⚛️
Vérification du principe d’indétermination de
HEISENBERG par Alain ASPECT
-ENJEUX DE L’EXPÉRIENCE-
Le Principe d’indétermination (ou d’incertitude mais nous préfèrerons la première appellation) :
QUELQUES PRINCIPES :
→ La quantité de mouvement : la masse x la vitesse
(comparer juste la vitesse n’a pas toujours beaucoup de sens : une petite bille de plomb et un Boeing 777
peuvent se déplacer tous les deux à 10 km/h, mais lorsque nous prenons en considération la masse, nous
avons une conscience plus juste de ce qui est à l’oeuvre)
Comme pour l’énergie, dans un système indépendant de toute influence extérieure, la quantité de mouvement
est toujours la même, conformément au premier principe de la thermodynamique. Soit un espace vide au sein
duquel deux billes se trouvent : admettons qu’une se déplace à une vitesse v et entre en collision avec la
deuxième bille, la quantité de mouvement ne cesse jamais d’être la même.
→ une particule possède de nombreuses propriétés (masse, charge électrique, vitesse…). Certains couples de
ces propriétés ne peuvent être mesurés conjointement avec une précision infinie. C’est le cas de la position
d’une particule et de sa quantité de mouvement → ils ne peuvent être mesurés en même temps avec autant de
précision qu’on le voudrait. Cette “incertitude” fait l’objet d’une démonstration, cela n’est pas juste un problème de
l’appareil de mesure , cela n’est simplement pas possible. La relation mathématique exprimant cette limite est la
suivante :
La variation de la quantité de mouvement X variation de position ≥ (constante de Planck divisé par 4π)
Explication par analogie :
Vérification du principe d’indétermination de HEISENBERG par Alain ASPECT 1
, Soit une onde sur une étendue d’eau.
Deux informations nous intéressent à propos de cette onde : sa position et sa longueur d’onde.
Si l’onde est régulière (pensez aux rides sur la surface de l’eau lorsque du vent souffle ou à l’effet produit
après avoir jeté une pierre dans un étang ) la longueur d’onde est aisée à déterminer. En effet, il suffit de
mesurer la longueur entre deux crêtes. : c’est la mesure d’une distance. Quant à connaître la position de
l’onde… et bien elle est partout et nulle part en même temps, elle ne peut pas se mesurer avec précision.
Si l’onde est ponctuelle (comme une grosse vague soudaine qui ne serait suivie par aucune autre) : la position
est évidente, mais la mesure d’une longueur d’onde ne se peut faire, faute de deuxième onde.
= C’est cela le principe d’Heisenberg : il existe des configurations où nous ne pouvons pas mesurer conjointement
deux propriétés aussi précisément qu’on le souhaite.
ATTENTION ! L’analogie s’arrête là : ce principe à pour objet les particules élémentaires qu’il ne faut en aucun
cas confondre avec des ondes (même si ces dernières relèvent davantage de l’onde que du corpuscule). Cette
approche strictement ondulatoire du problème ne nous sert qu’à comprendre mieux ses enjeux :
→si nous voulons avoir une mesure précise d’une particule élémentaire, il faut nécessairement qu’une autre soit
imprécise.
La controverse Bohr-Einstein
Lorsque ce principe fut présenté lors de la cinquième édition du congrès Solvay en 1927, il fut accueilli avec plus
ou moins d’engouement : il est un facteur majeur de la désormais célèbre “controverse Bohr-Einstein”.
