Le premier paragraphe est fondamentalement exact, mais je n'attribuerais pas le principe d'incertitude aux particules, juste à l'univers / à la physique en général. Vous ne pouvez pas plus obtenir de bonnes mesures simultanées arbitrairement bonnes de la position et de l’élan (de quoi que ce soit ) que de construire une fonction avec un pic arbitrairement étroit dont la transformée de Fourier est également arbitrairement étroite pointu. La Physique nous dit que la position et l'élan sont liés via la transformée de Fourier, les mathématiques leur imposent des limites strictes en fonction de cette relation.

Le deuxième paragraphe est utilisé pour expliquer le principe d'incertitude trop souvent, et il est au mieux trompeur, et vraiment plus faux qu'autre chose. Pour réitérer, l'incertitude découle des définitions mathématiques de la position et de l'élan, sans tenir compte des mesures que vous pourriez effectuer. En fait, le théorème de Bell nous dit que sous l’hypothèse de la localité (les choses ne sont influencées que par leur environnement immédiat, généralement présumé vrai dans toute la physique), vous ne peut pas expliquer la mécanique quantique en disant que les particules ont des propriétés "cachées" qui ne peuvent pas être mesurées directement.

Cela prend un certain temps pour s'y habituer, mais la mécanique quantique est vraiment une théorie des distributions de probabilités pour les variables , et en tant que tel est plus riche que les théories classiques où toutes les quantités ont des valeurs sous-jacentes définies, fixes, observables ou non. Voir aussi le théorème de Kochen-Specker.

Ceci est vraiment une note de bas de page à la réponse de Chris, mais il a été un peu long pour un commentaire.

Cela semble étrange de prétendre qu'une particule n'a pas de position, mais c'est plus facile à comprendre si vous appréciez cela une particule n'est qu'une excitation dans un champ quantique. Quand Heisenberg développait ses idées, les physiciens considéraient encore les particules comme de petites boules de billard. Avec le développement de la théorie quantique des champs, nous comprenons maintenant qu'une particule n'est qu'une excitation dans un champ quantique. Par exemple, il existe un champ quantique d'électrons qui envahit tout l'espace-temps. Si vous ajoutez un quantum d'énergie à ce champ, il apparaît comme un électron. Ajoutez un deuxième quantum d'énergie et vous avez deux électrons, et ainsi de suite. De même, retirez un quantum d'énergie du champ et un électron disparaît. Incidemment, cela explique également comment la matière peut se transformer en énergie et vice versa.

Cela signifie que les objets que nous appelons particules sont tout à fait plus étranges que ne le pensait Heisenberg. Ce ne sont certainement pas de minuscules boules de billard, et elles n'ont pas les propriétés associées aux minuscules boules de billard comme une position et un élan précis. Cependant, votre deuxième paragraphe frise la vérité lorsqu'il souligne que lorsque le champ d'électrons échange de l'énergie avec quelque chose d'autre, l'échange a lieu à un point (raisonnablement) bien défini, et nous pouvons penser à cela comme à la position de l'électron. / p>

Bien que le principe d'incertitude découle de la structure mathématique de la gestion de la qualité, c'est-à-dire qu'il provient de la non-commutivité de certaines observables les laissant se comporter comme une paire de transformées de Fourier comme expliqué dans une autre réponse, je pense toujours que c'est une déclaration sur les mesures, (c'est-à-dire, impose des limites fondamentales aux mesures) puisque la QM elle-même semble être une théorie des mesures (c'est-à-dire non de la réalité ontologique).

Je veux citer ici le point de vue d'Asher Peres tiré de son précieux livre, Théorie quantique: concepts et méthodes :

$$ \ Delta x \, \ Delta p \ ge \ hbar / 2 \ ,. \ tag {4.54} $$

Une relation d'incertitude telle que (4.54) n'est pas une déclaration sur la précision de nos instruments de mesure. Au contraire, sa dérivation suppose l'existence d'instruments parfaits (les erreurs expérimentales dues au matériel de laboratoire commun sont généralement beaucoup plus importantes que ces incertitudes quantiques). La seule interprétation correcte de (4.54) est la suivante: Si la même procédure de préparation est répétée plusieurs fois, et est suivie soit d’une mesure de $ x $ , ou par une mesure de $ p $ , les différents résultats obtenus pour $ x $ et pour $ p $ avoir des écarts types, $ \ Delta \, x $ et $ \ Delta \, p $ , dont le produit ne peut pas être inférieur à $ \ hbar / 2 $ . Il n'est jamais question ici qu'une mesure de $ x $ "perturbe" la valeur de $ p $ et vice-versa, comme on le prétend parfois. Ces mesures sont certes incompatibles, mais elles sont effectuées sur des particules différentes (qui ont toutes été préparées à l'identique) et donc ces mesures ne peuvent en aucun cas se perturber. La relation d'incertitude (4.54), ou plus généralement (4.40), ne reflète que le caractère aléatoire intrinsèque des résultats des tests quantiques.

