What is the Heisenberg Uncertainty Principle? - Chad Orzel

Qu'est-ce que le Principe d'Incertitude d'Heisenberg ? - Chad Orzel

Traducteur: gilles damianthe Relecteur: Elisabeth Buffard

Le principe d'incertitude d'Heisenberg est l'une de ces rares idées

The Heisenberg Uncertainty Principle is one of a handful of ideas

from quantum physics to expand into general pop culture.

de la physique quantique à se répandre dans la culture populaire.

It says that you can never simultaneously know the exact position

Il stipule que l'on ne peut jamais connaitre simultanément la position exacte

and the exact speed of an object and shows up as a metaphor in everything

et la vitesse exacte d'un objet

et apparaît comme une métaphore de presque tout,

from literary criticism to sports commentary.

de la critique littéraire au commentaire sportif.

Uncertainty is often explained as a result of measurement,

L'incertitude est souvent expliquée comme un résultat de la mesure,

that the act of measuring an object's position changes its speed, or vice versa.

que l'acte de mesurer la position d'un objet modifie sa vitesse, ou vice versa.

The real origin is much deeper and more amazing.

La véritable origine est beaucoup plus profonde et plus étonnante.

Le Principe d'Incertitude existe parce que tout dans l'univers

The Uncertainty Principle exists because everything in the universe

behaves like both a particle and a wave at the same time.

se comporte à la fois comme une onde et une particule en même temps.

In quantum mechanics, the exact position and exact speed of an object

En mécanique quantique, la position exacte et la vitesse exacte d'un objet

have no meaning.

n'ont pas de signification.

To understand this,

Pour le comprendre, nous devons réfléchir à ce que signifie

we need to think about what it means to behave like a particle or a wave.

se comporter comme une particule ou une onde.

Particles, by definition, exist in a single place at any instant in time.

Les particules, par définition, existent à chaque instant, dans un seul endroit.

We can represent this by a graph showing the probability of finding

Nous pouvons le représenter sur un graphique.

the object at a particular place, which looks like a spike,

La probabilité de trouver l'objet à un endroit précis ressemble à un pic :

100% at one specific position, and zero everywhere else.

100% à une position spécifique, et zéro partout ailleurs.

Waves, on the other hand, are disturbances spread out in space,

Les ondes, en revanche,

sont des perturbations qui se propagent dans l'espace,

like ripples covering the surface of a pond.

comme des ondulations à la surface d'un étang.

Nous pouvons clairement identifier

We can clearly identify features of the wave pattern as a whole,

les caractéristiques de la forme d'onde dans son ensemble,

most importantly, its wavelength,

surtout sa longueur d'onde,

which is the distance between two neighboring peaks,

qui est la distance entre deux sommets voisins,

or two neighboring valleys.

ou deux creux voisins.

But we can't assign it a single position.

Mais nous ne pouvons pas lui attribuer une position unique.

It has a good probability of being in lots of different places.

Elle a une bonne probabilité d'être dans de nombreux différents endroits.

Wavelength is essential for quantum physics

La longueur d'onde est essentielle en physique quantique

because an object's wavelength is related to its momentum,

parce qu'elle est liée à son moment,

mass times velocity.

le produit de la masse par la vitesse.

Un objet se déplaçant rapidement a un moment important,

A fast-moving object has lots of momentum,

which corresponds to a very short wavelength.

ce qui correspond à une très courte longueur d'onde.

A heavy object has lots of momentum even if it's not moving very fast,

Un objet lourd a un moment important,

même si il n'est pas en mouvement très rapide,

which again means a very short wavelength.

ce qui signifie de nouveau une très courte longueur d'onde.

This is why we don't notice the wave nature of everyday objects.

C'est pourquoi nous ne remarquons pas

la nature ondulatoire des objets du quotidien.

If you toss a baseball up in the air,

Si vous jetez une balle de baseball en l'air,

its wavelength is a billionth of a trillionth of a trillionth of a meter,

sa longueur d'onde est un milliardième du billionième du billionième de mètre,

far too tiny to ever detect.

beaucoup trop petite pour être détectée.

Small things, like atoms or electrons though,

En revanche, les petites choses, comme des atomes ou des électrons,

can have wavelengths big enough to measure in physics experiments.

peuvent avoir des longueurs d'onde assez grandes pour être mesurées.

