PHYSIQUEPhysique et mathématique

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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 devant nos yeux (je veux dire : l'Univers), mais on ne peut le comprendre si l'on n'apprend pas d'abord à connaître la langue et les caractères dans lesquels il est écrit. Il est écrit en langue mathématique, et ses caractères sont des triangles, des cercles et d'autres figures géométriques sans l'intermédiaire desquelles il est humainement impossible d'en comprendre un seul mot. » Trois siècles plus tard, l'astrophysicien Jeans écrit : « Le Grand Architecte semble être mathématicien. » On pourrait collecter une véritable anthologie de telles citations. Et n'importe quel chapitre de la physique semble servir d'exemple à ces affirmations. Comment concevoir la mécanique classique newtonienne sans calcul différentiel et intégral, l'électromagnétisme synthétisé par Maxwell sans équations aux dérivées partielles, la relativité générale sans calcul tensoriel, la mécanique quantique sans espaces de Hilbert ?

Il semble donc clair que la physique utilise avec succès les mathématiques. On verra néanmoins que cet énoncé, loin d'être le strict constat de fait qu'il paraît, est lourd de présupposés, même s'il résume une vision immédiate de la situation. Mais il conduit directement à s'interroger sur les causes de ce succès. Comment se fait-il que les mathématiques, réputées en général étude d'abstractions pures, « marchent » en physique, considérée comme la science du concret par excellence ? Que cette adéquation pose un problème est souvent attesté par les physiciens eux-mêmes, avec une surprise naïve ou comme un aveu gêné : « Il est cependant [...] remarquable que, parmi les constructions abstraites réalisées par les mathématiques en prenant pour guide exclusif leur besoin de perfection logique et de généralité croissante, aucune ne semble devoir rester inutile au physicien. Par une harmonie singulière, les besoins de l'esprit, soucieux de construire une représentation adéquate du réel, semblent avoir été prévus et devancés par l'analyse logique et l'esthétique abstraite du mathématicien » (P. Langevin). « Nous disposons ainsi à propos de chaque chapitre des mathématiques [...] d'une infinité de jeux possibles [...]. Nous avons supposé que, parmi ces jeux, il était possible d'en distinguer que l'on pût faire correspondre à tout ou partie de la réalité physique [...]. Un tel succès – grâce à quoi la physique mathématique existe – ne pouvait être escompté a priori » (T. Vogel). « L'idée que les mathématiques pouvaient en quelque sorte s'adapter à des objets de notre expérience me semblait remarquable et passionnante » (W. Heisenberg).

Les mathématiques, langage de la physique ?

Les solutions apportées au problème des rapports entre physique et mathématiques sont diverses, mais, qu'elles proviennent de scientifiques ou de philosophes, elles reposent dans leur écrasante majorité, surtout aujourd'hui, sur l'idée que les mathématiques constituent le langage de la physique. Au texte de Galilée déjà cité, on peut ajouter deux citations : « Toutes les lois sont tirées de l'expérience, mais, pour les énoncer, il faut une langue spéciale ; le langage ordinaire est trop pauvre, il est d'ailleurs trop vague, pour exprimer des rapports si délicats, si riches et si précis. Voilà donc une première raison pour laquelle le physicien ne peut se passer des mathématiques ; elles lui fournissent la seule langue qu'il puisse parler » (H. Poincaré). « Les mathématiques constituent pour ainsi dire le langage à l'aide duquel une question peut être posée et résolue » (W. Heisenberg).

