8. Incertitudes quantiques
- Par Philip Ball
Pages 111 à 120
Citer ce chapitre
- BALL, Philip,
- BALL, Philip,
- Traduction de LE BELLAC, Michel,
- Ball, Philip.
- Ball, P.
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Notes
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[1]
NdT. En termes techniques, il s’agit de la déviation standard de la distribution de probabilité de la variable q.
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[2]
Heisenberg a bien sûr utilisé des termes allemands : son article original de 1927 utilise à la fois ungenauigkeit (inexactitude) et unbestimmtheit (indétermination). « Indétermination » serait probablement la meilleure expression. « Incertitude » est probablement plus proche de unsicherheit (incertitude), que préférait Bohr. Dans ce cas précis, on pourrait reprocher à juste titre à Bohr d’avoir passé outre à son utilisation habituellement scrupuleuse des mots.
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[3]
NdT. Il faut bien comprendre que l’on ne joue pas sur la précision des mesures, mais sur la préparation de la fonction d’onde. Nous pouvons construire expérimentalement une fonction d’onde telle que Δq soit petit, et donc telle que la position de la particule soit bien déterminée, mais alors Δp sera grand, ou inversement construire une fonction d’onde telle que Δp soit petit et Δq grand.
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[4]
Bien qu’il existe une relation formellement analogue au principe d’incertitude pour le temps et l’énergie, l’interprétation de cette relation est subtile, car le temps et l’énergie ne sont pas, à strictement parler, des variables canoniquement conjuguées.
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[5]
NdT. Même si cela n’est pas évident, se donner un état quantique sous la forme d’une suite de nombres est équivalent à se donner la fonction d’onde de cet état. C’est cette observation qui permet de montrer l’équivalence entre le formalisme de Schrödinger et celui de Heisenberg.
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[6]
Heisenberg avait compris que pour « voir » un tel électron, il fallait utiliser des photons de longueur d’onde très courte, tels que les rayons γ. Cependant, son ignorance de la physique de base du microscope faillit lui coûter son examen de doctorat en 1923, et il ne s’était pas beaucoup amélioré depuis. Lorsqu’il présenta son « microscope à rayons γ », son mentor danois Bohr fut obligé de corriger quelques erreurs factuelles dans son argumentation.
S’il y a une chose que le grand public sait de la mécanique quantique, c’est qu’elle est incertaine. On nous dit qu’il existe un flou du monde quantique qui nous empêche de le connaître dans ses détails les plus intimes. Il y a quatrevingt-dix ans, Werner Heisenberg a donné une formulation quantitative à ce flou en énonçant son célèbre principe d’incertitude.
Mais la découverte de Heisenberg est souvent mal comprise. On pourrait en déduire par exemple que rien dans le monde quantique ne peut être mesuré exactement (peut-être parce qu’on est obligé de perturber ce que l’on mesure ?) ou bien, selon une autre idée fausse mais un peu plus sophistiquée, que si nous voulons mesurer quelque chose de façon de plus en plus exacte, alors nous devons accepter un flou de plus en plus grand sur d’autres quantités. Aucune de ces deux conceptions n’est correcte.
Commençons donc par énoncer le principe d’incertitude sous une forme que l’on pourrait trouver aujourd’hui dans un manuel. Considérons une particule quantique décrite par sa fonction d’onde de Schrödinger. Cette fonction d’onde contient toute l’information disponible sur la particule : en particulier, si nous essayons de mesurer sa position q, elle nous donne la probabilité d’obtenir une valeur particulière de la position : autrement dit, elle nous donne la distribution de probabilité de la position. Cette distribution de probabilité possède une certaine largeur Δq, qui mesurerait la dispersion des résultats au cas où nous déciderions d’effectuer de telles mesures en les répétant un grand nombre de fois sur des fonctions d’onde préparées de façon identique…
Date de mise en ligne : 01/06/2022