Le principe d’incertitude d’Heisenberg

3 mars 2019
Connaissez-vous cette théorie ?

Le principe d’incertitude d’Heisenberg nous signale que le simple fait d’observer une particule subatomique, comme un électron, altérera son état. Ce phénomène nous empêchera de savoir précisément où il se trouve et comment il se déplace. Cette théorie de l’univers quantique peut aussi s’appliquer au monde macroscopique pour comprendre à quel point notre réalité peut être inattendue.

On dit souvent que la vie serait ennuyeuse si nous pouvions prédire avec exactitude ce qu’il va se produire à chaque instant. Werner Heisenberg nous a justement démontré cette idée de façon scientifique, et il a été le premier à le faire. Grâce à lui, nous savons que tout est intrinsèquement incertain dans le tissu microscopique des particules quantiques. Encore plus que dans notre propre réalité. 

Ce principe a été énoncé en 1925 alors que Werner Heisenberg avait à peine 24 ans. Huit ans après cette formulation, ce scientifique allemand remportait le Prix Nobel de Physique. Il faut savoir que la physique atomique moderne s’est développée grâce à ses travaux. Mais Heisenberg a été beaucoup plus qu’un scientifique : ses théories ont aussi contribué à faire avancer la philosophie.

Son principe d’incertitude est un point de départ essentiel pour mieux comprendre les sciences sociales et ce domaine de la psychologie qui nous en apprend un peu plus sur notre réalité complexe…

« Ce que nous observons n’est pas la nature en soi mais la nature exposée à notre méthode de questionnement. »

-Werner Heisenberg-

Heisenberg

Qu’est-ce que le principe d’incertitude d’Heisenberg ?

Le principe d’incertitude d’Heisenberg pourrait se résumer d’une façon philosophique : dans la vie, comme en mécanique quantique, nous ne pouvons jamais être sûrs de rien. La théorie de ce scientifique nous a démontré que la physique classique n’était pas aussi prévisible que nous le pensions.

Elle nous a fait voir que, sur le plan subatomique et à un moment précis, il est impossible de savoir où se trouve une particule, comment elle se déplace et quelle est sa vitesse. Prenons un exemple pour illustrer cette idée.

  • Lorsque nous roulons en voiture, il nous suffit de regarder le compteur pour savoir à quelle vitesse nous allons. Nous connaissons aussi notre position et savons où nous allons. Nous parlons ici d’un niveau macroscopique et ne recherchons pas une précision très élevée.
  • Dans le monde quantique, cela ne se produit pas. Les particules microscopiques n’ont pas de position déterminée. Et elles n’ont pas qu’une seule direction. En fait, elles peuvent se diriger vers une infinité de lieux à un même moment. Alors, comment pouvons-nous mesurer ou décrire le mouvement d’un électron ?
  • Heisenberg a démontré que pour localiser un électron dans l’espace, le plus habituel est de faire rebondir des photons.
  • Avec cette action, on ne réussissait en réalité qu’à altérer cet élément. Par conséquent, on ne pouvait jamais réaliser d’observation précise et juste. C’est comme si l’on devait freiner la voiture pour mesurer sa vitesse.

Pour mieux comprendre cette idée, nous pouvons faire une comparaison. Le scientifique est comme une personne aveugle qui se sert d’un ballon médicinale pour savoir à quelle distance se trouve un tabouret et connaître sa position. Il lance la balle dans tous les sens jusqu’à ce qu’elle touche l’objet.

Or, ce ballon est tellement puissant qu’il bouscule le tabouret et le fait changer de place. Nous pourrons mesurer la distance mais ne saurons plus réellement où était l’objet.

le monde quantique et Heisenberg

L’observateur modifie la réalité quantique

Le principe d’Heisenberg nous démontre un fait évident : les personnes influent sur la situation et la vitesse des petites particules. Ainsi, ce scientifique allemand, qui s’intéressait aussi aux théories philosophiques, disait souvent que la matière n’était ni statique, ni prévisible. Les particules subatomiques ne sont pas des « choses » mais des tendances.

Qui plus est, quand le scientifique sait un peu mieux où se trouve un électron, ce dernier se retrouve plus loin et son mouvement devient plus complexe. Le simple fait de procéder à une mesure entraîne le changement, l’altération et le chaos dans ce tissu quantique.

Ainsi, en prenant en compte le principe d’incertitude d’Heisenberg et l’influence perturbatrice de l’observateur, les accélérateurs de particules ont été créés. Dans l’actualité, des études comme celle menée par le docteur Aephraim Steinberg à l’Université de Toronto, au Canada, nous signalent des progrès. Même si le principe d’incertitude est encore valide (c’est-à-dire le fait que la simple mesure altère le système quantique), des progrès très intéressants ont lieu au niveau des mesures grâce à un meilleur contrôle des polarisations.

Le principe d’Heisenberg, un monde plein de possibilités

Nous le signalions au tout début. Le principe d’Heisenberg peut s’appliquer à beaucoup d’autres contextes en dehors de la physique quantique. En fin de compte, l’incertitude est la conviction qu’un grand nombre de choses qui nous entourent ne sont pas prévisibles. Elles échappent à notre contrôle ou nous les altérons à travers nos actions.

Grâce à Heisenberg, nous passons de la physique classique (où tout est sous contrôle dans un laboratoire) à cette physique quantique où l’observateur est à la fois créateur et viseur. En fait, l’être humain agit sur son contexte et est capable de promouvoir de nouvelles et fascinantes possibilités.

Le principe d’incertitude et la mécanique quantique ne donneront jamais un seul résultat face à un événement. Quand le scientifique observe, de multiples possibilités apparaissent devant lui. Essayer de prédire quelque chose avec exactitude est presque impossible et, curieusement, il s’agit d’un aspect auquel s’est toujours opposé Albert EinsteinCe dernier n’aimait pas penser que l’Univers était régi par le hasard.

Cependant, aujourd’hui, de nombreux scientifiques et philosophes sont encore fascinés par le principe d’incertitude d’Heisenberg. Invoquer ce facteur imprévisible de la mécanique quantique rend la réalité moins déterministe et accorde plus de liberté à nos entités. 

« Nous sommes faits des mêmes éléments que n’importe quel objet et sommes aussi soumis aux mêmes interactions élémentaires. »

-Albert Jacquard-

 

  • Busch, P., Heinonen, T., y Lahti, P. (2007, noviembre). El principio de incertidumbre de Heisenberg. Informes de física . https://doi.org/10.1016/j.physrep.2007.05.006
  • Galindo, A.; Pascual, P. (1978). Mecánica Cuántica. Madrid: Alhambra.
  • Heinsenberg, Werner (2004) La parte y el todo. Ellago