Cette conception des mathématiques comme langage de la physique peut toutefois s'interpréter de diverses façons, suivant que ce langage est pensé comme celui de la nature, que devra s'efforcer d'assimiler l'homme qui l'étudie, ou à l'inverse comme le langage de l'homme, dans lequel devront être traduits les faits de la nature pour devenir compréhensibles et appréhendables. La première position semble être celle de Galilée, encore qu'il soit imprudent de trop solliciter ce passage ; elle est celle d'Einstein : « D'après notre expérience à ce jour, nous avons le droit d'être convaincus que la nature est la réalisation de ce qu'on peut imaginer de plus simple mathématiquement. Je suis persuadé que la construction purement mathématique nous permet de trouver ces concepts et les principes les reliant entre eux, qui nous livrent la clef de la compréhension des phénomènes naturels. » Le second point de vue est celui de Heisenberg : « Les formules mathématiques ne représentent plus la nature, mais la connaissance que nous en possédons. » Il est cependant essentiel de remarquer que les deux attitudes, loin d'être opposées, ne constituent que les points extrêmes d'un spectre continu. De nombreuses positions intermédiaires peuvent être repérées, mais il s'agit toujours de variations sur un même thème. Ce qui caractérise et unifie ces diverses positions est leur référence commune à une même problématique. Il s'agit en effet de trouver un point d'équilibre à l'intérieur d'une structure reposant sur les couples de notions opposées nature-homme, expérience-théorie, concret-abstrait, faits (scientifiques)-lois (scientifiques). Suivant le poids assigné à l'un ou l'autre pôle de ces couples, on obtient une infinité de positions se rattachant à des philosophies de type positiviste, nominaliste, conventionnaliste, pragmatiste, etc., qui appartiennent toutes au spectre philosophique que délimite le couple empirisme-formalisme. Il s'agit en définitive de philosophies d'une même famille. On ajoutera cependant que cette conception des mathématiques comme langage est encore renforcée aujourd'hui par la position philosophique dominante que tient un néo-positivisme logique, exploitant (abusivement) la linguistique structurale.

Or toutes les réponses qui s'appuient sur cette conception manquent leur but en le dépassant. Au problème initialement posé : « Pourquoi les mathématiques s'appliquent-elles en physique ? », elles proposent une solution beaucoup trop vague, expliquant l'adéquation des mathématiques à la connaissance scientifique en général, à l'étude de la nature dans son ensemble (il suffit de relire les quelques citations proposées). On voit bien ici la grande parenté de toutes les positions philosophiques évoquées. Elles ont en commun une conception générale de « la » science, qui trouverait dans les mathématiques une méthode universelle de représentation et (bien que ce ne soit pas l'objet de nos considérations ici) s'appuierait par ailleurs sur une méthode expérimentale également universelle. Dans ce cadre, il faut ensuite tenter de penser les différences, les démarcations entre les diverses sciences. C'est ainsi qu'il surgirait maintenant toute une série de questions nouvelles quant à notre problème : « Pourquoi les mathématiques s'appliquent-elles « mieux » à la physique qu'aux autres sciences ? Pourquoi n'y a-t-il pas (comme on le verra plus loin) adéquation biunivoque entre concepts mathématiques et concepts physiques ? », etc. À vouloir trop prouver, on n'a rien expliqué. Mieux vaut donc tenter un nouveau départ en déplaçant la question classique et, au lieu de « Pourquoi... ? », on se demandera d'abord : « Comment les mathématiques s'appliquent-elles à la physique ? » ou plutôt : « Quelle est la nature du rapport des mathématiques et de la physique ? »

La nature du rapport des mathématiques et de la physique

On commencera par observer qu'une formule telle que « les mathématiques s'appliquent aux autres sciences » est déjà une prise de position sur le fond du problème, en ceci qu'elle caractérise le rapport des mathématiques auxdites sciences comme un rapport d'application. Il s'agirait donc d'un rapport instrumental, les mathématiques intervenant comme pur outil technique, en position d'extériorité par rapport au lieu de leur intervention. Une telle description paraît justifiée dans le cas de la chimie, de la biologie, des sciences de la Terre, etc., c'est-à-dire, en général, des « sciences exactes » autres que la physique. Le rôle des mathématiques y est en effet réduit, pour l'essentiel, au calcul numérique, c'est-à-dire à la manipulation du quantitatif. Il peut s'agir d'applications élémentaires, comme l'équilibrage de réactions chimiques, ou, toujours en chimie, l'évaluation des valences, ou de cas plus complexes comme l'utilisation de méthodes statistiques en génétique. Mais chaque fois on peut affirmer l'existence d'une séparation assez nette entre l'arsenal conceptuel propre à l'un de ces domaines scientifiques et les techniques mathématiques qui y sont utilisées. Plus précisément, et pour ne prendre que quelques exemples plus ou moins arbitraires, des concepts fondamentaux tels que ceux de corps pur ou corps simple, de réaction, de liaison chimique, d'oxydation et de réduction en chimie, de structures primaire, secondaire et tertiaire des protéines, d'activité enzymatique, d'allostérie, de code génétique en biologie moléculaire, de sédimentation, de métamorphisme, de faciès, de géosynclinal en géologie, n'ont rien de mathématique ni dans leur définition ni dans leur mise en jeu.

