Werner Heisenberg, né le à Wurtzbourg (Empire allemand) et mort le à Munich (Allemagne de l'Ouest), est un physicien allemand qui est l'un des fondateurs de la mécanique quantiqueHeisenberg Werner Karl (1901–1976). (, écrit l'Encyclopédie Universalis, consultée le ), notamment en mettant en évidence le principe d'incertitude et en développant la formulation probabiliste de la fonction d'onde.
Pendant la Seconde Guerre mondiale, il participe aux recherches atomiques sous le Troisième Reich et fait de la propagande en faveur de l'Allemagne nazie. Capturé après la guerre, il est relâché après plusieurs mois de captivité et retourne en Allemagne, où il poursuit une carrière académique.
Il est lauréat du prix Nobel de physique de 1932 . Selon des scientifiques et des historiens, Heisenberg n'avait aucun scrupule à développer une bombe atomique pour le compte du régime nazi, mais ce jugement n'est pas largement partagé parmi les spécialistes.
Biographie
Enfance Werner Karl Heisenberg naît le à Wurtzbourg dans une famille d'enseignants : son père August Heisenberg est un professeur au lycée de la ville et assistant de littérature byzantine à l'université, sa mère Annie Wecklein est la fille du directeur du lycée dans lequel Werner et son frère aîné Erwin font leurs études.. Quand il a neuf ans, la famille s'installe à Munich, où son père a décroché un poste à l'université en 1909. Heisenberg y fréquente le lycée Maximilien ; il apprend les langues, les mathématiques et la musique ; il joue d'abord du violoncelle puis du piano et est aussi éclaireur scout. Mais ce n'est qu'après 1920, qu'il devient véritablement, au sein du mouvement de jeunesse, un randonneur à travers tout le pays et un pratiquant amateur et assidu dans de multiples domaines sportifs.
Études Passionné par les mathématiques, il suit en auditeur libre plusieurs cours de l'université de Munich, notamment sur les méthodes mathématiques de la physique moderne. En fait, il veut sauter les deux années préparatoires de mathématiques et à cette fin, il s'entretient avec un des professeurs de mathématiques, mais ce dernier se montre très critique vis-à-vis des mathématiques appliquées. Dans son autobiographie La Partie et le Tout (), Heisenberg décrit l'entrevue comme un désastre : quand le professeur Ferdinand von Lindemann apprend que Heisenberg a lu un livre de Hermann Weyl sur la relativité générale, il rompt l'entretien avec ces mots : .
Il assiste à la proclamation de la république des conseils de Bavière (d'inspiration communiste) en 1918 et participe à sa répression violente par les Corps francs, comme aide au combat et combattant volontaire..
Il accomplit ses études de physique à l'université de Munich dans le délai record de trois ans, et soutient sa thèse sur « la stabilité des écoulements de fluide et la turbulenceTitre original : Über Stabilität und Turbulenz von Flüssigkeitsströmen, Munich, 1923. » sous la direction d’Arnold Sommerfeld. Après avoir obtenu son doctorat le , il devient dès 1924 l’assistant de Max Born à Göttingen tout en gardant des relations avec son ancien maître Arnold Sommerfeld puis il est lecteur à Copenhague de 1926 à 1927. Il travaille alors avec le physicien théoricien Niels Bohr. C'est au cours des années suivantes qu'avec Max Born et Pascual Jordan, il jette les bases théoriques de la mécanique quantique. vignette|Werner Heisenberg vers 1927.
Carrière universitaire Heisenberg est recruté en 1927 comme professeur de physique atomique théorique à l'université de Leipzig, âgé seulement de 26 ans. Il fait de cet établissement universitaire l'un des hauts lieux de la physique théorique (et en particulier de la physique nucléaire) durant l'entre-deux-guerres en Europe et dans le monde entier. Il y reste jusqu'en 1941, date où il est appelé à l'institut Kaiser-Wilhelm de physique.
En 1929, le jeune physicien donne des cours et des conférences aux États-Unis, au Japon et en Inde.
