Physique : Définition, Histoire et Théories

Physique
Sous-classe de Sciences physiques (en),
sciences exactes
Pratiqué par Physicien
Champs Astrophysique, physique
expérimentale
Histoire Histoire de la physique
Physique
La physique est la science qui essaie 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 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 précise que jusqu'à un
certain point. La modélisation des systèmes physiques peut
inclure ou non les processus chimiques et biologiques.
La physique telle que conceptualisée par Isaac Newton,
aujourd’hui dénommée physique classique, butait sur
l'explication de phénomènes naturels comme 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 accédait à la
fin du XIXe siècle révisèrent en profondeur le modèle
newtonien pour donner naissance à deux nouveaux 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 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) ou
encore aux lasers. Elle se fonde sur de nouvelles définitions de l'énergie et de la matière mais conserve les
anciennes notions de temps et d'espace de la physique 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’applique, par
exemple, à la mise au point et au traitement 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 physique 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 dernières théories s'appliquent en même
temps. La relativité s'applique au monde macroscopique et la physique quantique au monde microscopique. Le problème actuel
de la recherche en physique fondamentale est donc de tenter d'unifier ces deux dernières théories (voir Gravité quantique).
Les divisions anciennes en vigueur à la fin du XIXe siècle : 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, fluide supercritique, gaz,
liquide, solide.
La physique classique est fondée sur des théories antérieures 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 impossible à mettre en évidence.
La physique est née avec les expériences répétées de Galilée qui n'accepte, au-delà des principes et des conventions issus des
schémas mathématiques, que des résultats 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 par les forces qui s'y exercent et leurs effets. Elle développe des théories
en utilisant l'outil des mathématiques pour décrire et prévoir l'évolution de systèmes.
Terminologie
Histoire
Antiquité
Moyen Âge
Renaissance
XIXe siècle
Physique moderne
État actuel
Disciplines
Théories
Méthode
Théorie et expérience
La recherche
Objectif et limites
Recherche d'un corpus fini et évolution permanente
Recherche de la simplification et l'unification des théories
Relations avec d'autres domaines
La physique et les autres sciences
La physique et la technique
Philosophie
Physique et société
Physique et genre
Vulgarisation
Notes et références
Notes
Références
Voir aussi
Bibliographie
Articles connexes
Liens externes
Sommaire

Le terme « physique » vient du grec η φυσικη (ê physikê) adopté dans le monde gréco-romain, signifiant « connaissance de la
nature ». La physika ou physica gréco-romaine est étymologiquement ce qui se rapporte à la nature ou précisément le savoir
harmonieux et cyclique sur la nature dénommée φυσις. Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de
la nature qui se perpétue en restant essentiellement la même avec le retour des saisons ou des générations vivantes. L'ouvrage
Physica d'Aristote (384-322) reprend cette terminologie.
Le terme ancien est perpétué par la tradition de la philosophie 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 théorétique, philosophie pratique et philosophie poétique ; la physique est une des trois parties de la
philosophie théorétique, 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 ?
À la fin du quattrocento (ou XVe siècle), il apparaît en tant qu'adjectif. Loys Garbin le cite dans son vocabulaire latin-français
publié à Genève en 1487, où il désigne « ce qui se rapporte à la nature » mais le substantif s'affirme comme science des choses
naturelles. L'adjectif reste d'emploi rare avant le XVIIe siècle. Le mot physique désigne alors les « connaissances concernant les
causes naturelles » , son étude apporte l'expression « philosophie naturelle » selon un corpus universitaire gardé par Isaac
Newton, auteur des principes mathématiques de philosophie naturelle. C'est le sens de René Descartes et de ses élèves Jacques
Rohault et Régis . Elle correspond alors aux sciences naturelles ou encore à la philosophie naturelle.
Des chaires de philosophie naturelle sont établies dans certaines universités, notamment au Royaume-Uni (Oxford, Édimbourg,
etc.). À Paris, on compte par exemple une chaire de philosophie naturelle au collège de Clermont, occupée notamment par
Ignace-Gaston Pardies. Maxwell occupe quelque temps une semblable chaire à Édimbourg où l'enseignement reste un fourre-tout
indigeste.
Au XVIIIe siècle, la physique désigne clairement en français la science expérimentale.
La signification ancienne de cette physique 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 .
Terminologie
1
2
Note 1
Histoire
Antiquité
Moyen Âge
Renaissance