Il en va tout autrement en physique, où les mathématiques jouent un rôle plus profond. Il serait en effet difficile de trouver un concept physique qui ne soit indissolublement associé à un (ou plusieurs) concept(s) mathématique(s). Comment, par exemple, penser de façon efficace le concept de vitesse sans faire intervenir celui de dérivée ? Comment penser « champ électromagnétique » sans penser « champ de vecteurs » ? Comment penser « principe de relativité » sans penser « théorie des groupes » ? Comment penser « variable dynamique quantique » sans penser « opérateur auto-adjoint dans un espace de Hilbert » ? Les mathématiques sont ainsi intériorisées par la physique. On dira que celles-là ont avec celle-ci un rapport de constitution. C'est une idée voisine qu'exprimait déjà Bachelard : « Les hypothèses de la physique se formulent mathématiquement. Les hypothèses scientifiques sont désormais inséparables de leur forme mathématique : elles sont vraiment des pensées mathématiques [...]. Il faut rompre avec ce poncif cher aux philosophes sceptiques qui ne veulent voir dans les mathématiques qu'un langage. Au contraire, la mathématique est une pensée, une pensée sûre de son langage. Le physicien pense l'expérience avec cette pensée mathématique... » Et ailleurs : « Le mathématisme est non plus descriptif mais formateur. » Cependant, la discrimination pensée-langage n'est pas parfaitement claire ; par ailleurs, Bachelard parle de la « mathématisation progressive, dynamique dominante de l'histoire des sciences » en général, étendant ainsi, au-delà de la physique, une caractéristique que l'on montrera plus loin être au contraire spécifique de cette dernière. Mais on précisera d'abord ce qui est désigné ici comme « rapport de constitution ». Bien entendu, un concept physique n'est pas, ne s'identifie pas, ne se réduit pas au(x) concept(s) mathématique(s) qu'il met en jeu ; la physique ne se ramène pas à la physique mathématique. Il importe de ne pas concevoir la distinction entre un concept physique et sa caractérisation mathématique comme une simple différence statique. Un concept physique n'est pas un concept mathématique plus « autre chose ». Le concept mathématique n'est ni un squelette auquel la physique prête chair, ni une forme abstraite que la physique emplirait d'un contenu concret : il est essentiel de penser le rapport des mathématiques à la physique en termes dynamiques. Plutôt que rapport de constitution, on devrait le penser comme rapport constituant ; peut-être même l'expression « rapport de production » ne serait-elle pas déplacée pour exprimer cette idée. On en voudra pour illustration tout le développement historique de la physique à partir de Galilée.

