Physique quantique : Principe d'incertitude.

On ne peut observer quelque chose qu'en l'éclairant avec de la lumière. Or à l'échelle de l'infiniment petit, cela pose un problème tout à fait nouveau. Le moindre photon qui percute ou interagit avec un électron va modifier la trajectoire initiale de ce dernier ou le faire changer d'orbitale. A cette échelle, le photon devient un projectile qui pourra déterminer la position de l'électron, mais qui aura en même temps modifié sa vitesse et sa trajectoire; celle ci ne pourra donc pas être connue en même temps. La moindre mesure interfère avec l'objet de la mesure. et la change!

La longueur d'onde de l'onde associée à une particule est inversement proportionnelle à l'énergie de la particule. Lorsque cette longueur d'onde est inférieure ou est de l'ordre des dimensions des "objets" qui interviennent dans le phénomène, alors la nature corpusculaire de la particule est prépondérante. Inversement, si cette longueur d'onde est supérieure aux dimensions des "objets" impliqués, la nature ondulatoire de la particule va être observée. Or, la longueur d'onde est courte pour des particules très énergétiques. On en conclut que les phénomènes se produisant à hautes énergies mettront plutôt en évidence un comportement corpusculaire des particules alors que, inversement, les phénomènes à basses énergies seront plutôt de nature ondulatoire.

De façon imagée, on peut dire qu'une particule ayant une onde avec une grande longueur d'onde n'est pas bien localisée et donc son comportement est plutôt celui d'une onde (une onde est un phénomène non localisé). Lorsque la longueur d'onde se raccourcit, la particule apparaît de plus en plus localisée et se comporte de plus en plus comme un corpuscule (un corpuscule est une entité ayant une dimension et une position bien déterminées). En fait, Werner Heisenberg a étudié de près cette question et en a déduit des relations liant la précision que l'on peut obtenir de la vitesse et de la position d'une particule d'une part, et la précision de la mesure de son énergie en fonction de la durée de la mesure d'autre part. Ces relations sont connues sous le nom de relations d'incertitude d'Heisenberg.

En 1927, Heisenberg formule une propriété fondamentale (parfois aussi nommée principe d'incertitude) de la mécanique quantique qui dit qu'il est impossible de mesurer à la fois la position d'une particule EN MÊME TEMPS que sa vitesse de façon exacte. Plus l'on détermine avec précision l'un, moins on saura de chose sur l'autre. C'est ce que l'on a appelé le principe d'incertitude de Heisenberg.

La notion de trajectoire exacte n'a pas de sens pour les particules. Ce paradoxe quantique (encore un!) est lié à la difficulté d'observer un électron... Comment l'observer?

La relation mathématique est :

Cela signifie que l'incertitude sur la position multipliée par l'incertitude sur l'impulsion est supérieure ou égale à une constante (h-bar divisé par deux).

Ce principe peut également être écrit en termes d'énergie et de temps:

Cela signifie que l'incertitude sur l'énergie d'une particule multipliée par l'incertitude sur le temps est supérieure ou égale à une constante (h-bar divisé par deux). Donc durant un très court moment, l'incertitude sur l'énergie peut être grande.

Ce que disent ces relations c'est que :

• Si l'on connaît parfaitement la position d'une particule, on ne peut en connaître la vitesse et inversement,

• Sur de très courtes durées l'incertitude sur la mesure de l'énergie est très grande, c'est-à-dire que l'énergie peut fluctuer considérablement sur de très courtes durées !

Cela implique que le comportement de la matière à l'échelle de l'infiniment petit n'est pas déterminé ou prévisible. Les mesures que l'on peut effectuer sur la vitesse et la position de particules subatomiques expriment, non pas des certitudes, mais seulement des probabilités.

Les bases mêmes de la mécanique sont sérieusement ébranlées par ces relations d'incertitude !!!

Compilé de:

http://quark.chez.tiscali.fr/quantic2.php

http://time.space.free.fr/index.php3?Link=QUANT_Physique&Group=Quantique

http://www.lal.in2p3.fr/CPEP/unc_vir.php

Autres informations techniques:

http://perso.club-internet.fr/jac_leon/IdeesPhy/Atome/atome6.htm