En mécanique quantique , le principe d'incertitude (également connu sous le nom de principe d'incertitude de Heisenberg ) est l'une des diverses inégalités mathématiques affirmant une limite fondamentale à la précision avec laquelle les valeurs de certaines paires de quantités physiques d'une particule, telles que la position, x , et la quantité de mouvement, p, peut être prédite à partir des conditions initiales.

Ces paires de variables sont appelées variables complémentaires ou variables canoniquement conjuguées ; et, selon l'interprétation, le principe d'incertitude limite dans quelle mesure ces propriétés conjuguées conservent leur sens approximatif, car le cadre mathématique de la physique quantique ne prend pas en charge la notion de propriétés conjuguées simultanément bien définies exprimées par une seule valeur. Le principe d'incertitude implique qu'il n'est en général pas possible de prédire la valeur d'une grandeur avec une certitude arbitraire, même si toutes les conditions initiales sont spécifiées.

Introduit pour la première fois en 1927 par le physicien allemand Werner Heisenberg, le principe d'incertitude stipule que plus la position d'une particule est déterminée avec précision, moins sa quantité de mouvement peut être prédite avec précision à partir des conditions initiales, et vice versa. Dans l'article publié en 1927, Heisenberg conclut que le principe d'incertitude était à l'origine













{\displaystyle \Delta}

p













{\displaystyle \Delta}

q ~ h en utilisant la constante de Planck complète. L'inégalité formelle reliant l'écart type de la position x et l'écart type de la quantité de mouvement p a été dérivée par Earle Hesse Kennard plus tard cette année-là et par Hermann Weyl en 1928 :

où est la constante de Planck réduite, h/(2).

Historiquement, le principe d'incertitude a été confondu avec un effet connexe en physique, appelé effet observateur, qui note que les mesures de certains systèmes ne peuvent pas être effectuées sans affecter le système, c'est-à-dire sans changer quelque chose dans un système. Heisenberg a utilisé un tel effet d'observateur au niveau quantique (voir ci-dessous) comme "explication" physique de l'incertitude quantique. Il est depuis devenu plus clair, cependant, que le principe d'incertitude est inhérent aux propriétés de tous les systèmes ondulatoires et qu'il apparaît dans la mécanique quantique simplement en raison de la nature ondulatoire de tous les objets quantiques. Ainsi, le principe d'incertitude énonce en fait une propriété fondamentale des systèmes quantiques et n'est pas une déclaration sur le succès d'observation de la technologie actuelle. En effet, le principe d'incertitude a ses racines dans la façon dont nous appliquons le calcul pour écrire les équations de base de la mécanique. Il faut souligner que la mesure ne signifie pas seulement un processus auquel participe un physicien-observateur, mais plutôt toute interaction entre des objets classiques et quantiques, indépendamment de tout observateur. Étant donné que le principe d'incertitude est un résultat si fondamental en mécanique quantique, des expériences typiques en mécanique quantique en observent régulièrement certains aspects. Certaines expériences, cependant, peuvent délibérément tester une forme particulière du principe d'incertitude dans le cadre de leur programme de recherche principal. Ceux-ci incluent, par exemple, des tests de relations d'incertitude de nombre de phases dans des systèmes supraconducteurs ou d'optique quantique. Les applications dépendant du principe d'incertitude pour leur fonctionnement incluent la technologie à très faible bruit telle que celle requise dans les interféromètres à ondes gravitationnelles.

La physique théorique est une branche de la physique qui utilise des modèles mathématiques et des abstractions d'objets et de systèmes physiques pour rationaliser, expliquer et prédire les phénomènes naturels. Cela contraste avec la physique expérimentale, qui utilise des outils expérimentaux pour sonder ces phénomènes.

L'avancement de la science dépend généralement de l'interaction entre les études expérimentales et la théorie. Dans certains cas, la physique théorique adhère à des normes de rigueur mathématique tout en accordant peu de poids aux expériences et aux observations. Par exemple, tout en développant la relativité restreinte, Albert Einstein était préoccupé par la transformation de Lorentz qui laissait les équations de Maxwell invariantes, mais n'était apparemment pas intéressé par l'expérience de Michelson-Morley sur la dérive de la Terre à travers un éther luminifère. À l'inverse, Einstein a reçu le prix Nobel pour avoir expliqué l'effet photoélectrique, auparavant un résultat expérimental dépourvu de formulation théorique.