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Physique Pour les articles homonymes, voir Physique (homo- nymie). La physique

Physique Pour les articles homonymes, voir Physique (homo- nymie). La physique est la science qui tente de comprendre, de modéliser, voire d'expliquer les phénomènes naturels de l'univers. Elle correspond à l'étude du monde qui nous entoure sous toutes ses formes, des lois de sa variation et de son évolution. La modélisation des systèmes peut laisser de côté les processus chimiques et biologiques ou les inclure. La physique développe des représentations du monde expérimentalement vériﬁables dans un domaine de déﬁnition donné. Elle produit donc plusieurs lectures du monde, chacune n'étant considérée comme vraie que jusqu'à un certain point. La physique telle que concep- tualisée par Isaac Newton, considérée comme le modèle absolu et aujourd’hui désignée comme la physique clas- sique, n'arrivait pas à expliquer des phénomènes natu- rels comme, par exemple, le rayonnement du corps noir (catastrophe ultraviolette) ou les anomalies de l’orbite de la planète Mercure, ce qui posait un réel problème aux physiciens. Les tentatives eﬀectuées pour comprendre et modéliser les phénomènes nouveaux auxquels on accé- dait à la ﬁn du XIXe siècle révisèrent en profondeur le modèle newtonien pour donner naissance à deux nou- veaux ensembles de théories physiques. Certains diront qu'il existe donc trois ensembles de théories physiques établies, chacune valide dans le domaine d’applications qui lui est propre : • La physique classique (monde des milieux solides, liquides et gazeux), toujours d'actualité, c'est elle qui s’applique, par exemple, à la construction des routes, des ponts et des avions. Elle utilise les anciennes notions de temps, d'espace, de matière et d'énergie telles que déﬁnies par Isaac Newton ; • La physique quantique (monde microscopique des particules et des champs) qui s’applique, par exemple, à la technologie utilisée pour la production des composants électroniques (la diode à eﬀet tunnel par exemple), la construction des lecteurs de DVD et aux LASER. Elle se fonde sur de nouvelles dé- ﬁnitions de l'énergie et de la matière mais conserve les anciennes notions de temps et d'espace de la phy- sique classique, ces deux dernières étant contredites par la relativité générale. La physique quantique n'a jamais été prise en défaut à ce jour ; • La relativité générale (monde macroscopique des planètes, des trous noirs et de la gravité) qui s’ap- plique, par exemple, à la mise au point et au traite- ment de l'information nécessaire au fonctionnement des systèmes GPS. Elle se fonde sur de nouvelles déﬁnitions du temps et de l'espace mais conserve les anciennes notions d'énergie et de matière de la phy- sique classique, ces deux dernières étant contredites par la physique quantique. La relativité générale n'a jamais été prise en défaut à ce jour. D'autres estiment que chaque branche de la physique a son importance à part entière, sans forcément s’inclure dans l'un de ces ensembles. De plus, il se trouve qu'il n'y a pas de situation physique courante où ces deux der- nières théories s’appliquent en même temps. La relativité s’applique au monde macroscopique et la physique quan- tique au monde microscopique. Le problème actuel de la recherche en physique fondamentale est donc de tenter d'uniﬁer ces deux dernières théories (voir Gravité quan- tique). Les divisions anciennes en mécanique, calorique, acoustique, optique, électricité, magnétisme sont complétées ou remplacées par : • la taille des éléments de structure au centre de la modélisation : particules élémentaires, noyaux atomiques, atomes, molécules, macromolécules ou polymères, grains de matière… • les caractères des interactions à l'origine des phases ou états de la matière : plasma, gaz, liquide, solide. La physique classique est fondée sur des théories an- térieures à la relativité et aux quanta. Elle s’applique lorsque : • soit la vitesse est très inférieure à la célérité de la lumière dans le vide ; • soit la discontinuité des niveaux d'énergie est impos- sible à mettre en évidence. La physique est née avec les expériences répétées de Galilée qui n'accepte, au-delà des principes et des conven- tions issus des schémas mathématiques, que des résul- tats mesurables et reproductibles par l'expérience. La méthode choisie permet de conﬁrmer ou d'inﬁrmer les hypothèses fondées sur une théorie donnée. Elle décrit de façon quantitative et modélise les êtres fondamentaux présents dans l'univers, cherche à décrire le mouvement 1 2 2 HISTOIRE : NAISSANCE D'UNE SCIENCE MODERNE par les forces qui s’y exercent et leurs eﬀets. Elle déve- loppe des théories en utilisant l'outil des mathématiques pour décrire et prévoir l'évolution de systèmes. Le mot physique a une longue histoire, il provient de φυ- σικη, formée sur l'étymon grec φυσις, la nature. La phy- sika ou physica gréco-romaine est étymologiquement ce qui se rapporte à la nature ou précisément le savoir har- monieux et cyclique sur la nature dénommée φυσις. Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connais- sance de la nature qui se perpétue en restant essentiel- lement la même avec le retour des saisons ou des géné- rations vivantes ; c'est le sens de René Descartes et de ses élèves Jacques Rohault et Régis[1]. Elle correspond alors aux sciences naturelles ou encore à la philosophie naturelle. La signiﬁcation de cette physique ancienne ne convient plus aux actuelles sciences exactes que sont la physique, la chimie et la biologie, cette dernière étant la plus tardive héritière directe des sciences naturelles[2]. 1 Étymologie et évolution du sens Sections transversales des premières orbitales de l'atome d'hydrogène, le code de couleurs représentant l'amplitude de pro- babilité de l'électron (noire : amplitude zéro, blanc : amplitude maximale). C'est vraisemblablement l'ouvrage Physica d'Aristote (384-322)[3] qui est à l'origine de ce mot. Le terme « physique » vient du grec η φυσικη (ê physikê) adopté dans le monde gréco-romain, signiﬁant « connais- sance de la nature ». Ce nom est obtenu en substantivant l'adjectif φυσικος, -η, -ον qui se traduisait alors par « qui concerne la nature ». La racine de ces termes est φυσις (physis), la nature au sens des Grecs anciens. Le terme ancien est perpétué par la tradition de la philo- sophie antique. Selon Platon[réf. nécessaire], la physique est l'une des trois parties de l'enseignement de la philosophie, aux côtés de l'éthique et de la logique. Selon son élève Aristote, la philosophie se divise en philosophie théo- rétique, philosophie pratique et philosophie poétique ; la physique est une des trois parties de la philosophie théo- rétique, aux côtés de la mathématique et de la théologie. Aristote écrit un livre sur La Physique. Ce qui échappe à la triple catégorisation et ne peut être catalogué dans la physique est dévolu à la métaphysique, c'est-à-dire ce qui va au-delà de la physique. Au XIIe siècle, le mot savant physique est attesté en ancien français sous la double forme fusique dès 1130 ou ﬁsique. Il a un double sens : • La médecine se nomme fusique. Son praticien, un médecin ou autrefois un apothicaire, est dénommé ﬁsicien dès 1155. En anglais le terme subsiste avec la graphie savante : a physician. • La ﬁsique est aussi la connaissance des choses de la nature. Le praticien ne soigne-t-il pas avec les dons de la nature, les herbes et les plantes, les substances minérales, animales ou végétales ? Il n'apparaît en tant qu'adjectif qu'à la ﬁn du quattro- cento ou XVe siècle. Loys Garbin le cite dans son vo- cabulaire latin-français publié à Genève en 1487, où il désigne « ce qui se rapporte à la nature » et le sub- stantif s’aﬃrme dorénavant science des choses naturelles. L'adjectif reste d'emploi rare avant le XVIIe siècle. Le mot physique désigne alors les « connaissances concer- nant les causes naturelles » et, à l'instar de la force promue par hypothèse cause du mouvement, son étude apporte l'expression « philosophie naturelle » selon un corpus uni- versitaire gardé par Isaac Newton, auteur des principes mathématiques de philosophie naturelle. Au XVIIIe siècle, la physique désigne clairement en français la science ex- périmentale. Des chaires de philosophie naturelle sont établies dans certaines universités, notamment au Royaume-Uni (Ox- ford, Edimbourg, etc.) À Paris, on compte par exemple une chaire de philosophie naturelle au collège de Cler- mont, occupée notamment par Ignace-Gaston Pardies. Maxwell occupe quelque temps une semblable chaire à Edimbourg où l'enseignement reste un fourre-tout indi- geste. 2 Histoire : naissance d'une science moderne Le mot physique prend son sens moderne, plus restreint et mieux déﬁni que le sens originel, au début du XVIIe siècle avec Galilée. Selon lui, les lois de la nature s’écrivent en langage mathématique. Les principes d'inertie et de rela- tivité ainsi que les lois découvertes semblent contredire le sens commun. La notion mathématique de mouvement 3 que l'expérience engendre a totalement échappé à Aris- tote et aux prestigieux philosophes antiques. Portrait de Galileo Galilei par Giusto Sustermans en 1636. L'élève de Galilée, Torricelli, montre que la science ne se contente pas de calculer des trajectoires balistiques, mais elle peut aussi expliquer des phénomènes singu- liers qu'on lui soumet et mettre au point des techniques. Les fontainiers de Florence ne parvenaient pas à hisser par une seule puissante pompe aspirante l'eau de l'Arno à des hauteurs dépassant trente-deux pieds, uploads/Philosophie/ physique 3 .pdf