Einstein, s’inscrivant alors dans une perspective réaliste, refusait de voir dans cette indétermination une remise en
cause du principe déterministe ayant cours dans les sciences. Pour lui en effet, “Dieu ne joue pas aux dés” : il y a
bien une réalité qui demeure la même en dehors des observations et qui est cohérente.Notre incapacité à combler
cette incertitude relève de l’insuffisance de nos connaissances. La mécanique quantique, comme théorie, est
incomplète pour lui. Dès lors, il faut mettre sur le compte de variables cachées cette indétermination observées
dans le cadre des mesures effectuées à échelle quantique. Il ne se peut résoudre à ce que la physique, dans sa
description la plus intime, soit réduite à la probabilité. (Attention cela ne fait pas d’Einstein un détracteur de la
Vérification du principe d’indétermination de HEISENBERG par Alain ASPECT 2
Vérification du principe d’indétermination de
HEISENBERG par Alain ASPECT
-ENJEUX DE L’EXPÉRIENCE-
Le Principe d’indétermination (ou d’incertitude mais nous préfèrerons la première appellation) :
QUELQUES PRINCIPES :
→ La quantité de mouvement : la masse x la vitesse
(comparer juste la vitesse n’a pas toujours beaucoup de sens : une petite bille de plomb et un Boeing 777
peuvent se déplacer tous les deux à 10 km/h, mais lorsque nous prenons en considération la masse, nous
avons une conscience plus juste de ce qui est à l’oeuvre)
Comme pour l’énergie, dans un système indépendant de toute influence extérieure, la quantité de mouvement
est toujours la même, conformément au premier principe de la thermodynamique. Soit un espace vide au sein
duquel deux billes se trouvent : admettons qu’une se déplace à une vitesse v et entre en collision avec la
deuxième bille, la quantité de mouvement ne cesse jamais d’être la même.
→ une particule possède de nombreuses propriétés (masse, charge électrique, vitesse…). Certains couples de
ces propriétés ne peuvent être mesurés conjointement avec une précision infinie. C’est le cas de la position
d’une particule et de sa quantité de mouvement → ils ne peuvent être mesurés en même temps avec autant de
précision qu’on le voudrait. Cette “incertitude” fait l’objet d’une démonstration, cela n’est pas juste un problème de
l’appareil de mesure , cela n’est simplement pas possible. La relation mathématique exprimant cette limite est la
suivante :
La variation de la quantité de mouvement X variation de position ≥ (constante de Planck divisé par 4π)
Explication par analogie :
Vérification du principe d’indétermination de HEISENBERG par Alain ASPECT 1
, Soit une onde sur une étendue d’eau.
Deux informations nous intéressent à propos de cette onde : sa position et sa longueur d’onde.
Si l’onde est régulière (pensez aux rides sur la surface de l’eau lorsque du vent souffle ou à l’effet produit
après avoir jeté une pierre dans un étang ) la longueur d’onde est aisée à déterminer. En effet, il suffit de
mesurer la longueur entre deux crêtes. : c’est la mesure d’une distance. Quant à connaître la position de
l’onde… et bien elle est partout et nulle part en même temps, elle ne peut pas se mesurer avec précision.
Si l’onde est ponctuelle (comme une grosse vague soudaine qui ne serait suivie par aucune autre) : la position
est évidente, mais la mesure d’une longueur d’onde ne se peut faire, faute de deuxième onde.
= C’est cela le principe d’Heisenberg : il existe des configurations où nous ne pouvons pas mesurer conjointement
deux propriétés aussi précisément qu’on le souhaite.
ATTENTION ! L’analogie s’arrête là : ce principe à pour objet les particules élémentaires qu’il ne faut en aucun
cas confondre avec des ondes (même si ces dernières relèvent davantage de l’onde que du corpuscule). Cette
approche strictement ondulatoire du problème ne nous sert qu’à comprendre mieux ses enjeux :
→si nous voulons avoir une mesure précise d’une particule élémentaire, il faut nécessairement qu’une autre soit
imprécise.
La controverse Bohr-Einstein
Lorsque ce principe fut présenté lors de la cinquième édition du congrès Solvay en 1927, il fut accueilli avec plus
ou moins d’engouement : il est un facteur majeur de la désormais célèbre “controverse Bohr-Einstein”.
Einstein, s’inscrivant alors dans une perspective réaliste, refusait de voir dans cette indétermination une remise en
cause du principe déterministe ayant cours dans les sciences. Pour lui en effet, “Dieu ne joue pas aux dés” : il y a
bien une réalité qui demeure la même en dehors des observations et qui est cohérente.Notre incapacité à combler
cette incertitude relève de l’insuffisance de nos connaissances. La mécanique quantique, comme théorie, est
incomplète pour lui. Dès lors, il faut mettre sur le compte de variables cachées cette indétermination observées
dans le cadre des mesures effectuées à échelle quantique. Il ne se peut résoudre à ce que la physique, dans sa
description la plus intime, soit réduite à la probabilité. (Attention cela ne fait pas d’Einstein un détracteur de la
Vérification du principe d’indétermination de HEISENBERG par Alain ASPECT 2
