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La leçon scientifique la plus simple au monde : le principe d’incertitude
La leçon scientifique la plus simple au monde : le principe d’incertitude
Description
Introduction au livre
De l'histoire de l'optique à la naissance de l'équation de Schrödinger
Plongeons-nous dans l'article révolutionnaire qui a ouvert la porte à la mécanique quantique !

Le principe d'incertitude, qui a ouvert la porte à la mécanique quantique et à l'exploration du monde microscopique.

Dans l'article révolutionnaire qui a inauguré une nouvelle ère scientifique !

Le cinquième livre de la série [Apprendre les sciences avec des articles originaux de lauréats du prix Nobel].
Ce livre traite en détail de la naissance de la mécanique quantique, en se concentrant sur le principe d'incertitude d'Heisenberg, qui a ouvert la porte à la mécanique quantique.
Lors de la résolution du problème, nous n'ignorons pas les formules, mais nous facilitons la compréhension de manière naturelle en les intégrant au contexte historique de la théorie.

Les trois années allant de 1924 à 1926 ont constitué une période formatrice pour la mécanique quantique, avec l'émergence de nombreux excellents physiciens théoriciens.
Ce livre présente successivement l'article de de Broglie de 1924 sur les ondes de matière, l'article de Heisenberg de 1925 sur le principe d'incertitude, l'article de Born et Jordan de 1925 sur le principe d'incertitude et l'article de Schrödinger de 1926 sur l'équation de Schrödinger.

Pour aider les lecteurs à comprendre, j'ai commencé le récit par un historique de l'optique.
Le débat sur la nature de la lumière (particule ou onde) dure depuis très longtemps.
La théorie des ondes de matière de De Broglie, qui y mit fin, joua un rôle majeur dans la publication par Heisenberg, l'année suivante, de son article sur le principe d'incertitude.

L'histoire de Born et Jordan, qui ont étudié le principe d'incertitude à peu près à la même époque qu'Heisenberg, a également été incluse.
De plus, cela m'a aidé à comprendre les articles présentés dans le livre en expliquant l'histoire des séries de Fourier et de la mécanique analytique, que j'ai apprises en deuxième année d'université, en utilisant des mathématiques de niveau lycée.
Ce livre sera l'occasion de réfléchir à l'état d'esprit que nous devrions adopter lorsque nous rêvons de remporter le prix Nobel de sciences, en examinant les histoires des premiers héros de la mécanique quantique ainsi que leurs articles.
  • Vous pouvez consulter un aperçu du contenu du livre.
    Aperçu

indice
Recommandation
J'espère que vous pourrez comprendre les articles originaux de ces scientifiques de génie.
Ouvrir la porte à la mécanique quantique : une interview surprise avec le Dr Feynman

Première rencontre│Histoire de l'optique
Loi de Snell-Descartes : Réflexion et réfraction de la lumière
Principe de Fermat du moindre temps – Démonstration de la loi de Snell-Descartes
Loi de Hooke et vibrations simples _ Revenons au début !
Théorie corpusculaire de Newton et théorie ondulatoire de Huygens : la lumière est-elle une particule ou une onde ?
L'expérience de Young et la théorie ondulatoire de la lumière : observation des figures claires et sombres
La découverte des ondes électromagnétiques et le début des communications sans fil

Seconde rencontre│La dualité de la matière
De Broglie affirme la dualité de la matière - à la fois propriétés ondulatoires et corpusculaires !
Ondes de matière et modèle atomique de Bohr : conditions de non-annihilation des ondes
La découverte des ondes de matière : une grave erreur

Troisième rencontre│Séries de Fourier et transformées de Fourier
Formule d'Euler : La relation entre les fonctions trigonométriques et exponentielles
Séries de Fourier _ Représentation des fonctions périodiques sous forme de sinus et de cosinus
Séries de Fourier dans les nombres complexes - Allons plus loin

Quatrième rencontre│À l'intérieur du document sur le principe d'incertitude
Les jeunes années d'Heisenberg : à la veille d'une nouvelle théorie quantique
Heisenberg contre Born : Les trois mousquetaires de la mécanique matricielle
Principe d'incertitude d'Heisenberg : discontinuité versus continuité
Application de la nouvelle règle de multiplication aux conditions de quantification de Bohr
Problème de l'oscillation monoharmonique quantique - Décalage de position discontinu en théorie quantique
Le principe d'incertitude de Born : se concentrer sur la position et la vitesse

Cinquième réunion│Histoire de la mécanique analytique
Calcul variationnel d'Euler - Chemin le plus court entre deux points
Mécanique analytique de Lagrange : application du calcul variationnel à la mécanique
Les équations de Hamilton : décrire la dynamique d'une manière différente
Équations de Hamilton-Jacobi _ équations satisfaites par l'action