So, if we have a pure wave, we can measure its wavelength,

Donc, si nous avons une onde pure, nous pouvons mesurer sa longueur d'onde,

and thus its momentum, but it has no position.

et par conséquent, son moment, mais elle n'a pas de position.

Nous pouvons très bien connaître la position d'une particule,

We can know a particles position very well,

but it doesn't have a wavelength, so we don't know its momentum.

mais elle n'a pas de longueur d'onde,

son moment reste donc inconnu.

To get a particle with both position and momentum,

Pour obtenir les deux à la fois,

we need to mix the two pictures

nous avons besoin de mélanger les deux images,

to make a graph that has waves, but only in a small area.

de faire un graphique qui a des ondes, mais seulement dans une petite zone.

How can we do this?

Comment pouvons-nous faire cela ?

By combining waves with different wavelengths,

En combinant les ondes de différentes longueurs d'onde,

which means giving our quantum object some possibility of having different momenta.

ce qui signifie donner à notre objet quantique la possibilité d'avoir

différents moments.

When we add two waves, we find that there are places

Lorsque nous additionnons deux ondes, il y a des endroits

where the peaks line up, making a bigger wave,

où les sommets s'ajoutent, pour former une onde plus grande

et d'autres endroits

and other places where the peaks of one fill in the valleys of the other.

où les sommets de l'une vont combler les creux de l'autre.

The result has regions where we see waves

Le résultat comporte des endroits avec des sommets

separated by regions of nothing at all.

séparées par des endroits plats.

If we add a third wave,

Si nous ajoutons une troisième onde,

the regions where the waves cancel out get bigger,

les régions où les ondes s'annulent grandissent,

a fourth and they get bigger still, with the wavier regions becoming narrower.

une quatrième onde amplifie cela, avec des sommets plus étroits.

If we keep adding waves, we can make a wave packet

En continuant à ajouter des ondes, nous pouvons faire un paquet d'ondes

with a clear wavelength in one small region.

avec une longueur d'onde claire dans une petite zone.

That's a quantum object with both wave and particle nature,

C'est un objet quantique avec une nature à la fois ondulatoire et corpusculaire,

but to accomplish this, we had to lose certainty

mais pour ce faire, nous avons dû perdre toute certitude

about both position and momentum.

sur sa position et son moment.

The positions isn't restricted to a single point.

Sa position n'est pas limitée à un seul point.

There's a good probability of finding it within some range

Il y a une bonne probabilité de le trouver dans une zone bornée

of the center of the wave packet,

en dehors du centre du paquet d'ondes;

and we made the wave packet by adding lots of waves,

et nous avons formé ce paquet en additionnant de nombreuses ondes :

which means there's some probability of finding it

il est donc possible trouver cet objet avec un moment

with the momentum corresponding to any one of those.

correspondant à n'importe laquelle de ces ondes.

Both position and momentum are now uncertain,

La position et le moment sont incertains,

and the uncertainties are connected.

et ces incertitudes sont reliées.

If you want to reduce the position uncertainty

Si vous voulez réduire l'incertitude sur la position,

en faisant un paquet d'ondes plus petit, vous devez ajouter plus d'ondes,

by making a smaller wave packet, you need to add more waves,

which means a bigger momentum uncertainty.

d'où une plus grande incertitude quant au moment.

If you want to know the momentum better, you need a bigger wave packet,

Pour mieux connaitre le moment,

il vous faut un paquet d'ondes plus grand,

which means a bigger position uncertainty.

donc plus d'incertitude sur la position.

That's the Heisenberg Uncertainty Principle,

Voilà le principe d'incertitude de Heisenberg,

first stated by German physicist Werner Heisenberg back in 1927.

établi pour la première fois

par le physicien allemand Werner Heisenberg en 1927.

This uncertainty isn't a matter of measuring well or badly,

Cette incertitude est pas une question de mesure mal ou bien effectuée,

but an inevitable result of combining particle and wave nature.

mais un résultat inéluctable

de la combinaison des natures ondulatoire et corpusculaire.

The Uncertainty Principle isn't just a practical limit on measurment.

Le principe d'incertitude est pas une simple limite pratique à la mesure.

It's a limit on what properties an object can have,

C'est une limite sur les propriétés qu'un objet peut avoir,

built into the fundamental structure of the universe itself.

intégré à la structure fondamentale de l'univers lui-même.