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INTERACTIONS (physique) Unification des forces

L'ambition des scientifiques a toujours été de ramener des phénomènes variés à des manifestations diverses d’un petit nombre de processus fondamentaux. En physique, cette démarche a été couronnée de spectaculaires succès : la reconnaissance du fait que quatre interactions fondamentales − la gravitation, l’électromagnétisme, les interactions nucléaires faible et forte − sont à l'origine de tous les mouvements des corps matériels, mais aussi de leurs liaisons et de leur évolution, est un des plus solides acquis de la science moderne. Enfin, certaines indications issues de la physique des particules élémentaires plaident en faveur de la pertinence d’une démarche volontariste de construction d’une théorie unificatrice à partir des concepts développés dans les années 1950-1970 pour comprendre les forces nucléaires, ce que l’on appelle la grande unification des forces. Cette approche, après un temps marqué par un optimisme sans doute exagéré, n’a cependant pas encore permis de proposer une « théorie du tout » dont les prédictions soient vérifiées expérimentalement.

L'unification newtonienne

C'est vers 1680 qu'Isaac Newton affirme que la pesanteur et le mouvement des planètes sont deux manifestations d'une unique force. Cette unification de la gravité terrestre, responsable de la pesanteur, et de la gravité céleste, responsable du mouvement des corps célestes, dépasse la simple reconnaissance que les lois de la physique s'appliquent aussi bien à notre monde sublunaire qu'au reste de l’Univers, comme Galilée l'avait démontré en expliquant la formation des ombres sur la Lune. La reconnaissance de l'attraction universelle des corps massifs et sa description en termes mathématiques par une équation permettant de calculer la force d’attraction entre deux corps (F=G·M·mD2, avec m et M les masses respectives de ces corps situés à une distance Dl’un de l’autre et G la constante de gravitation) ouvrent la voie à la physique moderne. Un siècle plus tard, Joseph Louis Lagrange (1736-1813) réécrit la dynamique newtonienne en s'appuyant sur la notion de potentiel gravitationnel, c’est-à-dire l’énergie potentielle liée au champ gravitationnel. Ce cadre mathématique permettra aux physiciens du xixe siècle de décrire dans un même cadre théorique la gravitation et les multiples phénomènes liés à la propagation et aux propriétés des corps chargés électriquement et des rayonnements.

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Écrit par

  • : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau

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Classification

Pour citer cet article

Bernard PIRE. INTERACTIONS (physique) - Unification des forces [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )

Autres références

  • INTERACTION (physique)

    • Écrit par Étienne KLEIN
    • 1 683 mots

    Dans la nature, les objets sont soumis à toutes sortes de forces qui s'exercent à distance. Ainsi, par exemple, deux masses s'attirent, deux charges électriques s'attirent ou se repoussent suivant leur signe. Les objets ont une action l'un sur l'autre : ils interagissent. La conception classique de...

  • DÉTECTEURS DE PARTICULES

    • Écrit par Pierre BAREYRE, Jean-Pierre BATON, Georges CHARPAK, Monique NEVEU, Bernard PIRE
    • 10 978 mots
    • 12 médias
    ...mesurer leur flux moyen, leur énergie, leur position spatiale, ou à déterminer leur nature. Les problèmes varient suivant la nature des rayonnements dont l'interaction avec la matière conditionne le choix du type de détecteur. Mais, en règle générale, l'impulsion électrique finale est commandée par l'interaction...

  • PARTICULES ÉLÉMENTAIRES

    • Écrit par Maurice JACOB, Bernard PIRE
    • 8 172 mots
    • 12 médias
    Les interactions entre particules élémentaires, sur lesquelles nous reviendrons plus en détail, correspondent à l'émission d'un champ et à la réaction à ce champ. L'archétype est le champ électrique, créé par la présence d'une particule chargée, qui influence d'autres éléments chargés....

  • AXIONS

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 2 118 mots
    • 2 médias
    ...théorie, la chromodynamique quantique (QCD, pour Quantum ChromoDynamics), construite au début des années 1970 pour rendre compte des manifestations de l’interaction forte liant quarks et gluons comme éléments fondamentaux de la matière nucléaire. Pour suivre le raisonnement des physiciens théoriciens,...

  • BANDES D'ÉNERGIE THÉORIE DES

    • Écrit par Daniel CALÉCKI
    • 946 mots

    Dans un atome isolé, les électrons se répartissent, en obéissant au principe de Pauli, entre des niveaux d'énergie bien déterminés, pratiquement sans largeur. Quand on rapproche par la pensée N atomes (avec N ∼ 1023) pour construire un solide et qu'on oublie l'interaction entre...

  • Afficher les 37 références

Voir aussi

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