Werner Heisenberg

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Werner Heisenberg

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Werner Heisenberg en 1933

Naissance 5 décembre 1901
Wurtzbourg (Empire allemand)
Décès 1er février 1976 (à 74 ans) à
Munich (Allemagne)
Nationalité Drapeau d'Allemagne Allemand
Champs Physique quantique
Institutions Université de Göttingen
Université de Leipzig
Diplôme Université Louis-et-Maximilien de Munich
Renommé pour Fondateur de la mécanique quantique
Participation à l'Uranprojekt lors de la Seconde Guerre mondiale
Distinctions Prix Nobel de physique (1932)
Médaille Max-Planck (1933)

Signature

Signature de Werner Heisenberg

Werner Karl Heisenberg (né le 5 décembre 1901 à Wurtzbourg, Empire allemand, mort le 1er février 1976 à Munich, Allemagne) est un physicien allemand qui fut l'un des fondateurs de la mécanique quantique[1]. Il est lauréat du prix Nobel de physique de 1932 « pour la création de la mécanique quantique, dont l’application a mené, entre autres, à la « découverte des variétés allotropiques de l’hydrogène[2] ».

Carrière universitaire[modifier | modifier le code]

Werner Heisenberg est né en 1901 à Wurtzbourg dans une famille d'enseignants (son père était l’helléniste August Heisenberg). Adolescent, Heisenberg fréquentait le lycée Maximilien de Munich ; il fut éclaireur dans des mouvements de jeunesse.

Il était passionné par les mathématiques et suivit en auditeur libre plusieurs cours de l’université de Munich, notamment sur les méthodes mathématiques de la physique moderne. En fait, il voulait sauter les deux années préparatoires de mathématiques et à cette fin, il s'entretint avec un des professeurs de mathématiques, mais ce dernier se montra très critique vis-à-vis des mathématiques appliquées. Dans son autobiographie La Partie et le Tout (Der Teil und das Ganze), Heisenberg décrit l'entrevue comme un désastre : quand le professeur Ferdinand von Lindemann apprit qu'Heisenberg avait lu un livre d'Hermann Weyl sur la relativité générale, il rompit l'entretien avec ces mots : « Alors vous êtes vraiment perdu pour les mathématiques[3]! »

Il accomplit ses études de physique dans le délai record de trois ans, et soutint sa thèse sur « la stabilité des écoulements de fluide et la turbulence[4] » sous la direction d’Arnold Sommerfeld. Dès 1924 il devenait l’assistant de Max Born à Göttingen puis il travailla avec Niels Bohr à Copenhague. C'est au cours des années suivantes qu'avec Max Born et Pascual Jordan, il jeta les bases théoriques de la mécanique quantique.

Heisenberg fut recruté en 1927 comme professeur à l'Université de Leipzig âgé seulement de 26 ans. Il fit de cet établissement l'un des hauts-lieux de la physique théorique (et en particulier de la physique nucléaire) en Europe.

Werner Heisenberg vers 1927

Mécanique quantique[modifier | modifier le code]

Il développa la première formalisation de la mécanique quantique, en 1925, en même temps qu'Erwin Schrödinger. Toutefois le formalisme mathématique était différent ; Heisenberg adopta une formalisation matricielle, la « mécanique matricielle », alors que Schrödinger utilisa une approche par les équations différentielles. Pour cette raison, on crut d'abord que les deux théories étaient distinctes, mais l'année suivante, Schrödinger établit l'équivalence mathématique des deux formulations. Heisenberg redécouvrit d'ailleurs à cette occasion les principaux résultats du calcul matriciel pour les besoins de l'expérimentation ; la théorie complète des matrices ne lui fut enseignée que plus tard par le physicien allemand Pascual Jordan[5].

Son principe d'incertitude, découvert en 1927, affirme que la détermination de certains couples de valeurs, par exemple la position et la quantité de mouvement, ne peut se faire avec une précision infinie. On peut le formaliser sous la forme d'un produit : Δpx Δxh où Δpx représente l'indétermination sur la quantité de mouvement, Δx l'indétermination sur la position et h la constante de Planck. Ce produit ne peut être inférieur à la constante h/4\pi (ou bien ħ/2, où ħ est la constante de Planck réduite) et donc toute précision dans la mesure d'une des deux quantités se fait au détriment de l'autre. Cette incertitude n'est pas liée à la mesure, mais est une propriété réelle des valeurs en question : améliorer la précision des instruments n'améliorera pas la précision de cette mesure simultanée. La même année, il participe au Congrès Solvay qui oppose les physiciens sur l'interprétation de ce principe et de la mécanique quantique en général.

À partir de 1929, il travailla avec Wolfgang Pauli à l'élaboration de la théorie quantique des champs.

Il reçut le prix Nobel de physique en 1933 [6](mais pour l'année 1932) « pour la création de la mécanique quantique, dont l'application a, entre autres, mené à la découverte des variétés allotropiques de l'hydrogène[2] » (l'orthohydrogène et le parahydrogène).

Après la découverte du neutron par James Chadwick en 1932, Heisenberg proposa le modèle proton-neutron du noyau atomique, et s'en servit pour expliquer le spin nucléaire des isotopes.

