Incertitude de près

2009/06/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika

Il ne semble pas sérieux que l'une des bases de la science soit l'incertitude. Mais oui. Il semble un malheur des scientifiques: au lieu de résoudre quelque chose de difficile à résoudre, il semble que les scientifiques préfèrent dire qu'il est l'un des piliers de la science. Mais ce n'est pas le cas. L'incertitude est une caractéristique de la nature.

Il est l'un des principes de la physique, à savoir quelque chose de plus large qu'une théorie. Le principe dit que l'homme ne peut être sûr en mesurant toutes les grandeurs associées à un système. Il est possible de mesurer l'énergie, le temps, la vitesse, la position et de nombreuses autres grandeurs d'un système physique. Mais pas tous en même temps et avec une grande précision.

C'est un principe de la physique, mais c'est difficile à comprendre, car l'intuition ne nous aide pas. Comment ne pas mesurer la vitesse d'une voiture et où est-il exactement et à la fois?

Il est certain que l'incertitude n'est pas très évidente dans la physique des choses 'grandes'; pour détecter cet effet, il faut travailler à taille microscopique ou, mieux, à taille nanoscopique. Il faut tenir compte de ceux qui travaillent avec des atomes et des particules plus petites.

Par exemple, un physicien peut déterminer où est un atome. Mais comme la précision de cette mesure augmente, il perd la possibilité de dire quelle est la vitesse de cet atome. Et si vous essayez de mesurer la vitesse, vous perdez la certitude de la position de l'atome.

C'est l'un des exemples les plus connus, mais ce n'est pas le seul; en plus de la paire position-vitesse, il existe d'autres paires de grandeurs. Lorsque l'énergie et le temps sont mesurés simultanément, la précision est perdue (ou la précision d'une grandeur est perdue au profit de l'autre).

Le scientifique ne peut pas être sûr et l'incertitude n'est pas la sienne, c'est-à-dire que le problème n'est pas qu'il manque une bonne technologie pour effectuer les deux mesures avec précision. Personne n'inventera jamais de dispositifs ou de méthodes merveilleux pour résoudre ce problème de mesure. Ce n'est pas cela. Le principe d'incertitude est que par lui-même ne peut pas mesurer toutes choses avec précision. Il n'a pas de sens physique. Il est très rare et, comme nous l'avons dit, est un principe de la physique.

Machine à photos

Pour comprendre avec intuition, nous pouvons le comparer à la photographie de petites choses. Prendre une photo très proche d'une fleur, d'une clé ou d'un insecte est un problème similaire.

Le problème est que les rayons lumineux qui arrivent à l'appareil photo d'une chose très proche viennent d'angles très différents. Pour photographier un insecte, vous pourriez être à environ quinze centimètres de l'objectif. À cette distance, la lentille est très large par rapport à l'insecte, ce qui rend très difficile la mise au point de l'image. La lentille conduit les rayons à l'intérieur de la caméra et son approche signifie concentrer tous les rayons provenant du même endroit de l'insecte à un point particulier à l'intérieur de la caméra.

Par exemple, si à la fin nous concentrons les rayons provenant des yeux de l'insecte à l'intérieur de la caméra, ceux qui proviennent des jambes de l'insecte ne se concentreront pas sur un point et nous les verrons sans focaliser.

Cette technique est plus complexe car elle fonctionne avec des objectifs spéciaux appelés macros, et la fermeture du diaphragme de la caméra réduit le problème des angles, entre autres. Cependant, indépendamment de la technique, la largeur, la profondeur de champ, de la zone focalisée est limitée et le photographe doit choisir ce qui sera focalisé, sachant que l'autre ne sera pas focalisée.

Pour focaliser une chose, il est impératif de ne pas se concentrer sur tous les autres. Comme l'incertitude de la physique. Si les instruments de laboratoire sont manipulés pour mesurer avec précision une grandeur -- pour se concentrer -, ils ne mesureront pas nécessairement avec précision les autres grandeurs -- ils seront laissés sans focalisation.

Le physicien Werner Heissenberg a découvert qu'il développait la base mathématique de la mécanique quantique. Et depuis lors, il y a eu des opinions contraires. Beaucoup n'acceptent pas que l'incertitude soit une caractéristique de la nature. Albert Einstein lui-même ne l'acceptait pas. Mais toutes les expériences faites jusqu'ici ont donné raison à Heissenberg. En physique, les mesures de nombreuses grandeurs entraînent une perte de concentration.