Page 469 - eco-savoirs pour tous

Dans ce cas, l’énergie des photons qui constituent le faisceau lumineux
n’est pas négligeable par rapport à celle de l’atome, dont l’état est modifié
par le simple fait qu’on l’observe sous éclairage. Effectivement, dans un
système quantique, même si certaines grandeurs physiques peuvent être
mesurées simultanément, ce n’est pas le cas pour toutes. Il existe des gran-
deurs incompatibles, que l’on ne peut pas mesurer ensemble. C’est le cas
en particulier de la position et de la vitesse d’une particule : toute interven-
tion faite pour connaître de façon précise sa position perturbe la particule,
de telle façon qu’on ne peut plus connaître sa vitesse réelle.
Pour donner un exemple, considérons un faisceau lumineux qui passe
dans une fente percée dans un mur opaque, et cherchons à mesurer, au
moment où les photons traversent ce mur, leur distance au bord de la
fente, et leur vitesse dans la direction perpendiculaire à la fente. Si la fente
a une largeur égale à 1 cm, et si le réglage est bien fait, la tache lumineuse
qui se forme sur un écran parallèle au mur a une largeur de 1 cm elle aussi.
On peut donc en déduire que, au moment où ils sont passés par la fente,
les photons qui constituent le faisceau lumineux avaient une vitesse nulle
dans une autre direction.

Mais leur abscisse au moment où ils ont traversé le mur n’est connue
qu’à 1 centimètre près, puisque tout ce que l’on sait est qu’ils sont passés
par la fente. Pour améliorer la précision de la mesure de l’abscisse, on peut
envisager de réduire la largeur de la fente. Or, lorsqu’on la réduit trop, il
arrive un moment où, à cause de la diffraction, la tache éclairée sur l’écran
devient plus grande que la fente elle-même. Mais c'est explicable.
Car en mécanique classique, si l’on connaît les forces qui s’exercent
sur un objet, la mesure de sa position et de sa vitesse permet de prévoir
sa trajectoire. Et ces mesures sont possibles avec une précision suffisante,
même si l’on ne dispose pas d’instruments très précis. Par contre, en mé-
canique quantique, l’impossibilité de mesurer de façon précise à la fois la
position et la vitesse n’est pas due à une défaillance des instruments de
mesure, elle est fondamentale, et elle interdit de prévoir une trajectoire.
La notion même de trajectoire n’a d’ailleurs pas de sens en mécanique
quantique. Dans l’exemple de la lumière passant par une fente, que nous
venons d’utiliser, c’est le phénomène classique de diffraction, lié à l’as-
pect ondulatoire de la lumière, qui explique la faible précision de la me-
sure de la vitesse des particules (photons). Mais le principe quantique
d’incertitude est lié à un autre phénomène, la dualité onde/corpuscule,
que nous avons déjà mentionnée pour la lumière.

Marc CARL Eco-Savoirs pour tous rev.1.4 fr © LEAI 469