Son travail pendant la Seconde Guerre mondiale[modifier | modifier le code]

Heisenberg décida de rester en Allemagne nazie dès les débuts du régime, non par sympathie, au contraire, mais pour préserver l'avenir et préparer l'après-guerre, idée qui lui vint notamment d'un entretien avec Max Planck [7]. De 1942 jusqu'à 1945, Heisenberg dirigeait l’Institut de Physique Kaiser-Wilhelm à Dahlem et enseignait à l’Université Humboldt de Berlin, tout en étant l'un des pères du projet Uranium destiné au développement des armes secrètes allemandes. Il dirigea le programme allemand d'armement nucléaire à l’Institut Kaiser Wilhelm de Berlin, mais la réalité de sa collaboration est sujette à controverse. Il affirme qu'avec Carl Friedrich von Weizsäcker, ils essayèrent de développer le programme vers le développement de l'énergie atomique pacifique, et que de toutes façons, la suite des recherches les convainquirent que la possibilité technique d'une bombe ne viendrait que bien après la guerre, notamment en raison de la difficulté d'obtention en quantités importantes d'uranium 235. Les Nazis eux-mêmes se seraient désintéressés de cette option, affirme-t-il [8].

Niels Bohr et Werner Heisenberg.

Il révéla l'existence de la possibilité théorique d'une bombe atomique à Niels Bohr lors d'une conférence à Copenhague en septembre 1941. Cette réunion jeta un froid entre Heisenberg et Bohr, qui rejoignit le projet Manhattan. Cependant, les Allemands ne réussirent pas à produire d'arme nucléaire.

Il y eut beaucoup de controverses pour savoir si Heisenberg avait vraiment tenté de ralentir le projet. Heisenberg affirma après la guerre qu'il aurait freiné ce programme s'il avait eu une chance de réussir. Le livre Heisenberg's War de Thomas Power, et la pièce de théâtre Copenhague de Michael Frayn exposent cette vision des choses.

En février 2002, on retrouve une lettre écrite par Bohr, mais jamais envoyée, datée de 1957 et destinée à Heisenberg. Dans celle-ci, Bohr raconte qu'Heisenberg, lors de leur rencontre en 1941, n'exprima aucun scrupule moral concernant le projet allemand de bombe atomique, et qu'il avait passé les deux dernières années avant cette rencontre à travailler exclusivement sur ce projet. Il était convaincu qu'elle déciderait de l'issue de la guerre. De nombreux historiens des sciences prennent cette lettre comme une preuve de l'implication d'Heisenberg dans le programme allemand, mais plusieurs personnes ont avancé l'hypothèse que Bohr n'avait pas compris les intentions d'Heisenberg lors de cette réunion.

Après-guerre[modifier | modifier le code]

Après une brève période d'internement, il continua ses travaux après-guerre et défendit la création de la Deutsche Forschungsgemeinschaft (Conseil de recherche allemand), qui fut retardée mais dont il sera nommé président en 1951. Directeur de l'Institut Max-Planck sur la physique, nouvellement créé, il présidera également la Fondation Alexander von Humboldt.

Avec d'autres physiciens, les « 18 de Göttingen », il écrivit une lettre au chancelier Adenauer afin que ce dernier abandonne le projet de développement d'une bombe atomique, considérant que l'Allemagne devait développer plutôt son « soft power » (avant la lettre[9]).

Heisenberg écrivit plusieurs livres de vulgarisation, ainsi qu'un ouvrage intitulé Der Teil und das Ganze (La partie et le tout) à propos de sa vie, de son amitié avec Bohr et de l'évolution de la physique quantique.

Publications[modifier | modifier le code]

  • Les principes physiques de la théorie des quanta, Gauthier-Villars (1932). Réédition par Jacques Gabay (1989) ISBN 2-87647-080-2
  • La nature dans la physique contemporaine, Gallimard 1962, réédition en 2000 chez Gallimard, collection Folio Essais.
  • La partie et le tout : le monde de la physique atomique, Albin Michel (1972). Réédité dans la collection Champs (215), Flammarion (1990) ISBN 2-08-081215-7
  • Le manuscrit de 1942, Allia (2003). ISBN 2-84485-116-9

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. HEISENBERG WERNER KARL (1901-1976)
  2. a et b (en) « for the creation of quantum mechanics, the application of which has, inter alia, led to the discovery of the allotropic forms of hydrogen » in Personnel de rédaction, « The Nobel Prize in Physics 1932 », Fondation Nobel, 2010. Consulté le 15 juin 2010
  3. Textuellement :Dann sind sie ja für die Mathematik ganz und gar verloren !
  4. Titre original : über Stabilität und Turbulenz von Flüssigkeitsströmen, Munich, 1923
  5. D’après Alain Connes, Triangles de Pensées, Editions Odile Jacob, p. 72.
  6. Werner Heisenberg, The development of quantum mechanics, Nobel Lecture, December 11, 1933
  7. Heisenberg, La partie et le tout
  8. Cf. les chapitres correspondants dans son autobiographie, La partie et le tout
  9. Cf. son autobiographie, ce n'est évidemment pas le terme qu'il utilise.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • (en) David C. Cassidy, Uncertainty: The Life and Science of Werner Heisenberg, W.H. Freeman & Co.,‎ 15 août 1993, 688 p. (ISBN 978-0716725039)
  • (en) Gerd W. Buschhorn (dir.) et Julius Wess (dir.), Fundamental Physics - Heisenberg and Beyond, Springer-Verlag,‎ 2004
    Ouvrage publié à l'occasion du colloque pour le centenaire de la naissance d'Heisenberg, intitulé : Developments in Modern Physics.
  • Elisabeth Heisenberg, Heisenberg : le témoignage de sa femme, Belin, coll. « Un savant, une époque »,‎ 1990 (ISBN 2-7011-1058-0)
  • Rainer Karlsch (trad. Olivier Mannoni), La Bombe de Hitler : Histoire secrète des tentatives allemandes pour obtenir l'arme nucléaire, Calmann-Lévy,‎ 2007 (ISBN 978-2-7021-3844-1)

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Lien externe[modifier | modifier le code]

  • (en) Biographie sur le site de la Fondation Nobel (la page propose plusieurs liens relatifs à la remise du prix, dont un document rédigé par le lauréat — le Nobel Lecture — qui détaille ses apports)