Sixième réunion | La naissance de l'équation de Schrödinger et l'achèvement du principe d'incertitude
L'apparition de Schrödinger : la découverte d'une nouvelle équation
Au cœur de la thèse de Schrödinger : la naissance des équations qui régissent la mécanique quantique
La relation de Heisenberg-Born-Jordan et l'équation de Schrödinger – semblent différentes, mais sont fondamentalement identiques.
L'interprétation de la probabilité selon Born et l'espérance mathématique selon Ehrenfest : résolution des problèmes de nombres complexes
Schrödinger, Dévoiler les oscillations monotones grâce à la mécanique quantique - À la recherche d'une réponse
Complément du principe d'incertitude : des mesures simultanées et précises sont impossibles.
Conférence d'Heisenberg : Une expérience virtuelle d'observation d'objets au microscope

En plus de la réunion
Sur la réinterprétation quantique des relations cinématiques et mécaniques – Version anglaise de l'article de Heisenberg
Une théorie ondulatoire de la mécanique des atomes et des molécules _ Article de Schrödinger en anglais
Nous avons conclu notre réunion par un excellent article.
Articles cités dans cet ouvrage
Lettres grecques utilisées dans les formules
Présentation des lauréats du prix Nobel de physique

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Dans le livre
Après avoir obtenu son diplôme universitaire, Fermat a travaillé comme avocat à Bordeaux, dans l'ouest de la France.
Durant cette période, j'ai lu de nombreux livres, et après avoir lu les traités du mathématicien grec antique Apollonius, je suis tombé amoureux de la beauté des mathématiques.
Après cela, j'ai commencé à étudier les mathématiques par loisir et je les ai approfondies.
Il échangeait des lettres avec des mathématiciens célèbres tels que Descartes et Mersenne.

--- p.28

Napoléon, passionné de mathématiques et de sciences, était ami avec les mathématiciens, et Fourier était l'un de ses mathématiciens préférés.
Fourier accompagna Napoléon lors de son expédition en Égypte en 1798 en tant que conseiller scientifique.
Il fut également nommé secrétaire à l'Institut égyptien (Institut du Caire) fondé par Napoléon au Caire, où il mena des recherches mathématiques.

--- p.95

À son retour à Göttingen, il remit l'article, qui n'avait pas encore été soumis à une revue, à son collègue Born pour lecture début juillet.
Et il a dit ceci.

« Le contenu de cet article est tellement révolutionnaire que je n’ose pas le soumettre à une revue académique. »
--- p.117

Euler, qui avait étudié toute la journée, continua à étudier même après avoir perdu la vue de son œil droit, et finit par développer une cataracte qui le rendit aveugle de son autre œil.
Il vécut donc aveugle pendant environ 17 ans, de 1766 jusqu'à sa mort.
Même après être devenu aveugle, Euler n'a pas interrompu ses recherches.
Il a effectué tous les calculs mentalement et a publié plus d'articles qu'avant de perdre la vue.

--- p.153~154

Les approches de la mécanique quantique de Heisenberg-Born-Jordan et de Schrödinger étaient différentes.
Il fallait maintenant que les physiciens démontrent que les deux méthodes étaient équivalentes.
Autrement dit, nous devions prouver que la relation de Heisenberg-Born-Jordan et l'équation de Schrödinger sont identiques.

--- p.199

Schrödinger n'appréciait pas l'apparition des nombres imaginaires en physique.
Je l'ai donc écrit dans le journal sans utiliser de faux chiffres.
Il pensait que la fonction d'onde de l'électron qu'il avait obtenue avait une signification physique.
Plus tard, Schrödinger a changé d'avis.
Autrement dit, la nécessité des nombres imaginaires a été reconnue en mécanique quantique.

--- p.202

Heisenberg a décrit le principe d'incertitude comme suit :

« La position et la quantité de mouvement d'un électron ne peuvent pas être mesurées précisément en même temps. »
--- p.227

Du fait de la très faible valeur de la constante de Planck, nous ne pouvons pas réellement ressentir le principe d'incertitude dans le monde dans lequel nous vivons (le monde macroscopique).
Cependant, dans le monde infiniment petit (monde microscopique) où vivent les électrons, le principe d'incertitude joue un rôle très important.
--- p.228

Avis de l'éditeur
★ Recommandé par la National Science Teachers Association ★ Un ouvrage incontournable à l'ère de la science citoyenne
★ Un ouvrage incontournable pour ceux qui envisagent des études scientifiques ou d'ingénierie ★ Le premier livre au monde à présenter des articles originaux d'un lauréat du prix Nobel
★ Cours de sciences individuels et conviviaux ★ Articles originaux en anglais inclus

La mécanique quantique, qui a changé le monde, a débuté avec le principe d'incertitude.


