PHYSIQUELes fondements et les méthodes

Carte mentale

Élargissez votre recherche dans Universalis

La méthode en physique

Dans la présentation de la méthode par laquelle les lois de la physique sont généralement découvertes et établies, on laissera de côté les aspects méthodologiques qui permettent de la codifier ou de l'appliquer. Les progrès du xxe siècle, qui ont souvent abouti à construire des théories très éloignées de l'intuition commune, ont permis de clarifier les processus de la découverte et de la vérification et, en particulier, de rejeter la notion d'induction sur laquelle on avait cru pouvoir se fonder au xixe siècle, époque où les phénomènes étudiés étaient plus immédiatement représentables.

L'établissement d'une loi passe en général par quatre étapes :

– la réunion de données empiriques, le plus souvent quantitatives, grâce à l'expérience ; elles sont parfois reliées par des règles empiriques qui expriment certaines relations entre les données ;

– l'invention d'un schéma, c'est-à-dire, le plus souvent, d'un objet mathématique qui implique entre les données les relations qui sont observées par l'expérience ; à ce stade, il s'agit de la formation d'une hypothèse ;

– l'analyse détaillée du schéma mathématique conduite de manière à prédire, dans la mesure du possible, de nouvelles relations ; en d'autres termes, on détermine les prédictions contenues dans l'hypothèse ;

– la vérification par l'expérience de ces prédictions ; elle est considérée comme d'autant plus satisfaisante que celles-ci sont en plus grand nombre, davantage indépendantes les unes des autres et plus précises.

Ces diverses étapes sont plus ou moins marquées selon le cas, et certaines peuvent parfois être ramenées à l'évidence ou à la banalité, mais l'élaboration des théories complexes ou nouvelles, comme la mécanique quantique ou la relativité restreinte, est clairement passée par tous ces stades. Le temps et l'effort nécessaires à la réalisation de ce travail peuvent varier notablement selon les questions considérées.

Il est possible, à ce sujet, de faire un certain nombre de remarques. Il semblerait que la méthode indiquée ici soit, dans ses grands traits et même dans des cas élémentaires, très proche de l'acte psychologique qui consiste à « comprendre ». Dans la vie pratique cependant, les schémas mis en jeu sont rarement mathématiques, ils sont plutôt logiques ou consistent en une représentation spatiale.

Dans le même ordre d'idées, le rôle des mathématiques en physique est celui d'une représentation et, très souvent, ces dernières apparaissent donc comme une forme privilégiée du langage.

On désigne parfois le schéma mathématique sous le nom de modèle. Cette expression a l'avantage de souligner son rôle de représentation, mais elle suggère une vulnérabilité qu'il n'est pas toujours utile de faire apparaître. Il semble préférable de réserver ce terme de modèle à un schéma mathématique adéquat qui représente approximativement un nombre limité de faits, et de ne pas l'appliquer aux lois fondamentales. Ainsi, l'électrodynamique quantique recèle tous les aspects connus de la lumière, mais, dans certains cas, il est commode de représenter les effets que l'on discute par le modèle des particules (photons) ou par celui des ondes (champ électromagnétique). Dans une branche de la physique non encore totalement éclaircie, comme celle des particules élémentaires, un modèle est une organisation de certaines données partielles.

Malgré toutes les vérifications, il ne peut y avoir de certitude absolue sur la validité des lois, bien que le nombre énorme, la précision et la diversité des conséquences de la mécanique quantique, par exemple, ne puissent laisser au doute qu'une place minime (ce qui ne signifie pas que d'autres formulations, d'autres interprétations ou bien un nouvel approfondissement soient inconcevables). Il n'existe pas, semble-t-il, d'analyse satisfaisante de ce que peut être le degré de validité (de vérité ?) d'une loi, compte tenu des vérifications faites.

Contrairement aux trois autres, la deuxième étape, celle de l'invention de l'hypothèse, n'est ni rationnelle ni codifiable. Étymologiquement, elle constitue l'acte de génie, c'est-à-dire de génération.

Les seules hypothèses qui apparaissent dans les traités de physique ou qui sortent du cercle des spécialistes sont celles qui ont en général été vérifiées. On connaît des exemples d'hypothèses, parfois extrêmement brillantes, qui ont réussi à « expliquer » un grand nombre [...]

