Notes sur la fin des étoiles en astronomie: le principe d'incertitude, Notes de Astronomie
Caroline_lez
Caroline_lez9 janvier 2014

Notes sur la fin des étoiles en astronomie: le principe d'incertitude, Notes de Astronomie

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Notes d'astronomie sur la fin des étoiles en astronomie: le principe d'incertitude. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Position et vitesse d'une particule, Le principe d'incertitude.
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La fin des étoiles en astronomie :

Principe d'incertitude

Avant d'étudier le sort du noyau de l'étoile, il nous faut faire un petit détour vers la théorie, en

l'occurrence la mécanique quantique. Faisons donc connaissance avec l'une des caractéristiques

fondamentales de celle-ci : le principe d'incertitude.

Position et vitesse d'une particule

Imaginons que nous avons à donner une description complète d'un électron, c'est-à-dire à

déterminer des grandeurs comme sa position ou sa vitesse. A première vue, cela ne pose pas

de problème et nous devons pouvoir mesurer ces quantités avec une précision illimitée. C'est ce

que la physique classique prévoit, mais l'avis de la mécanique quantique est différent. Selon

elle, toute description d'un phénomène physique doit prendre en compte l'acte d'observation.

Ainsi, nous ne pouvons pas nous contenter de dire qu'il n'y a aucune difficulté dans la mesure,

mais, au contraire, il nous faut étudier avec soin la façon dont nous allons effectuer celle-ci.

Essayons donc de mesurer simultanément la position et la vitesse de l'électron. Le moyen le

plus simple est d'utiliser un rayon lumineux. Nous ne sommes pas limités à la lumière visible,

nous pouvons avoir recours à toute la gamme des ondes électromagnétiques, depuis le

domaine radio jusqu'aux rayons gamma. Commençons avec un faisceau radio, de longueur

d'onde un mètre par exemple. Le problème qui se pose est que nous ne pouvons déterminer la

position de l'électron qu'avec une précision de l'ordre de la longueur d'onde. Ainsi, avec notre

rayonnement radio, nous ne pouvons déterminer la position qu'à un mètre près.

Pour augmenter la précision, la solution est simple. Passons de l'autre côté du spectre

électromagnétique et utilisons des rayons gamma. Les longueurs d'onde sont maintenant très

petites et la position de l'électron peut être mesurée avec une grande précision, par exemple un

millionième de milliardième de mètre. Mais un nouveau problème se pose. Les photons qui

composent le rayonnement gamma sont très énergétiques. Leur rencontre avec l'électron est

violente et le choc perturbe le mouvement de la particule, donc sa vitesse. En conséquence, une

grande incertitude affecte maintenant notre détermination de cette dernière. Pour ne pas

perturber la particule et pouvoir mesurer avec précision sa vitesse, il faut avoir recours à un

rayonnement peu énergétique, donc aux ondes radio. Et nous nous retrouvons finalement dans

le cas précédent, avec une grande incertitude sur la position.

Werner Heisenberg : Würzburg, 1901 - Munich, 1976. Auteur du principe d'incertitude (ou

d'indétermination).

Le principe d'incertitude

La situation est inextricable et c'est l'un des enseignements de la mécanique quantique, connu

sous le nom de principe d'incertitude : il est impossible de connaître, avec précision, à la fois la

position et la vitesse d'une particule. La présentation ci-dessus, qui illustre l'importance de

l'acte d'observation, pourrait laisser penser qu'il s'agit d'un problème expérimental et que des

techniques plus raffinées pourraient surmonter la difficulté. Il n'en est rien. Le principe

d'incertitude est une propriété fondamentale de la matière, pas un problème expérimental. La

mécanique quantique, dont les prédictions ont été maintes fois vérifiées, indique clairement

qu'un électron ne possède pas à la fois une position et une vitesse précises. Les observations

ne font que mettre en évidence cette propriété, elles n'en sont pas à l'origine.

Mais, me direz-vous, les objets de la vie quotidienne semblent se conduire de façon plus

raisonnable. Il est possible de déterminer avec une grande précision la vitesse et la position

d'une voiture. Pourquoi ces objets ne sont-ils pas soumis au principe d'incertitude ? En fait, ils

le sont également, mais cela n'a pas de réelle conséquence. La raison en est que ces objets ont

des masses sans commune mesure avec celle d'une particule élémentaire. Si un photon peut

influencer le mouvement d'un électron, dont la masse est extrêmement faible, il lui est

impossible de perturber un objet de plusieurs kilogrammes. L'acte d'observation n'a donc pas

d'influence. En conséquence, le principe d'incertitude n'a pas d'effet direct sur notre vie de tous

les jours. Il est bel et bien possible d'attribuer à tout corps macroscopique une position et une

vitesse bien déterminées. Et dans ce cas, ce sont effectivement les possibilités technologiques

qui limitent la précision des mesures

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