La compétition mondiale autour des ordinateurs quantiques, surnommés « ordinateurs de rêve », s'intensifie.
Alors que des entreprises américaines comme Google et IBM sont sur le point de commercialiser leurs produits, des pays puissants comme la Chine, le Japon et l'Europe se livrent à une concurrence féroce.
Les ordinateurs quantiques sont construits sur la théorie de la mécanique quantique, qui traite du monde microscopique, comme les atomes.
Les ordinateurs quantiques surpassent déjà les superordinateurs en termes de puissance de calcul, et l'industrie développe rapidement des recherches pour les utiliser dans l'IA, les nouveaux médicaments, l'espace et le domaine militaire.
La Corée du Sud prévoit également d'investir 3 000 milliards de wons dans le but de rejoindre le cercle des quatre premières puissances bilatérales d'ici 2035.
[Article du Chosun Ilbo, 12 septembre 2023]

Les ordinateurs que nous utilisons aujourd'hui sont basés sur le système binaire.
Il s'agit d'une méthode permettant de reconnaître et de calculer 0 ou 1 comme unité d'information.
Cependant, l'ordinateur quantique, apparu récemment, présente une nouvelle logique basée sur la mécanique quantique en physique.
En appliquant le principe d'incertitude de la mécanique quantique, deux états, 0 et 1, peuvent être affichés simultanément.
Ainsi, les capacités de traitement de l'information sont nettement plus rapides que celles des ordinateurs actuels.
Des problèmes qui prendraient 10 000 ans à résoudre avec les superordinateurs actuels peuvent être résolus en quelques centaines de secondes.

La mécanique quantique a changé le monde et continuera de le faire.
Tout a commencé avec le principe d'incertitude d'Heisenberg.

Le principe d'incertitude d'Heisenberg, associé à l'équation de Schrödinger, a inauguré l'ère de la mécanique quantique.
Dès lors, pour étudier le monde microscopique, on a utilisé la mécanique quantique et non la physique classique.
La mécanique quantique a été activement appliquée à l'étude des noyaux, des solides et des étoiles, créant de nouveaux domaines de la physique tels que la physique nucléaire, la physique du solide et la physique stellaire.
En lisant ce livre, approfondissons le principe d'incertitude qui a ouvert une nouvelle ère en science.

Analyse approfondie de l'article révolutionnaire qui a posé les fondements de la mécanique quantique.

« Le contenu de cet article est tellement révolutionnaire que je n’ose pas le soumettre à une revue. » – Heisenberg
« Si quelqu'un n'est pas intrigué par la mécanique quantique, c'est qu'il ne la comprend pas vraiment. » – Bohr

Il n'est pas facile de comprendre correctement le principe d'incertitude, qui est le fondement de la mécanique quantique.
Cependant, même en ne l'abordant que superficiellement, le principe d'incertitude est une théorie fondamentale de la mécanique quantique.
《La leçon de science la plus facile au monde : le principe d'incertitude》 est un effort pour faire d'une pierre deux coups : la science et l'histoire.

Nous avons commencé par retracer l'histoire de l'optique, qui a servi de toile de fond à l'établissement de la théorie afin d'aborder correctement le principe d'incertitude.
Les théories corpusculaires et ondulatoires de la lumière, et la théorie des ondes de matière de de Broglie qui y mit fin.
Ces éléments facilitent l'accès au principe d'incertitude.
De plus, afin de faciliter la compréhension des articles centraux de Heisenberg et Schrödinger présentés dans l'ouvrage, des explications sur les séries de Fourier et la mécanique analytique ont été ajoutées.

La principale caractéristique de cet ouvrage est qu'il ne se contente pas d'expliquer les faits historiques ou le contexte des grandes théories récompensées par le prix Nobel, mais qu'il remet directement en question les formules qui sont au cœur de la thèse.
L’objectif est donc de ressentir l’esprit du scientifique qui a accompli cet exploit remarquable et de faire un pas de plus vers le prix Nobel de sciences.
De plus, nous avons facilité l'approche du sujet en l'enseignant étape par étape grâce à des conversations individuelles entre professeurs et étudiants.

Heisenberg, le talent idéal pour notre époque, qui alliait science et philosophie.

Ce livre présente également la vie d'Heisenberg, figure centrale.
Contrairement au stéréotype que certains pourraient avoir de lui en tant que physicien théoricien, il était un pianiste talentueux et a reçu une formation philosophique considérable dès son plus jeune âge.
Parmi ses ouvrages les plus célèbres figurent « Physique et Philosophie » et « La Partie et le Tout ». Ce dernier, en particulier, aborde divers sujets philosophiques, éthiques, sociaux, politiques et religieux soulevés par la mécanique quantique.

Peut-être cette convergence entre science et philosophie a-t-elle influencé la rupture audacieuse avec le cadre de la science classique ? Heisenberg, en effet, incarne le talent idéal dont notre époque a besoin.
J'espère que les lecteurs ressentiront eux aussi, à travers sa vie, le besoin d'une pensée convergente et développeront la capacité de penser pour envisager le monde d'une manière plus large.
SPÉCIFICATIONS DES PRODUITS
- Date de publication : 6 novembre 2023
- Nombre de pages, poids, dimensions : 288 pages | 152 × 215 × 20 mm
- ISBN13 : 9791193357194
- ISBN10 : 1193357195

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