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Mesure Quantique
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Mesure Quantique

Tout est probabilité

En physique quantique, tout corps étant aussi une onde [DUALITE ONDE CORPUSCULE], que se passe-t-il quand on mesure sa position ? Lors de la mesure, l’interaction entre l’outil de mesure de grosse taille et l’objet quantique de petite taille force la fonction d’onde de l’objet à se réduire soudainement en un point particulier. L’expérimentateur a donc l’impression de mesurer un corps. Mais comment l’onde choisit-elle où se réduire ? En réalité, la réduction peut avoir lieu partout où l’onde est présente, mais avec des probabilités différentes, selon la valeur de la fonction d’onde. Si par exemple une fonction d’onde a la forme d’une cloche, quand on la mesurera, on aura plus de chances de trouver le corps correspondant au centre de la cloche que sur les bords.

Crédits : CNRS Photothèque / Hubert RAGUETUne fois l’objet quantique « réduit » au moment de la mesure, celui-ci va à nouveau retourner à son état dual onde-corpuscule jusqu’à la prochaine mesure. L’action de mesurer a donc affecté l’onde et forcé l’objet quantique à repartir d’un nouvel état. C’est là une des grandes différences avec la physique classique où, au contraire, l’expérimentateur n’influe pas sur la mesure qu’il fait.

Une autre étrangeté de la mesure en quantique vient du principe d’incertitude, proposé par Heisenberg en 1927. Ce principe montre qu’il n’est pas possible de connaître au même moment très précisément à la fois l’impulsion (la masse par la vitesse) et la position d’un objet. C’est  une limite inviolable : si on veut connaître très précisément l’un, on devient limité pour connaître l’autre.

Le principe d’incertitude est lié aux fondations mêmes de la théorie quantique. Une façon schématique de le comprendre, c’est de considérer la fonction d’onde de l’objet à mesurer. L’ impulsion (masse fois vitesse) est l’inverse de la longueur d’onde (la distance entre deux crêtes). Si l’onde s’étend sur une grande zone, on voit plusieurs périodes et il est alors facile de mesurer la longueur d’onde, donc l’impulsion, avec précision. Par contre, on ne sait pas bien où est l’objet car l’onde est étendue. Au contraire, si on sait bien où est l’objet, alors l’onde est localisée et il devient difficile de mesurer sa période, donc son impulsion.

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