comprendre Le principe d'incertitude d'Heisenberg

Dans cet article, nous explorons le principe d'incertitude d'Heisenberg, l'un des concepts fondamentaux de la physique quantique. cet article vise à expliquer ce principe complexe de manière simple et accessible.

En physique quantique, les particules ne sont pas strictement des objets ponctuels et déterminés, mais plutôt des entités qui peuvent se comporter à la fois comme des particules localisées et des ondes étendues dans l'espace. Cette dualité a été établie par des expériences telles que l'expérience à double fente, où les particules se comportent comme des ondes et montrent des phénomènes d'interférence.

Une particule quantique peut avoir une longueur d’onde plus ou moins courte selon sa quantité de mouvement. La relation entre la longueur d’onde et la quantité de mouvement d’une particule est donnée par la formule de De Broglie:

Cette formule montre que plus la quantité de mouvement est grande, plus la longueur d’onde est petite, et inversement. Ainsi, une particule très rapide aura une longueur d’onde très courte, tandis qu’une particule très lente aura une longueur d’onde très longue.

Le principe d'incertitude d'Heisenberg, également connu sous le nom de relation d'incertitude d'Heisenberg, est un principe fondamental de la physique quantique formulé par Werner Heisenberg en 1927. Il énonce que certaines paires de grandeurs physiques, telles que la position et la quantité de mouvement d'une particule, ne peuvent être mesurées avec une précision absolue en même temps.

En d'autres termes, il est impossible de connaître simultanément avec une précision infinie à la fois la position et la vitesse d'une particule. Plus précisément, le principe d'incertitude d'Heisenberg établit que plus on connaît précisément la position d'une particule, moins on peut connaître précisément sa quantité de mouvement, et vice versa.

Cela est dû à la nature ondulatoire des particules quantiques. Leur comportement est décrit par des fonctions d'onde, qui ont des propriétés probabilistes.

Le principe d’incertitude d’Heisenberg stipule qu’il existe une limite fondamentale à la précision avec laquelle on peut connaître simultanément la position et la quantité de mouvement d’une particule quantique. Plus on mesure avec précision l’une de ces deux grandeurs, moins on peut mesurer avec précision l’autre. Cette limite est donnée par la relation suivante:

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Cette relation implique que si on veut localiser une particule quantique avec une grande précision, il faut lui donner une grande quantité de mouvement, et donc réduire sa longueur d’onde. Or, plus la longueur d’onde est petite, plus le caractère ondulatoire de la particule est faible, et plus le caractère corpusculaire est fort. Ainsi, en mesurant la position de la particule, on perturbe son état quantique et on modifie sa nature.

Inversement, si on veut mesurer la quantité de mouvement d’une particule quantique avec une grande précision, il faut lui donner une petite quantité de mouvement, et donc augmenter sa longueur d’onde. Or, plus la longueur d’onde est grande, plus le caractère ondulatoire de la particule est fort, et plus le caractère corpusculaire est faible. Ainsi, en mesurant la quantité de mouvement de la particule, on perturbe son état quantique et on modifie sa nature.

En résumé, le principe d'incertitude d'Heisenberg établit que certaines grandeurs physiques, comme la position et la quantité de mouvement, ne peuvent être mesurées avec une précision absolue en même temps. Cela est dû à la dualité onde-particule des particules quantiques et met en évidence les limites fondamentales de notre connaissance en physique quantique.