1  2  3  4  5
pour nos abonnés,
l’article se compose de 17 pages

Médias de l’article

Archimède

Archimède
Crédits : Hulton Archive/ Getty Images

photographie

Tycho Brahe

Tycho Brahe
Crédits : Hulton Archive/ Getty Images

photographie

Ludwig Boltzmann

Ludwig Boltzmann
Crédits : ullstein bild/ Getty Images

photographie

Marie et Pierre Curie

Marie et Pierre Curie
Crédits : Hulton Archive/ Getty Images

photographie

Afficher les 8 médias de l'article


Écrit par :

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

Classification

Autres références

«  PHYSIQUE  » est également traité dans :

PHYSIQUE - Vue d'ensemble

  • Écrit par 
  • Hubert CURIEN
  •  • 1 260 mots

La physique a pour objet l'étude des propriétés de la matière et des lois qui la régissent, c'est-à-dire de l'ensemble des « règles du jeu » du monde matériel qui nous entoure. Cette définition est large. Il convient donc de préciser que la matière vivante est encore, en général, traditionnellement exclue du domaine de la physique, bien que, de plus en plus, des ponts soien […] Lire la suite

PHYSIQUE - Les moyens de l'expérimentation

  • Écrit par 
  • Michel SOUTIF
  •  • 6 036 mots

L'observation des phénomènes physiques et de leur modification sous l'action de facteurs appropriés est rendue quantitative grâce à la définition d'une grandeur caractéristique du phénomène étudié et au choix pour celle-ci d'une valeur de référence : l'unité (cf. système d'unités). La comparaison entre cette grandeur et l'unité donne un nombre, ou « mesure », qui permet l'é […] Lire la suite

PHYSIQUE - Physique et mathématique

  • Écrit par 
  • Jean-Marc LÉVY-LEBLOND
  •  • 7 176 mots

L'existence d'une relation particulière entre la physique et les mathématiques est universellement reconnue. Les témoignages explicites en abondent à travers toute l'histoire de la physique, à commencer par la célèbre assertion de Galilée : « La philosophie est écrite dans ce livre immense perpétuellement ouvert d […] Lire la suite

PHYSIQUE - Physique et informatique

  • Écrit par 
  • Claude ROIESNEL
  •  • 6 728 mots

La révolution informatique est de nature technologique. Les physiciens sont associés à toutes les étapes de son développement. Les technologies incorporées dans les premiers ordinateurs avaient été inventées pour les besoins de la recherche en physique nucléaire. Le convertisseur analogue-digital, les systèmes de stockage de l'information ou les premiers modules digitaux furent développés pour de […] Lire la suite

PHYSIQUE - Le modèle en physique

  • Écrit par 
  • Marie-Antoinette TONNELAT
  •  • 3 158 mots

On peut établir un intéressant parallélisme entre l'utilisation des modèles en physique et dans les autres sciences exactes ou humaines. Il n'empêche que la signification d'un modèle présente, en physique, une résonance et une portée propres à cette discipline. La notion de modèle soulève, en effet, la question même de l'objectivité d'une science, soucieuse d'atteindre une « réalité » et des lois […] Lire la suite

ACTION & RÉACTION, physique

  • Écrit par 
  • Jean-Marc LÉVY-LEBLOND
  •  • 1 491 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 réciproque, ou « réaction ». Ainsi, le poids d'un objet sur le sol (action) est-il équilibré par […] Lire la suite

ANTIMATIÈRE

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE, 
  • Jean-Marc RICHARD
  •  • 6 914 mots
  •  • 4 médias

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 brutale libérant autant d'énergie que la fission de quelques kilogrammes de plutonium ou la c […] Lire la suite

ARISTOTÉLISME

  • Écrit par 
  • Hervé BARREAU
  •  • 2 240 mots
  •  • 1 média

Dans le chapitre « La physique, la biologie »  : […] Aristote fait de la nature elle-même le principe du mouvement, que ce soit dans le ciel (où le mouvement des astres est circulaire et uniforme) ou sur la Terre (où ont lieu le changement substantiel, et le changement selon le lieu, la qualité ou la quantité). D'où les deux compartiments de la nature : le ciel, dont les mouvements sont éternels et nécessaires ; la Terre, où les changements obéis […] Lire la suite

ATOME

  • Écrit par 
  • José LEITE LOPES
  •  • 9 246 mots
  •  • 15 médias

L'atome est le terme ultime de la division de la matière dans lequel les éléments chimiques conservent leur individualité. C'est la plus petite particule d'un élément qui existe à l'état libre ou combiné. On connaît 90 éléments naturels auxquels s'ajoutent le technétium (Tc,  Z  = 43), le prométhéum (Pm, Z  = 61) ainsi que les transuraniens obtenus artificiellement depuis 1940. Les corps simples s […] Lire la suite

ATOMIQUE PHYSIQUE

  • Écrit par 
  • Philippe BOUYER, 
  • Georges LÉVI
  •  • 6 703 mots
  •  • 1 média

La physique atomique est née des expériences effectuées à la fin du xix e  siècle qui ont montré que la matière était discontinue et formée d'atomes possédant une structure interne ; celle-ci étant à l'origine des raies observées dans les spectres d'émission et d'absorption du rayonnement par les différents éléments, l'objectif premier de la physique atomique a été de comprendre et d'interpréter […] Lire la suite

Voir aussi

Pour citer l’article

Roland OMNÈS, « PHYSIQUE - Les fondements et les méthodes », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 18 juin 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/physique-les-fondements-et-les-methodes/