Bonjour,

j'ai réagit à une vidéo qui concerne le domaine quantique, voici en intégral (sans les photos, je ne sais pas comment on les place

pour comprendre le principe d'incertitude, je l'ai replacé dans une synthèse historique de notre perception de l'univers.

 

 LE PRINCIPE D’INCERTITUDE

 

De quoi s’agit-il ?

 

Il s’agit d’une découverte de Heisenberg en 1926 relative à la recherche fondamentale.

Pour comprendre l’importance de cette découverte je vais retracer la vision de l’univers que l’homme a fait à travers les siècles.

 

En 340 avant Jésus-christ, le philosophe Aristote avança dans son ouvrage « Du ciel » que la terre était sphérique plutôt que plate

Aristote pensait que la terre était immobile et que le soleil, la lune, les planètes et les étoiles tournaient autour d’elle selon un mouvement circulaire. Il pensait cela parce qu’il estimait pour des raisons mystiques que la Terre était le centre de l’univers et que le mouvement circulaire représentait la perfection.

 

Au deuxième siècle avant Jésus Christ Ptolémée fournissait un modèle d’un système suffisamment fiable pour prédire la position des corps célestes dans le ciel. Son système fut adopté par l’Eglise chrétienne car elle y trouva une vision de l’univers en accord avec les Saintes Ecritures et qui avait le gros avantage de laisser de la place au-delà de la sphère des étoiles fixes, pour le paradis et l’enfer.

 

En 1514, Un modèle d’univers plus simple fut proposé par un prêtre polonais, Nicolas Copernic. Craignant d’être accusé d’hérésie et brûlé par son Eglise, celui-ci publia d’abord ses  théories sous le couvert de l’anonymat.

 

Copernic pensait que le Soleil était immobile, au centre de l’univers, et que les planètes décrivaient des orbites circulaires autour de lui.

 

Depuis longtemps Galilée  croyait comme Copernic que les planètes tournaient autour du soleil, mais ce n’est que quant il en trouva la preuve par l’observation du ciel qu’il décida de la défendre publiquement en 1609.

Les professeurs aristotéciens en prirent ombrage et s’unirent contre Galilée dans l’espoir de persuader l’Eglise catholique de condamner la doctrine de Copernic.

Galilée se rendit à Rome pour s’expliquer auprès des autorités ecclésiastiques. Il leur montra que la Bible n’avait aucune ambition scientifique et que l’on interprétait couramment comme des allégories tous les points où les Ecritures se trouvaient en conflit avec le bon sens.

Mais l’Eglise eu peur d’un scandale risquant de l’affaiblir dans son combat contre le protestantisme. Elle prit donc des mesures répressives et déclara en 1616 la doctrine de Copernic « fausse et erronée »

Galilée reçut l’injonction de ne plus jamais la défendre ou la soutenir.

 

Bon catholique, il s’inclina mais sa foi en l’indépendance des sciences restait intacte.

Quatre ans avant sa mort en 1642, le manuscrit de son second ouvrage majeur fut publié clandestinement en Hollande. Plus qu’un témoignage en faveur de Copernic, ce livre, connu sous le titre de « deux nouvelles sciences » représente l’origine de la physique moderne.

 

En 1687, Newton publie ses Philosophiae Natuealis Principia Mathematica, probablement le travail le plus important jamais effectué en physique par un homme seul.

Dans cet ouvrage, Newton expose sa célèbre théorie expliquant le mouvement des corps dans l’espace et dans le temps. De plus il élabora également la loi de la gravitation universelle.

 

Newton avait compris que, selon sa théorie de la gravitation, les étoiles devaient également s’attirer entre elles et ne pouvaient donc pas rester au repos…Ne pouvaient-elles pas finir par tomber en un même point de l’espace ? Il affirme que c’est ce qui devrait effectivement se produire s’il y avait un nombre fini d’étoiles réparties dans une région finie de l’espace. Il objecte en revanche que si au contraire les étoiles sont en nombre infini et distribuées plus ou moins uniformément dans un espace infini, cela n’arrivera pas car il n’existe aucun point central vers lequel elles pourraient tomber.

Cela  est un exemple des pièges que l’on rencontre lorsqu’on parle de l’infini. Dans un univers infini, chaque point peut être considéré comme un centre parce qu’il compte un nombre infini d’étoiles autour de lui.

 

Même ceux qui avaient compris que la théorie newtonienne de la gravitation démontrait que l’univers ne pouvait pas être statique ne pensèrent pas à suggérer l’idée de son expansion. Au lieu de cela, ils préférèrent modifier la théorie et rendre la force gravitationnelle répulsive à grande distance.

 

Nous savons aujourd’hui qu’il est impossible d’avoir un modèle statique d’univers infini dans lequel la gravitation soit toujours attractive.

Le succès des théories scientifiques, et en particulier celui de la théorie newtonienne de la gravitation, conduisit un savant français, le marquis de Laplace à affirmer, au dé but du XIXe siècle, que l’univers était déterminé.

Laplace suggéra ainsi qu’il devrait exister un ensemble de lois scientifiques qui permettrait de prédire tout ce qui arriverait dans l’univers à condition d’avoir une connaissance complète de son état à un moment précis.

Laplace alla même plus loin, affirmant qu’il y avait des lois similaires gouvernant l’ensemble des phénomènes observables, y compris le comportement humain.

