Sciences · Grands scientifiques
Werner Heisenberg
Werner Heisenberg (1901-1976), physicien allemand, a fondé la mécanique quantique en 1925 et énoncé en 1927 le principe d’incertitude. Prix Nobel de physique 1932, il a dirigé le programme nucléaire allemand pendant la guerre.
Mis à jour le 4 min de lecture
À 23 ans, sur l’île de Heligoland où il soignait un rhume des foins, Heisenberg trouve la première formulation cohérente de la mécanique quantique. Deux ans plus tard, il montre qu’il existe une limite fondamentale à la précision avec laquelle on peut connaître simultanément la position et la vitesse d’une particule. Son rôle sous le régime nazi reste l’un des sujets les plus débattus de l’histoire des sciences.
Repères chronologiques
| Date | Événement |
|---|---|
| 5 décembre 1901 | naissance ; son père est professeur de grec byzantin |
| 1920-1923 | études à Munich avec Arnold Sommerfeld ; thèse sur la turbulence (1923) |
| 1923-1924 | assistant de Max Born à Göttingen |
| 1924-1925 | séjour chez Niels Bohr à Copenhague |
| juin 1925 | à Heligoland, conçoit la mécanique quantique ; article publié en juillet |
| 1925-1926 | avec Born et Pascual Jordan, mécanique des matrices |
| 1927 | principe d’incertitude ; professeur à Leipzig à 25 ans |
| 1932 | modèle du noyau formé de protons et de neutrons |
| 1933 | reçoit le prix Nobel de physique 1932 |
| 1937 | attaqué par la presse SS comme « Juif blanc » pour avoir enseigné la relativité |
| 1939-1945 | membre principal du « club de l’uranium », programme nucléaire allemand |
| septembre 1941 | visite à Niels Bohr à Copenhague |
| 1942 | directeur de l’Institut Kaiser-Wilhelm de physique |
| mai 1945 | arrêté par la mission alliée Alsos ; interné à Farm Hall (Angleterre) jusqu’en janvier 1946 |
| 1946 | dirige l’Institut Max-Planck de physique à Göttingen, transféré à Munich en 1958 |
| 1957 | signe le manifeste de Göttingen contre l’armement nucléaire de la RFA |
| 1er février 1976 | mort d’un cancer à Munich |
La mécanique des matrices
Le modèle de Bohr échoue pour les atomes complexes. Heisenberg décide de ne parler que de grandeurs observables, comme les fréquences et intensités des raies spectrales, et de renoncer à décrire des orbites que personne ne peut voir. Il représente les grandeurs physiques par des tableaux de nombres. Max Born reconnaît des matrices, objets mathématiques dont la multiplication n’est pas commutative : A × B n’est pas égal à B × A.
Avec Born et Jordan, il en tire une théorie complète. Elle donne par exemple : position × quantité de mouvement − quantité de mouvement × position = iħ. En 1926, Schrödinger propose une formulation par les ondes, qu’il montre mathématiquement équivalente. Voir la mécanique quantique.
Le principe d’incertitude (1927)
Plus on localise précisément un électron, moins on connaît sa vitesse, et inversement. Heisenberg l’illustre par l’expérience de pensée du « microscope » : pour voir un électron, il faut l’éclairer, et la lumière le bouscule. Mais le principe est plus profond qu’une perturbation due à la mesure : il exprime le fait qu’une particule quantique n’a pas simultanément une position et une vitesse parfaitement définies. On parle aussi de relations d’indétermination.
Une relation semblable relie l’énergie et le temps. Le principe explique la stabilité des atomes : un électron confiné près du noyau aurait une quantité de mouvement énorme.
Le prix Nobel
Le prix Nobel de physique 1932, décerné en 1933, lui est attribué « pour la création de la mécanique quantique », dont l’application a conduit notamment à la découverte des formes allotropiques de l’hydrogène. Schrödinger et Dirac reçoivent le prix 1933.
Heisenberg et la bombe
Heisenberg reste en Allemagne après 1933, alors que de nombreux collègues juifs sont chassés. En 1939, il devient le principal scientifique du programme nucléaire militaire allemand. Le programme ne produit ni réacteur fonctionnel ni bombe.
Les raisons de cet échec sont discutées :
- erreurs de calcul sur la masse critique d’uranium 235, que Heisenberg semble avoir largement surestimée ;
- manque de moyens et absence de priorité accordée par le régime à partir de 1942 ;
- volonté éventuelle de Heisenberg de ne pas aboutir, thèse qu’il a lui-même suggérée après la guerre mais que la plupart des historiens jugent non démontrée.
Sa visite à Niels Bohr à Copenhague, en septembre 1941, a inspiré la pièce Copenhague de Michael Frayn (1998) ; les deux hommes en ont gardé des souvenirs contradictoires. Les conversations enregistrées à leur insu des savants allemands internés à Farm Hall, rendues publiques en 1992, montrent leur stupeur à l’annonce de la bombe d’Hiroshima. Voir la Seconde Guerre mondiale.
Après la guerre
Heisenberg contribue à reconstruire la science ouest-allemande, participe à la création du CERN et travaille sur une théorie unifiée des particules élémentaires, sans succès. En 1957, avec dix-sept autres physiciens, il signe le manifeste de Göttingen refusant toute participation à la fabrication d’armes atomiques. Il est l’auteur de livres de réflexion, dont La Partie et le Tout (1969).
Questions fréquentes
Qu’est-ce que le principe d’incertitude ?
Une loi de la mécanique quantique selon laquelle on ne peut connaître simultanément et avec une précision arbitraire la position et la quantité de mouvement d’une particule. Le produit de leurs incertitudes est au moins égal à ħ/2.
Pourquoi Heisenberg a-t-il eu le prix Nobel ?
Pour avoir créé la mécanique quantique, en 1925. Il a reçu le prix Nobel de physique 1932.
Heisenberg a-t-il travaillé sur la bombe atomique nazie ?
Oui, il a été le principal scientifique du programme nucléaire allemand de 1939 à 1945. Ce programme n’a abouti ni à un réacteur ni à une bombe ; ses intentions réelles restent débattues.