Le principe d'incertitude de Heisenberg est simplement une conséquence algébrique: l'algèbre des observables n'est pas commutative $ \ square $.

Comprendre le principe d'incertitude implique seulement d'accepter l'idée qu'à petite échelle, les particules élémentaires se comportent comme des ondes. Le principe d'incertitude est une propriété bien connue des ondes.

Une des conséquences de cette idée est que la position et la longueur d'onde ne peuvent pas être mesurées simultanément avec une précision infinie. Imaginez, tout d'abord, que vous avez une vague qui ressemble à une courbe en cloche (qui monte et descend rapidement autour d'un endroit particulier). Si je vous demandais où se trouve la vague, vous pointeriez rapidement le pic. Cependant, la longueur d'onde est légèrement moins bien définie, vous ne pouvez donc que me dire quelle est la largeur du pic, qui n'est qu'une estimation approximative d'une longueur d'onde. De même, si vous aviez une onde périodique (une sinusoïde, par exemple). Il serait facile de me dire quelle est la longueur d'onde de l'onde par simple inspection, mais, comme elle est infinie en étendue, vous auriez du mal à me dire qu'elle a quelque chose que vous ou moi appellerions une position.

la seule façon de mesurer une particule élémentaire est de la faire interagir avec une autre particule élémentaire: il est donc incorrect de dire qu'une particule élémentaire n'a pas de moment / position bien défini avant de faire notre mesure.

Non, il n'est pas faux de dire qu '"une particule élémentaire n'a pas un moment / position bien défini", soit pour décrire avant ou après toute mesure, car la mécanique quantique est une question de probabilités. L'électron autour du noyau est sur une orbitale, pas sur une orbite. Un lieu de probabilité.

Nous avons fait cette expérience de diffusion de particules uniques sans microscope à maintes reprises dans les interactions de particules élémentaires en diffusant les particules les unes sur les autres et en détectant leur trace dans nos chambres. diffusion, c'est-à-dire sa probabilité. Nous avons découvert que les particules ne se comportent pas comme des boules de billard, ce qui est l'ultime attente des diffusions classiques sans incertitude. En mécanique classique, nous pouvons revenir en arrière et trouver les (x, y, z) avec n'importe quelle précision également pour une impulsion tout aussi précise, ce n'est pas le cas dans le microcosme de particules se diffusant les unes sur les autres.

Toutes ces affaires de microscope sont hors de propos, puisque l'incertitude de Heisenberg a été incorporée dans la théorie de la mécanique quantique: toutes les observables correspondent à des opérateurs et pour certaines observables les commutateurs ne commute pas, ce sont les relations de commutation canoniques.. Les prédictions de la théorie de la mécanique quantique, qui sont basées sur les relations de commutations canoniques, ont été entièrement validées et sont continuellement validées . La mécanique quantique est le cadre sous-jacent de la nature d'où émerge la mécanique classique. Ce microscope Heisenberg est une excursion inutile à l'époque où la vérification expérimentale était rare.

Nous ne pouvons pas accéder à ces données (moment / position) sans les modifier, il est donc correct de dire que notre ignorance sur ces données n'est pas une propriété intrinsèque de l'Univers (mais plutôt une limite importante de la façon dont nous pouvons mesurer it).

Ceci est incorrect. En mécanique classique, nous nous attendons à ce que nos formules théoriques fonctionnent avec n'importe quelle précision et donc toute incertitude est attribuée à des erreurs de mesure. En mécanique quantique, nos formules ne prédisent pas les variables exactes d'espace et de temps et d'énergie / impulsion. Ils prédisent une probabilité de trouver la particule avec la valeur spécifique des variables. C'est une propriété intrinsèque, partie de la théorie, elle a été entièrement validée et nous dit que le cadre sous-jacent est probabiliste.

Le principe d'incertitude de Heisenberg n'a pas besoin d'expériences de pensée puisque toutes les expériences que nous faisons dans le microcosme ne s'en écarte pas.

La réponse courte à votre question serait probablement que la première interprétation est maintenant acceptée par la plupart des physiciens et la deuxième interprétation est principalement une expérience de pensée pour mieux comprendre les implications du principe d'incertitude.

La réponse plus longue pourrait commencer par l'affirmation que votre question est essentiellement la question sur l'interprétation de la mécanique quantique, c'est-à-dire la «signification» de la fonction d'onde. L'interprétation de la mécanique quantique a été fortement débattue pendant les années fondatrices de la mécanique quantique et il y a encore des discussions à ce sujet. Les discussions entre Bohr et Einstein sont des classiques de la physique.

