Werner Heisenberg

Werner Heisenberg

Le 1er février dernier mourait à Munich, à l’âge de 74 ans, l’un des maîtres les plus influents de la physique contemporaine, Werner Heisenberg. Son nom restera attaché, avec ceux d’Albert Einstein, Niels Bohr, Max Born, Louis de Broglie, Paul Dirac, Max Planck et Ervin Schrödinger, à la révolution, qui, dans la première moitié du XXe siècle a profondément bouleversé la physique classique.

Pour situer brièvement la contribution de Werner Heisenberg à la physique quantique, dont il fut le principal fondateur, il faut rappeler qu’au début du siècle la physique classique a atteint son apogée et se heurte à un certain nombre de problèmes qui conduiront Max Planck et Albert Einstein à introduire explicitement le discontinu en faisant appel à la notion de quantum d’énergie. Peu après, Niels Bohr propose un modèle de l’atome qui a le mérite de rendre compte d’un grand nombre de résultats expérimentaux. Mais l’atome de Bohr n’est malgré tout qu’un compromis entre la physique classique et l’idée de quantification et il faudra attendre la thèse de Louis de Broglie, en 1924, pour avoir une première formulation cohérente des nouvelles idées en germe depuis quelques années. Heisenberg expose de son côté, en 1926, la mécanique des matrices qui constituera la base de la mécanique quantique. Bien que Schrödinger ait montré l’équivalence des deux théories en remarquant que la mécanique des matrices n’est que la transposition algébrique du formulisme de la mécanique ondulatoire, la mécanique ondulatoire et la mécanique quantique n’en représentent pas moins deux tendances fondamentalement différentes : la mécanique ondulatoire attribue à la nature le double aspect corpusculaire et ondulatoire et s’efforce sur cette base de donner une représentation des phénomènes microphysiques dans le cadre de l’espace et du temps. Heisenberg pense, quant à lui, qu’une théorie physique doit éviter toute représentation dont certains éléments échapperaient à l’expérimentation. C’est pourquoi il ne se préoccupe pas de donner une image de l’univers microphysique : ce qui importe, c’est de traduire les résultats de la théorie en termes classiques de manière à pouvoir les comparer aux résultats expérimentaux sans tenter d’attribuer un sens physique aux concepts quantiques. Par cette attitude, Heisenberg se rattache au courant positiviste qui inspirera l’école philosophique du Wiener Kreis.

La mécanique quantique triomphera avec l’interprétation probabiliste de l’école de Copenhague et vaudra à Heisenberg le prix Nobel de physique en 1932.

L’univers quantique de l’interprétation de Copenhague est un monde de probabilités pures qui ne reflètent pas, comme le pensaient d’abord certains physiciens, notre ignorance d’un certain nombre de paramètres. Les relations d’incertitude d’Heisenberg précisent le sens physique du formalisme quantique, en affirmant qu’il n’est pas possible de déterminer simultanément la position et la vitesse d’une particule. On ne peut alors parler que de probabilités de localisation ou d’états de mouvement.

Outre la théorie quantique, Heisenberg a étudié bien d’autres problèmes parmi lesquels on peut citer la théorie quantique des champs, le noyau atomique et les forces nucléaires, les particules élémentaires, l’état solide.

Mais Heisenberg ne s’est pas contenté d’être un grand physicien : la théorie quantique a de profondes implications épistémologiques et philosophiques. Ses travaux scientifiques l’ont conduit à des réflexions philosophiques sur la nature, sur les relations de l’homme et de la nature, sur le problème de la connaissance, sur le monde contemporain. Par sa curiosité et son ouverture d’esprit, il se rattache à la tradition philosophique occidentale qui s’est toujours efforcée de donner une représentation cohérente de la nature.

Enfin, Heisenberg, physicien et philosophe, ne s’est pas pour autant tenu à l’écart des bouleversements de son époque : élevé dans un climat de ferveur patriotique, il ressent durement la défaite allemande de 1918. Militant d’un mouvement de jeunesse d’inspiration nationaliste, il combat l’agitation communiste qui secoue l’Allemagne après la première guerre mondiale. Hitler arrive au pouvoir en 1933 à l’époque où la valeur scientifique d’Heisenberg est consacrée par le prix Nobel. Nul ne peut dire avec certitude quel a été son sentiment vis-à-vis du national-socialisme. Toujours est-il qu’il évite de prendre position pour ou contre Hitler. Fidèle à sa patrie, il refusera de s’expatrier et, à partir de 1941, il participera à la direction du programme d’études sur la fission atomique et le premier réacteur nucléaire. Cela lui vaudra, après l’effondrement du IIIe Reich, d’être fait prisonnier par les alliés et d’être amené en captivité en Angleterre avec d’autres savants atomistes. De retour en Allemagne au printemps 1946, il relèvera l’institut Max Planck de physique qu’il dirigera d’abord à Göttingen, puis à Munich à partir de 1958.

Michel Aubes, Éléments n°14-15, 1976.

Principaux ouvrages de Werner Heisenberg traduits en français
Les principes physiques de la théorie des quanta (Gauthier-Villars, 1932).
La physique du noyau atomique (Albin-Michel, coll. « sciences d’aujourd’hui », 1954).
Physique et philosophie (Albin-Michel, coll. « sciences d’aujourd’hui », 1961).
La nature dans la physique contemporaine (Gallimard, coll. « idées », 1962).