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PHYSIQUE Les fondements et les méthodes

Si l'on en croit l'étymologie, la physique (du grec physikos) constitue la science de la Nature. C'est essentiellement l'acception que l'on adoptera dans cet article, ce qui amènera à englober dans la catégorie générale de la physique certaines disciplines qui en sont parfois distinguées pour des raisons historiques ou techniques, comme par exemple la chimie, l'astronomie et la mécanique. La distinction qui est faite habituellement entre sciences physiques et physique proprement dite ne correspond plus à l'état de nos connaissances et ne recouvre qu'une tradition académique. La principale réserve qu'il convient de formuler concerne les sciences de la vie : savoir si les caractères de la matière vivante et des êtres vivants et organisés sont réductibles à la physique et à ses lois fondamentales constitue encore l'une des questions les plus importantes de la science. Les connaissances actuelles à ce sujet, bien qu'en progrès considérable en ce qui concerne la matière vivante, soulèvent cependant encore beaucoup trop d'interrogations pour qu'on les retienne ici.

Une science exacte

La physique est l'archétype de la science exacte. Il faut voir là une hypothèse fondamentale, qui peut être énoncée de la manière suivante : les phénomènes naturels obéissent à des lois fixes. Plus précisément, il apparaît que la réalité peut être décrite, et ses processus prédits à l'aide de représentations mathématiques. De telles représentations sont constituées par un objet mathématique plus ou moins complexe qui est mis en correspondance avec la réalité. Ainsi, pour bâtir la dynamique, Newton fait correspondre le mouvement d'un mobile à une représentation analytique de sa position en fonction du tempsx(t ), et il propose des hypothèses simples sur cette fonction (continuité, dérivabilité). De même, il postule qu'il existe une cause à l'origine du mouvement, représentée par un vecteur mathématique F et appelée force. Au système réel dynamique est ainsi associé un objet mathématique relativement complexe, constitué par l'ensemble de x(t ) et de F. À l'intérieur de la représentation mathématique adéquate, les lois de la physique prennent l'aspect de relations ou d'équations qui gouvernent l'objet mathématique : ainsi, en dynamique, on posera F = mγ, où l'accélération γ est obtenue à partir de x(t ) par des dérivations. C'est l'existence de telles relations qui donne son importance à la représentation mathématique. De telles représentations font partie de la logique propre du langage, même si elles n'atteignent pas le stade de la formulation mathématique. C'est précisément cette dernière étape qui fait de la physique une science exacte, car elle est capable de prédictions et de vérifications quantitatives.

On peut se demander ce qui justifie une telle hypothèse. Il n'est pas du tout évident, a priori, qu'un domaine de la connaissance soit représentable mathématiquement d'une manière féconde. Les raisons de croire en la validité de cette adéquation entre la réalité physique et la représentation mathématique sont les suivantes :

– elle peut être vérifiée avec une précision égale à celle de nos meilleurs instruments, c'est-à-dire, fréquemment, avec des incertitudes relatives inférieures au millionième ;

– elle a été confirmée dans des millions d'expériences qui couvrent pratiquement toutes les propriétés de la matière inerte (cf. infra, pour une liste succincte de ces domaines), et aucune expérience ne semble, jusqu'à présent, l'avoir contredite ;

– les conséquences tirées de l'analyse mathématique de la représentation ont très souvent conduit à la prédiction d'effets inconnus.

En outre, au cours de l'histoire de la physique,[...]

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Écrit par

  • : professeur à l'université de Paris-Sud, Orsay, doyen de la faculté d'Orsay

Classification

Pour citer cet article

Roland OMNÈS. PHYSIQUE - Les fondements et les méthodes [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )

Article mis en ligne le et modifié le 14/03/2009

Médias

Archimède - crédits : Hulton Archive/ Getty Images

Archimède

Tycho Brahe - crédits : Hulton Archive/ Getty Images

Tycho Brahe

Ludwig Boltzmann - crédits : ullstein bild/ Getty Images

Ludwig Boltzmann

Autres références

  • PARTICULES ÉLÉMENTAIRES

    • Écrit par et
    • 8 172 mots
    • 12 médias

    Les physiciens poursuivent l'étude de la structure de la matière dans le but de trouver plus d'unité et de simplicité dans un monde qui nous frappe par sa diversité et son apparente complexité. N'est-il pas remarquable de pouvoir ramener la variété quasi infinie des objets qui nous entourent...

  • ACTION & RÉACTION, physique

    • Écrit par
    • 1 498 mots

    C'est avec la troisième loi de Newton (1642-1727) que le mot « action » entre dans le vocabulaire scientifique, avec un sens à vrai dire assez ambigu. Il s'applique à la dénomination de la force exercée par un corps sur un autre, la loi en question affirmant alors qu'elle est toujours égale à la force...

  • ANTIMATIÈRE

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    L'antimatière exerce une certaine fascination : le grand public, les lecteurs de revues scientifiques et même les spécialistes ont un peu le vertige à l'énoncé de ses propriétés. En effet, si 1 gramme d'antimatière était mis en contact avec 1 gramme de matière ordinaire, il se produirait une annihilation...

  • ARISTOTÉLISME

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    ...d'Elée sur l'impossibilité du mouvement. Cette réfutation était importante dans la perspective d'Aristote qui voulait accorder un statut scientifique à la physique, dont il faisait une science plus haute que les mathématiques puisqu'elle portait sur la substance mobile, et non, comme ces dernières, sur la...
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