Il y a une célèbre expérience de pensée d'Einstein, Podolski et Rosen, le soi-disant paradoxe d'Einstein-Podolski-Rosen (EPR), qui tente de trouver un situation expérimentale où vous pouvez distinguer les deux interprétations. L'idée d'Einstein était que la mécanique quantique est excellente pour calculer le résultat des expériences, mais qu'elle est incomplète, c'est-à-dire qu'il doit y avoir des paramètres supplémentaires pour décrire `` pleinement '' le système. De telles tentatives pour développer davantage la mécanique quantique sont connues sous le nom de théories à variables cachées.

De telles théories à variables cachées existent, la plus connue est probablement la mécanique bohmienne. Dans de telles théories, le principe d'incertitude est, à ma connaissance, en fait «simplement» un résultat du processus de mesure. Cependant, ces théories sont généralement en proie à d'autres problèmes graves, par ex. il semble notoirement difficile de construire des théories relativistes à variables cachées.

Dans ce contexte, vous rencontrerez les inégalités de Bell. Bell a réussi à trouver un moyen de distinguer expérimentalement entre la mécanique quantique et les types de théories à variables cachées. De telles expériences étaient toutes en faveur de la mécanique quantique. Cela impose de grandes contraintes à toute tentative de construction de telles théories.

Le principe d'incertitude de Heisenberg serait une conjecture, selon des mises à jour récentes dans le domaine de la physique. Selon l'inégalité d'Earle Kennard ou la généralisation de Howard Robertson

La fluctuation existe indépendamment du fait qu'elle soit mesurée ou non, et l'inégalité ne dit rien sur ce qui se passe lorsqu'une mesure est effectuée.

L'inégalité d'Ozawa est la nouvelle version de l'inégalité d'Earle Kennard.

Le premier paragraphe est faux selon la propre version de Heisenberg du principe, et le deuxième paragraphe est conséquence de cette version, qui est également fausse. La vérité est que le premier paragraphe est vrai selon l'inégalité d'Ozawa et non selon la propre version de Heisenberg.

Pour le comprendre, lisez le paragraphe extrait suivant de la page Scientific American:

La propre version de Werner Heisenberg est qu'en observant le monde, nous le perturbons inévitablement. Et c'est faux, comme une équipe de recherche de l'Université de technologie de Vienne l'a maintenant clairement démontré.

Dirigée par Yuji Hasegawa, l'équipe a préparé un flux de neutrons et mesuré deux composantes de spin simultanément pour chacune, en direct violation de la version Heisenberg du principe.

Le principe d’incertitude de Heisenberg, comme l’affirme Heisenberg lui-même dans son livre "Physique et philosophie", est la propriété des observables / variables qui ne font pas la navette de ne pas pouvoir être mesurés simultanément à un niveau arbitraire de précision et finalement une propriété de la nature elle-même.

L'incertitude entre l'élan et la position, par exemple, est directement analogue à la constante de Planck.

Et, comme d'autres personnes l'ont mentionné, cela aussi se manifeste dans les transformées de Fourier comme l'incapacité de localiser une mesure ou un signal à la fois dans les domaines temporel et fréquentiel.

Heisenberg (et toute l'interprétation de Copenhague) déclare exactement que c'est une propriété de la nature et pas une incapacité de l'expérimentateur ni de mesure de l'appareil.

Les paragraphes précédents sont exactement l'interprétation "dominante / officielle" de Copenhague.

Cependant ceci n'est pas là où tout finit. Il faut garder à l'esprit deux choses:

1. L'incertitude est directement liée au formalisme quantique (actuel) (comme dans l'exemple des transformées de Fourier). Il est donc possible qu'un autre formalisme ait des aspects différents concernant cette formulation de l'incertitude. Il existe de nombreux théorèmes interdits (comme le théorème de Bell) sur les théories des variables cachées, etc. Cependant, c'est un domaine encore ouvert à bien des égards (lié à l'incertitude). Localité et Réalisme sont des aspects importants comme d'autres également.

2. Laissant de côté le formalisme, l'interprétation elle-même (que ce soit avec le actuel ou autre formalisme) est un autre point de départ pour acquérir une (autre) image physique ( réaliste ) de la mécanique quantique. Ceci n'est pas forcément lié au 1er point, cela peut être fait indépendamment ou à l'unisson.

En dernière analyse, il faut être capable de comprendre la différence entre un formalisme et ses relations à la mesure (physique), de l'acte d'interprétation de ce formalisme (etc.)

Merci

MISE À JOUR:

Il faut aussi garder à l'esprit le "rétrécissement quantique de la fonction d'onde" lors d'une mesure. Une fois qu'une mesure (quantique) a été effectuée, toute mesure supplémentaire fournira le même résultat (la "superposition quantique" liée à certains aspects de l'incertitude) est supprimée.