Physique moderne

Électron de Heisenberg

Réduisez Δx ou augmentez K — vérifiez Δx·Δp ≥ ℏ/2 sur la barre.

Électron de Heisenberg — simulation interactive de Physique moderne. Réduisez Δx ou augmentez K — vérifiez Δx·Δp ≥ ℏ/2 sur la barre. Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.

Principe d'incertitude

Réduisez Δx ou augmentez K  : vérifiez Δx·Δp ≥ ħ/2 sur la barre.

Réduisez Δx ou augmentez K  : vérifiez Δx·Δp ≥ ħ/2 sur la barre.

• Principe d'incertitude ΔxΔp ≥ ℏ/2
• Compromis

Mémoire d'enquête

Planifiez la question avant d'ouvrir le laboratoire

Le brief reprend la page pré-rendue  : question directrice, prédictions concurrentes, rôles des variables, lois directrices, préparation et consignes d’analyse et de prolongement restent visibles et dans cet ordre.

Question de conduite

Si vous confinez un électron dans une région de plus en plus petite de l'espace (réduisant l'incertitude sur sa position), l'incertitude minimale possible sur son élan diminue-t-elle également ou augmente-t-elle ?

Des pronostics à peser

• Il croît – l’incertitude sur la position et l’élan s’équilibrent  ; la position confinante oblige plus précisément l’élan à devenir moins certain.
• Il diminue avec l'incertitude de position.
• L'incertitude sur la dynamique ne dépend pas de l'incertitude sur la position.

Rôles variables

Ce que vous définissez  :

• Incertitude de position Δx (nm)

Ce que vous mesurez  :

• Incertitude de quantité de mouvement Δp (×10⁻²⁵ kg·m/s)

Comment se déroule l'enquête

1. Ouvrez le préréglage d’électrons Heisenberg et appuyez sur Réinitialiser.
2. Activez la lecture de l’incertitude de moment minimum.
3. Réglez l'incertitude de position Δx pour chaque essai et notez l'incertitude minimale possible sur la quantité de mouvement.

Équation gouvernante

Principe d'incertitude de Heisenberg — Δx·Δp ≥ ℏ/2

La position et la quantité de mouvement ne peuvent jamais être connus simultanément avec une précision illimitée  : Δx·Δp ≥ ℏ/2, où ℏ = h/2π. Une position connue avec plus de précision oblige l’élan à devenir d’autant moins certain.

Ce que la feuille de travail imprimable demande aux élèves de résoudre

• Pour un essai, calculez Δp_min = ℏ/(2Δx) en utilisant ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Comparez avec le tableau.
• Expliquez pourquoi le produit Δx·Δp_min est exactement le même (ℏ/2) dans chaque essai — le principe d'incertitude fixe une limite inférieure fixe sur le PRODUIT des deux incertitudes, et non sur l'une ou l'autre seule.

Où cela apparaît au-delà du laboratoire

• Le principe d'incertitude ne concerne pas des instruments de mesure maladroits qui perturbent une particule  : c'est une propriété fondamentale des états quantiques eux-mêmes, vraie même avec un équipement de mesure parfait. Expliquez pourquoi la « perturbation des mesures » est une manière courante mais incomplète de décrire ce principe.
• Pour une balle de baseball (beaucoup plus massive qu'un électron), limiter sa position à moins d'un millimètre donne toujours une incertitude de quantité de mouvement minimale absurdement petite par rapport à sa quantité de mouvement réelle. Expliquez pourquoi l'incertitude quantique n'est perceptible que pour les particules très légères comme les électrons.

• AP Physics 2 — Unit 15: Modern Physics
• IB Physics — E.2 Quantum physics
• General High School Physics — Modern physics intro
• NGSS High School Physics — Wave-particle duality of light

1. Bienvenue dans l'électron de Heisenberg
2. Sélectionnez le montage d'incertitude
3. Appuyez sur Lecture
4. Dispersion selon x et p
5. Ouvrez l'Inspecteur
6. Bravo !

Ouvrez la simulation interactive pour construire la scène, appuyez sur Lecture et explorez avec des mesures en direct et un tutoriel guidé.

Ouvrir le laboratoire interactif →

Télécharger la fiche de laboratoire →

Principe d'incertitude