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 relativité ainsi
que les lois découvertes semblent contredire le sens commun.
L'élève de Galilée, Evangelista Torricelli, montre que la science ne se contente
pas de calculer des trajectoires balistiques, mais elle peut aussi expliquer des
phénomènes singuliers 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, soit
une dizaine de mètres. Torricelli, consulté par ses maîtres artisans dépités,
constate avec eux le fait troublant, mais en procédant par expérience, il découvre
le vide et détermine les capacités maximales d'élévation d'une batterie de
pompes.
À l'université de Paris, l'aristotélisme fournit un classement des natures et causes
des phénomènes observés, et ordonne la Nature de manière rigoureuse dans les
cours de philosophie naturelle jusque dans les années 1690, à partir desquelles il
est progressivement remplacé par un cartésianisme sophistiqué, notamment grâce à l'ouverture du collège des Quatre-Nations et
les cours d'Edme Pourchot.
Les pionniers de la modélisation scientifique parmi lesquels le Français Descartes et nombre d'hydrauliciens et savants
expérimentateurs des Pays-Bas ou d'Angleterre contribuent à diffuser les bases de cette physique mathématisée qui atteint son
apogée en Angleterre avec Isaac Newton.
Dans la première édition du Dictionnaire de l'Académie française, datant de 1694, le nom « physique » est désigné comme la
« science qui a pour objet la connaissance des choses naturelles, ex : La physique fait partie de la philosophie;la physique est
nécessaire à un médecin ». L'adjectif « physique » est défini, en outre, comme signifiant « naturel, ex : l'impossibilité physique
s'oppose à l'impossibilité morale ». Ce n'est que dans sa sixième édition (1832-1835) que le sens moderne de « physique »
apparaît, le terme est défini comme la « science qui a pour objet les propriétés accidentelles ou permanentes des corps matériels,
lorsqu'on les étudie sans les décomposer chimiquement. ». Enfin dans sa huitième édition (1932-1935), la physique est définie
comme la « science qui observe et groupe les phénomènes du monde matériel, en vue de dégager les lois qui les régissent.»
Le Littré donne des définitions apparemment précises. En tant qu'adjectif, il définit les phénomènes physiques comme « ceux qui
ont lieu entre les corps visibles, à des distances appréciables, et qui n'en changent pas les caractères » et les propriétés physiques,
comme « qualités naturelles des corps qui sont perceptibles aux sens, telles que l'état solide ou gazeux, la forme, la couleur,
l'odeur, la saveur, la densité, etc. ». Les sciences physiques sont définies comme « celles qui étudient les caractères naturels des
corps, les forces qui agissent sur eux et les phénomènes qui en résultent ». En tant que nom, la physique est définie comme
« science du mouvement et des actions réciproques des corps, en tant que ces actions ne sont pas de composition et de
décomposition, ce qui est le propre de la chimie ».
La notion actuelle de science en tant qu'« ensemble ou système de connaissances sur une matière » date seulement du XVIIIe siècle.
Avant cette époque, le mot « science » signifiait simplement « la connaissance qu'on a de quelque chose » (science et savoir ont la
même étymologie) et la notion de scientifique n'existait pas. À l'inverse, le terme « philosophie » désigne dans son sens ancien
« l'étude des principes et des causes, ou le système des notions générales sur l'ensemble des choses », les sciences naturelles
étaient donc le résultat de la philosophie naturelle (voir l'exemple du titre de la revue Philosophical Transactions).
L'expression « sciences physiques » désigne actuellement l'ensemble formé par la physique (dans son sens moderne) et la chimie,
cette expression prend son sens actuel en France au début du XIXe siècle, en même temps que le mot « science » prend le sens
d'« ensemble formé par les sciences mathématiques, physiques et naturelles ». Auparavant, l’expression « sciences physiques »
Portrait de Galileo Galilei par Giusto
Sustermans en 1636.
N t 2

était un simple synonyme de l'expression « sciences naturelles » .
La recherche en physique contemporaine se divise en diverses disciplines qui étudient différents aspects du monde physique.
Domaine(s) Disciplines Principales
théories Quelques concepts
Astrophysique
et mécanique
Cosmologie, Planétologie, Physique
des plasmas, Astroparticules
Big Bang, Inflation
cosmique,
Relativité
générale, Matière
noire, Rayons
cosmiques
Trou noir, Galaxie, Gravité, Onde
gravitationnelle, Planète, Système
solaire, Étoile, Univers
Physique
quantique et
Physique
ondulatoire
Physique atomique, Physique
moléculaire, Optique, Photonique Optique quantique
Diffraction, Onde
électromagnétique, Laser,
Polarisation, Interférences
Physique des
particules
Accélérateur de particules,
Physique nucléaire
Modèle standard,
Théorie de grande
unification,
Théorie des
cordes, Théorie M
Interaction élémentaire (Gravité,
Électromagnétisme, Interaction
faible, Interaction forte), Particule
élémentaire, Antiparticule, Spin,
Brisure spontanée de symétrie
Physique
statistique et
Physique de la
matière
condensée
Thermodynamique, Physique du
solide, Science des matériaux,
Physique des polymères, Matière
molle, Physique mésoscopique,
Système désordonné, Biophysique
Supraconductivité,
Onde de Bloch,
Condensat
fermionique,
Liquide de Fermi
État de la matière (Solide, Liquide,
Gaz), Plasma, Condensat de
Bose-Einstein, Supercritique,
Superfluide), Conducteur,
Magnétisme, Auto-organisation
Bien que la physique s'intéresse à une grande variété de systèmes, certaines théories ne peuvent être rattachées qu'à la physique
dans son ensemble et non à l'un de ses domaines. Chacune est supposée juste, dans un certain domaine de validité ou
d'applicabilité. Par exemple, la théorie de la mécanique classique décrit fidèlement le mouvement d'un objet, pourvu que
1. ses dimensions soient bien plus grandes que celles d'un atome,
2. sa vitesse soit bien inférieure à la vitesse de la lumière,
3. il ne soit pas trop proche d'une masse importante, et
4. celui-ci soit dépourvu de charge électrique.
Les théories anciennes, comme la mécanique newtonienne, ont évolué engendrant des sujets de recherche originaux notamment
dans l'étude des phénomènes complexes (exemple : la théorie du chaos). Leurs principes fondamentaux constituent la base de
toute recherche en physique et tout étudiant en physique, quelle que soit sa spécialité, est censé acquérir les bases de chacune
d'entre elles.
Note 2
XIXe siècle
Physique moderne
État actuel
Disciplines
Théories