Heisenberg a formulé le principe de l’incertitude par une combinaison de raisonnement théorique et d’analyse mathématique en 1927. Il s’est rendu compte que dans la mécanique quantique, l’acte de mesurer une propriété d’une particule, comme sa position, dérange intrinsèquement une autre propriété, comme son moment. Cette idée l’a amené à proposer qu’il existe une limite fondamentale à la précision de ces deux propriétés complémentaires connues simultanément.
L’expérience qui est souvent citée pour illustrer le principe d’incertitude de Heisenberg consiste à mesurer la position et l’élan d’une particule à haute précision. Par exemple, en utilisant des microscopes électroniques pour observer les électrons, les scientifiques peuvent tenter de limiter la position d’un électron, mais ce faisant, ils affectent par inadvertance son élan en raison de l’interaction du processus de mesure avec l’électron.
Le principe d’incertitude de Heisenberg est vérifié par diverses configurations expérimentales en physique quantique. Ces expériences impliquent généralement de mesurer des paires de propriétés complémentaires (comme la position et l’élan) avec une précision croissante. En comparant les résultats de ces mesures avec les prédictions de la mécanique quantique, les scientifiques confirment qu’il existe en effet une limite à la précision de la détermination de ces paires de propriétés.
La logique derrière le principe de l’incertitude de Heisenberg provient de la dualité des pratiques vagues et de la nature probabiliste des systèmes quantiques. Il reflète la perturbation inhérente causée par l’acte de mesure lui-même. Le principe affirme que plus une propriété est mesurée plus précisément (comme la position), moins la propriété conjuguée (comme l’élan) peut être connue et vice versa. Cette limitation est encapsulée mathématiquement sous forme de Δx * Δp> = H / 4π, où Δx est l’incertitude en position, ΔP est l’incertitude de l’élan et H est la constante de Planck réduite.
L’équation du principe de l’incertitude de Heisenberg est Δx * Δp> = h / 4π. Ici, Δx représente l’incertitude dans la position d’une particule, ΔP représente l’incertitude dans son moment, et H / 4π est une valeur constante dérivée de constantes fondamentales telles que la constante de Planck (H). Cette inégalité quantifie la limite minimale au produit des incertitudes en position et élan qui peuvent être obtenues simultanément dans un système quantique, mettant en évidence la nature probabiliste du comportement des particules à des échelles microscopiques.