 

L’un des signes précurseurs de l’abandon du déterminisme apparut lorsque les calculs effectués par les anglais Lord Rayleigh et Sir James montèrent qu’un objet chaud, ou un corps comme une étoile, aurait dû, selon ces principes, émettre de l’énergie à un taux infini.

 

Pour dépasser cette idée absurde d’une quantité infinie de radiation prédite par la théorie déterministe, le savant Max Planck suggéra que la lumière, les rayons X et les autres ondes ne pourraient être émis que sous forme de paquets, qu’il appela « quanta »

Plus la fréquence est élevée, plus l’émission de chaque quantum nécessite une quantité importante d’énergie.

 

Le rayonnement à haute fréquence se trouvera donc réduit faute d’énergie disponible et selon l’hypothèse quantique, le taux auquel un corps perd de l’énergie sera une valeur finie.

 

En 1926, un autre savant allemand, Werner Heisenberg, formula son célèbre « principe d’incertitude »

Heisenberg a montré que l’hypothèse quantique de Planck impliquait une incertitude dans les trajectoires suivies par les particules.

 

Pour prédire la situation future et la vitesse d’une particule, on doit pouvoir mesurer sa situation présente et sa vitesse avec exactitude. Pour ce faire, il n’y a qu’un moyen : « l’éclairer »

Quelques ondes de cette lumière incidente seront envoyées par la particule en question, nous indiquant ainsi sa position.

 

Cependant, on ne sera pas capable de déterminer cette situation avec plus de précision que la distance entre la crête d’ondes de la lumière utilisée ; Aussi aura-t-on besoin d’utiliser une lumière de longueur d’onde la plus courte possible pour obtenir une mesure précise.

 

Mais selon l’hypothèse quantique de Planck, il n’est pas possible d’utiliser une quantité arbitrairement  petite de lumière ; on doit faire appel à au moins un quantum. Celui-ci dérangera la particule et modifiera sa vitesse de façon imprévisible

 

En d’autres termes, plus vous essaierez de mesurer avec précision la position d’une particule, moins vous obtiendrez une valeur précise pour sa vitesse et réciproquement.

 

Heisenberg démontra ainsi que l’incertitude de la position de la particule multipliée par l’incertitude de sa vitesse multipliée par la masse de la particule ne peut jamais être inférieur à une certaine quantité, baptisée la « constante de Planck »

 

Mais le plus important est que cette limite ne dépend pas de la méthode employée pour mesurer une particule, ni du type de particule mesurée : Le principe de Heisenberg est une propriété fondamentale et inéluctable du monde

 

Le principe d’incertitude a eu de profondes répercussions sur la façon dont nous envisageons le monde, en montrant qu’un observateur interagit avec ce qu’il observe.

 

Le principe d’incertitude marque la fin du rêve de Laplace d’élaborer une théorie de la science et une représentation de l’univers entièrement déterminée et déterministe : comment prédire les évènements futurs avec exactitude si l’on n’est même pas capable de mesurer l’état présent de l’univers avec précision ?

 

En général, pour une observation donnée la mécanique quantique ne prédit pas un état unique, bien définit. Elle prédit au contraire différent résultats possibles et nous donne pour chacun d’eux leur probabilité d’existence.

 

La mécanique quantique introduit donc un élément inévitable d’imprécision et de hasard dans la science.

 

Einstein n’a cependant jamais admis que l’univers soit gouverné par le hasard. Il a exprimé ce sentiment dans sa célèbre formule :

 

« Dieu ne joue pas aux dés avec l’univers »

 

La plupart des scientifiques firent toutefois un excellent accueil à la mécanique quantique parce qu’elle s’accordait parfaitement avec l’expérience de telle sorte que cette théorie est aujourd’hui à la base de presque toute la science et la technologie modernes.

 

Elle gouverne par exemple le comportement des transistors et des circuits intégrés, qui sont les composants essentiels d’appareils électroniques  comme la télévision ou les ordinateurs.

Elle est également à la base de la chimie et de la biologie actuelles.

 

Le principe d’incertitude implique qu’à certains égards les ondes se comportent comme des particules et réciproquement avec pour conséquence importante des possibilités d’interférences entre deux ensembles d’ondes ou de particules. Les crêtes d’un ensemble d’ondes peuvent ainsi coïncider avec les creux d’un autre ensemble. Les deux ensembles s’annuleront alors l’un l’autres au lieu de s’additionner pour donner une onde plus forte comme on aurait pu s’y attendre.

 

En ce qui concerne la lumière, un exemple bien connu d’interférence est celui des couleurs apparaissant sur les bulles de savon. Ce phénomène provient de la réfraction de la lumière sur les deux faces du mince film d’eau formant les bulles. La lumière blanche consiste en un regroupement de l’ensemble des longueurs d’onde  formant les couleurs. Or, lorsque les crêtes de certaines longueurs d’ondes de cet ensemble arrivent sur une face du film savonneux au même endroit que le creux réfléchis par la même longueur d’onde sur l’autre face, les deux ondes s’annulent et la lumière réfléchie à cet endroit n’apparaît plus blanche mais colorée.

 

Pour terminer, à côté du principe d’incertitude, la dépendance des conditions initiales, la turbulence, sont des sujets qui pourraient aussi être évoqués

                                                                                             

Christian Gothot

 

Sources : Une brève histoire du temps Hawking

               L’ordre du chaos

               Premier voyage au pays des systèmes

               Ne dite pas à Dieu ce qu’il doit faire

               L’entraînement mental