Mécanique quantique vignette|Heisenberg et Niels Bohr avant-guerre. Heisenberg à l'âge de 23 ans s'exile sur l'île de Heligoland pour soigner une allergie aux pollens de fleurs. Devenu assistant à l'université de Göttingen, il y développe la première formalisation de la mécanique quantique publiée en 1925, en même temps qu'Erwin Schrödinger. Toutefois, le formalisme mathématique est différent ; Heisenberg adopte une formalisation matricielle à multiplication non commutative, la « mécanique matricielle », alors que Schrödinger utilise une approche ondulatoire, où la fonction d'onde est une solution d'une équation aux dérivées partielles (équation de Schrödinger). Pour cette raison, la communauté scientifique pense d'abord que les deux théories sont distinctes, Einstein allant jusqu'à considérer le formalisme matriciel comme une fausse-route, mais l'année suivante Schrödinger établit l'équivalence mathématique des deux formulations. Heisenberg redécouvre d'ailleurs à cette occasion les principaux résultats du calcul matriciel pour les besoins de l'expérimentation ; la théorie complète des matrices ne lui est enseignée que plus tard par le physicien allemand Pascual JordanD’après ..
Le principe d'incertitude, ou plus rigoureusement le « principe d'indétermination », qu'il énonce en 1927, affirme que la détermination de certains couples de valeurs de physique classique, par exemple la position et la quantité de mouvement, ne peut se faire avec une précision arbitraireLe mot qualifiant ce principe est d'abord Unsicherheit, qui est trop vite traduit par Paul Langevin en français. Werner Heisenberg préfère et choisit ensuite Unbestimmtheit beaucoup plus approprié et pertinent.. Ce principe affirme simplement qu'une particule quantique n'est jamais un corpuscule décrit par la physique classique. On peut le formaliser sous la forme d'un produit mathématique : Δpx Δx ≈ h où Δpx représente l'indétermination sur la quantité de mouvement, Δx l'indétermination sur la position et h la constante de Planck. Ce produit ne peut être inférieur à la constante (ou bien , où ħ est la constante de Planck réduite) et donc toute précision dans la mesure d'une des deux quantités classiques se fait au détriment de l'autre. Cette incertitude ou mieux cette indétermination n'est pas liée à une mesure caduque, mais marque la limite des propriétés réelles décrites par une approche par valeurs classiques : améliorer la précision des instruments n'améliorera pas la précision de ces mesures classiques simultanéesEn d'autres termes, ce n'est pas la mécanique quantique qui est imprécise ou floue, mais les notions classiques réunies de vitesse et de position, de temps et d'énergie qui perdent leurs pertinences descriptives pour ces objets quantiques singuliers. Extrait cours d'Étienne Klein sur la méprise de cette révolution ontologique. La même année, Heisenberg participe au congrès Solvay qui oppose les physiciens sur l'interprétation de ce principe et de la mécanique quantique en général.
À partir de 1929, il travaille avec Wolfgang Pauli à l'élaboration de la théorie quantique des champs.
Il reçoit le prix Nobel de physique en 1933Werner Heisenberg, The development of quantum mechanics, Nobel Lecture, December 11, 1933.(pour l'année 1932) (c'est-à-dire l'orthohydrogène et le parahydrogène).
Après la découverte du neutron par James Chadwick en 1932, Heisenberg propose le modèle proton-neutron du noyau atomique, et s'en sert pour expliquer le spin nucléaire des isotopes.
Sous le régime nazi (1933-1945) Heisenberg décide de rester en Allemagne nazie dès les débuts du régime, non par sympathie, dira-t-il plus tard, mais pour préserver l'avenir et préparer l'après-guerre de la recherche allemande par des « îlots de stabilité », idée qui lui serait venue d'un entretien avec Max PlanckHeisenberg, La Partie et le Tout.. Le physicien célibataire est d'abord inquiété par les autorités nazies qui le soumettent à une enquête de plus en plus pressante. Sa mère informée fait appel à la mère de Heinrich Himmler, qu'elle connaît personnellement, pour mettre un point final à ces inquiétantes convocations renouvelées avec des incessants interrogatoires sur ses rapports avec Albert Einstein et les autres physiciens juifs ou exilés. Heisenberg prétend rester un simple citoyen obéissant aux lois du Reich et sans engagement politique.
