De l'atome au noyau


Où les corpuscules de matière révèlent leur nature ondulatoire ... (10/11)

Persuadé que la mécanique quantique doit reposer sur des bases purement observationnelles, sur la base de l'observation des raies spectrales propres à chaque atome en l'occurrence, seules véritables manifestations de leur structure électronique interne, Werner Heisenberg (1901-1976) proposa, dès 1925, une alternative matricielle à la théorie ondulatoire d'Erwin Schrödinger : "Les ondes et les particules font certainement partie de notre langage habituel (...) mais puisque la physique classique n'est pas valable dans ce domaine, pourquoi persister à utiliser de tels concepts ? Pourquoi ne pas dire simplement que nous ne pouvons pas les utiliser avec une grande précision ? Lorsque nous dépassons le cadre de la théorie classique, nous devrions nous rendre compte que nos mots usuels ne s'appliquent plus. Ils n'embrassent pas la réalité physique et par conséquent un nouveau formalisme mathématique (matriciel en l'occurrence) est tout aussi approprié parce qu'il nous dit ce qui peut ètre et ce qui ne le peut pas". Paul Adrien Maurice Dirac (1902-1984) et Erwin Schrödinger démontreront ultérieurement toutefois que mécaniques ondulatoire et matricielle sont mathématiquement équivalentes.

Dans ce contexte matriciel, Werner Heisenberg s'aperçut que la commutativité des produits de deux grandeurs p et q n'était plus vérifiée : le produit qp de la position q par l'impulsion p du corpuscule considéré diffère en effet du produit pq. En d'autres termes, la mesure de son impulsion suivie de celle de sa position diffère de la mesure de sa position suivie de celle de son impulsion. Ce qui laisse à penser que la mesure de l'une des deux quantités perturbe la mesure de la seconde. Dans le monde subatomique tout au moins, il n'est donc pas possible de déterminer avec certitude ces deux quantités simultanément. Résultat qui se traduisit par la formulation du désormais célèbre principe d'incertitude :

stipulant que le produit de l'incertitude sur la position q de la particule considérée et de l'incertitude sur son impulsion p est toujours au moins égal à h/2p. De mème, le produit des incertitudes pesant sur son énergie E et sur le temps t :

Werner Heisenberg
(1901-1976)

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