Post numéro 5 : et la lumière fût

Cette "mécanique ondulatoire” de Schrödinger telle que nous l’avons présentée a été l’objet de vives discussions entre Heisenberg et Schrödinger.

Des années plus tard, Schrödinger écrira "il y a eu ce moment où les créateurs de la mécanique ondulatoire se sont bercés de l’illusion d’avoir éliminé les discontinuités de la théorie quantique. Mais ces discontinuités éliminées des équations disparaissent lorsque nous comparons la théorie avec les observations"

Démontrés équivalentes mathématiquement par Dirac, penser l’électron comme une fonction d’onde ne suffit pas. L’onde psi évolue dans le temps en suivant l’équation écrite par Schrödinger mais seulement quand nous ne la mesurons pas.

Comme si le simple fait de mesurer suffisait à modifier la réalité 

A l’idée première de Heisenberg selon laquelle la théorie ne décrit que des observations et non ce qui se passe entre deux observations, s’ajoute l’idée que la théorie ne prédit que la probabilité d’observer une chose ou une autre.

Pour le comprendre, retour à la case départ nommée Heisenberg et avant lui à Niels Bohr.

Niels Bohr est renommé.

Il a écrit des formules simples qui prédisent les propriétés des éléments chimiques avant qu’elles ne soient mesurées dont par exemple la fréquence de la lumière émise par les éléments chauffés 

Elles restent cependant incomplètes, impuissantes à calculer l’intensité associée 

Quelque chose semble absurde, les équations conduisent à n’associer aux électrons qui tournent autour du noyau que certaines orbites précises à certaines distances avec certaines énergies.

Nous avons déjà fait mention du caractère discret des quanta mais cette période est une période d’effervescence et de questionnement...

A Copenhague, Bohr a réuni les 8 physiciens les plus brillants pour réfléchir à ces questions sur les mystères de l’atome.

Parmi eux se trouve Wolfgang Pauli, camarade d’école de Heisenberg 

A l’automne 1924, c’est lui qui convainc Bohr d’inviter Heisenberg alors assistant de Max Born à Göttingen.

Heisenberg reste quelques mois à Copenhague avec Niels Bohr et s’immerge dans le problème 

Il a 23 ans quand il est envoyé à Helgoland pour y soigner son rhume des foins à l’abri du pollen faute d’arbre.

Helgoland signifie "terre sacrée"  et il s’emploie pour s’immerger dans ce problème qui le hante.

C’est le désespoir dira-t-il qui le pousse à explorer des idées radicales...

Pauli comme Heisenberg ont maintes fois évoqué Einstein dans leurs discussions pour qui, il est parfois nécessaire d’abandonner les hypothèses apparemment incontestables.

Un Einstein si inspiré des idées de la Vienne de l’époque, d’Ernst Mach, pour qui la science devait se libérer de toute hypothèse métaphysique implicite pour se concentrer sur les seules observations.

Heisenberg se dit que personne n’a réussi à identifier cette nouvelle force qui pousse l’électron à ces sauts quantique 

Nous ne trouvons pas de nouvelles lois du mouvement ? Changeons plutôt la façon de penser l’électron...

Renonçons à cet électron se déplaçant le long de trajectoires et décrivons seulement ce que nous observons de l’extérieur : l’intensité et la fréquence de la lumière émise par l’électron.

Heisenberg remplace les variables physique des modèles originels par des tableaux de nombres où les orbites de départ sont indiquées dans les en tête des lignes tandis que les orbites d’arrivée sont indiquées dans les en têtes des colonnes

Chaque case à l’intersection d’une ligne et d’une colonne décrit le saut d’une orbite à l’autre.

Partant de cette idée simple, il échoue à mener le calcul pour l’électron dans l’atome...trop compliqué...

Il essaye alors avec un pendule et cherche les règles de Bohr pour ce cas simplifié

Le 7 juin 1925, sur son île d’Helgoland, quelque chose commence à se dessiner :

"Quand le premier terme sembla concorder avec les règles de Bohr, je commençais à m’agiter, commettant une erreur de calcul après l’autre. Il était environ trois heures du matin quand le résultat final apparut devant mes yeux. Il était juste pour tous les termes. Soudain, je n’avais plus aucun doute quant à la cohérence de la nouvelle mécanique quantique que mes calculs indiquaient.

J’étais profondément troublé. J’avais la sensation de regarder, à travers la surface des phénomènes, vers un intérieur d’une étrange beauté; je me sentais étourdi à la pensée que je devais maintenant explorer cette nouvelle profusion de structures mathématiques que la nature déployait aussi généreusement devant moi"

Je vais m’arrêter une seconde là-dessus, trop de beauté.

La non commutativité dont il déduira le principe d’incertitude

La beauté, c’est quelque chose dans le regard qui exprime l’intelligence et l’intelligence, c’est quelque chose dans le regard qui exprime la beauté 

Conférence d'Alain Connes sur laquelle il va revenir sur la découverte de Hesisenberg, rien ne vaut la beauté et la simplicité de ses exposés...