Il joue souvent du piano, régulièrement et brillamment, à partir de partitions de Bach ou Mozart, de Beethoven ou Schubert, lors des soirées mondaines chez ses amis. Il rencontre Elisabeth Schumacher (1914-1998) au cours d'une petite soirée musicale à Leipzig en . Le couple se marie et fonde une famille composée de sept enfants (dont le futur généticien et neurobiologiste Martin Heisenberg et le physicien Jochen Heisenberg). Sa fille Christine Heisenberg se mariera à l'écrivain et psychologue Frido Mann, petit-fils de Thomas Mann. Un de ses petits-enfants est le réalisateur Benjamin Heisenberg et un autre est le biologiste .
Opposition initiale du régime (1933-1939) Les nazis arrivent au pouvoir en 1933. En 1934, le physicien allemand Arnold Sommerfeld prend sa retraite. Pour le remplacer, il propose Heisenberg. Mais le gouvernement nazi refuse car ce dernier n'est pas membre du parti et n'est pas connu pour être un partisan du Führer. Ce malentendu dure et finalement un pronazi est nommé à la chaire de physique à l'université de Munich (1935). C'est une défaite pour Heisenberg. L'institut Heisenberg est débaptisé en faveur d'un scientifique nazi (Philipp Lenard).
En 1936, un article du Volkischer Beobachter, le quotidien du parti nazi, dénonce la qui ont envahi l'université allemande, et demande à purger ces éléments pour rétablir une université aryenne allemande. Heisenberg n'est pas cité mais il est clairement visé. Heisenberg demande alors un droit de réponse au Volkischer Beobachter, qui lui est refusé. Cette fois, l'aile armée du parti s'en mêle : en 1937, c'est le journal des SS, le Schwarze Korps qui, le , l'accuse publiquement de , d'être . Heisenberg est insulté. On lui reproche d'être (c'est-à-dire un aryen qui agit comme un juif), on le surnomme l'Mark Walker, The Kaiser Whilhelm Society under national socialism, Cambridge, 2009, p.358, on appelle même à son meurtre, à son . Heisenberg craint pour sa vie car les Juifs ont été violemment attaqués et incarcérés. Heisenberg riposte avec un éditorial et une lettre à Himmler, un des hommes forts du parti nazi, dans une tentative de résoudre le problème et de « retrouver son honneur ».
Heureusement pour lui, sa mère est une amie intime de celle de Heinrich Himmler, le chef de la SS, qui décide de lancer une enquête officielle qui blanchit son nom. Dans une lettre au général de la police nazie Reinhard Heydrich, Himmler déclara que l'Allemagne ne peut pas se permettre de perdre un enseignant (tel que Heisenberg) d'une génération de scientifiques ou de le faire taire. Un an après, Heisenberg est pratiquement réhabilité, les attaques cessent ; en échange, il s'engage à ne plus parler de , à ne plus mentionner publiquement les noms d'Einstein et Bohr. Il ne fait toutefois pas partie du programme de recherche nucléaire militaire. Ce n'est qu'en 1942, quand le programme est abandonné par les militaires, qu'il en prend la tête.
Le travail pendant la Seconde Guerre mondiale (1939–1945)
À la recherche de la bombe nucléaire Dès , le chercheur Otto Hahn découvre la fission nucléaire. La voie vers un réacteur et une bombe nucléaire est ouverte. Un programme militaire allemand, l' (ou ), est mis sur pied dès 1939 pour mettre au point la première bombe atomique de l'Histoire. Heisenberg n'en fait formellement pas partie. Il travaille sur le volet civil, la mise au point d'un réacteur nucléaire.