sur la quantité de mouvement de la particule
Pour mieux comprendre, quand on a besoin de connaître la position d'une particule selon la mécanique classique, on a besoin de 2 variables : la vitesse de cet objet et le temps passé d'un point à l'autre. Ce n'est qu'alors que nous pourrons définir sa position. Maintenant, en ce qui concerne les particules subatomiques, nous ne pouvons être sûrs d'aucune des 2 informations car à cette échelle, la matière se comporte de manière aléatoire et incertaine ! En d'autres termes, nous savons que pour définir un état de la particule, nous avons besoin de deux informations différentes pour en définir une autre, si nous pouvons avoir une bonne définition de la position d'une sous-particule, nous ne connaissons pas avec certitude sa vitesse, et vice-versa versa. La vidéo suivante vous apportera une idée plus claire, regardez-la ! (ACTIVER LES SOUS-TITRES !!!)
Bref! Pour clarifier ce concept, imaginez que vous tenez l'extrémité d'une très longue corde et que vous produisez une vague en la faisant basculer de haut en bas en rythme. Si quelqu'un demande 'où est précisément la vague ?' vous penserez que cette personne est folle : la vague n'est précisément nulle part. Il est distribué par des poils de 45m ou plus de la corde elle-même. Mais si cette personne demande quelle est la longueur d'onde, vous pourriez donner une réponse plus cohérente : quelque chose autour de 7 mètres. Bien sûr, vous pouvez esquisser des cas intermédiaires dans lesquels l'onde est raisonnablement bien située et la longueur d'onde est raisonnablement bien définie, mais il y a un dilemme inévitable ici : plus la position de cette onde est précise, moins la longueur d'onde est précise et inversement. Ceci s'applique bien sûr à tout phénomène ondulatoire, et donc particulièrement à la fonction d'onde en mécanique quantique. Maintenant, la longueur d'onde de Ψ est liée à la quantité de mouvement de la particule par cette formule de Broglie.
où Δx est l'incertitude de position et Δp est l'incertitude sur la quantité de mouvement de la particule