Une contre-épreuve probante est, d'ailleurs, fournie par les multiples tentatives, avortées mais toujours recommencées, pour « démathématiser » la physique. Après chaque seuil franchi, des nostalgiques se dressent pour réclamer une physique « plus intuitive », « moins mathématique ». Avant d'être adressées à la mécanique quantique et à la relativité, ces mêmes critiques furent adressées en leur temps à la théorie électromagnétique de Maxwell et à la théorie de la gravitation de Newton (voir par exemple la théorie corpusculaire de Lesage, qui prétendait expliquer la loi de Newton par un « mécanisme » simple). On retrouve dans ces positions l'écho des points de vue épistémologiques traditionnels rappelés plus haut, où le rapport mathématique-physique tend à se confondre avec le rapport des termes du couple formel abstrait-concret. Dès lors, à chaque étape de la physique, on mettra l'accent sur le caractère « de plus en plus mathématique » de ses lois (comme si une équation aux dérivées partielles était plus mathématique qu'une équation différentielle, ou comme si un espace de Hilbert l'était plus qu'un espace euclidien à trois dimensions...) et de « plus en plus abstrait » de ses concepts. Les physiciens orthodoxes accepteront cette situation comme une conquête remarquable ou comme un mal inéluctable ; les hétérodoxes la rejetteront. Mais tous seront d'accord sur la description de la situation, sans voir qu'il s'agit là d'énoncés purement idéologiques, traduisant une méconnaissance commune de l'activité scientifique comme activité productrice de connaissances, dont les conditions historiques seules déterminent le cours. On débouche ainsi sur la question de savoir ce qu'est la physique et, plus précisément, comment elle se distingue des autres sciences. On verra plus loin que la compréhension de la relation de ces dernières avec les mathématiques permet justement de répondre à cette question. Pour l'instant, il reste à caractériser plus finement cette relation. On vient en tout cas de voir que les notions de « concret » et d'« abstrait » sont indissolublement liées à la pratique théorique et expérimentale du moment et ne sauraient en rien servir de critère épistémologique, en particulier s'il s'agit de comprendre le rapport entre les mathématiques et la physique.

Le polymorphisme mathématique de la physique

Il convient donc d'écarter explicitement une interprétation plus ou moins platonicienne du rapport entre physique et mathématiques qui amènerait à concevoir le travail du physicien comme un simple décryptage permettant de retrouver « l'harmonie cachée des choses » (Poincaré), exprimée par les relations mathématiques, sous la complexité des phénomènes que seraient les faits physiques. Encore une fois, parler de rapport de constitution, ce n'est pas sous-entendre que chaque concept physique a une constitution mathématique absolue qui serait sa vérité profonde, son essence définitive. Il suffit, pour s'en persuader et pour attirer l'attention sur la nature dynamique de ce rapport, de prendre conscience d'un caractère essentiel des lois et concepts physiques, que l'on appellera leur polymorphisme mathématique. On désignera ainsi la propriété qu'ont ces lois et concepts de posséder plusieurs mathématisations possibles. Ainsi, le mouvement rectiligne uniforme peut être conçu soit géométriquement : espaces égaux parcourus dans des temps égaux (Galilée), soit fonctionnellement : dépendance linéaire de la distance couverte par rapport au temps, soit encore analytiquement (« différentiellement » même) : vitesse constante ou accélération nulle (Newton). Un exemple moins grossier serait fourni par la dynamique du point dans un champ de forces conservatif, qui peut être formulée au moyen d'équations différentielles (formulation newtonienne), d'équations aux dérivées partielles (formulation hamiltonienne), de principes variationnels (formulation lagrangienne), etc. Naturellement, les différentes formulations d'une même loi sont rigoureusement équivalentes, au sens des mathématiques. Elles ne le sont pas au sens de la physique, qui établit une distinction claire entre de telles formulations. Cette distinction peut se faire par rapport au passé, dans la mesure où elle reflète justement l'histoire d'un domaine ; le surgissement de nouvelles formulations correspond en général à la nécessité de résoudre des problèmes nouveaux et/ou à l'évolution historique des mathématiques elles-mêmes.

L'existence de ces expressions diverses d'un « même » concept ou d'une « même » loi renvoie ainsi très directement à leur mode de production effectif. Leur coexistence à un moment donné traduit parfois la persistance de vestiges archaïques dans un domaine où une refonte épistémologique arrivée à maturation n'a pas été menée à bien (c'est le cas de la mécanique quantique aujourd'hui). Plus souvent, elle correspond à l'existence de situations diverses, tant par leur complexité que par leurs connexions, où une même loi peut être mise en jeu de façons différentes et plus ou moins efficaces suivant la formulation utilisée. C'est pourquoi la physique, différant en cela des mathématiques (au moins sous leur forme moderne), se laisse difficilement axiomatiser. Entre des énoncés déductibles les uns des autres, le physicien hésitera toujours à établir un ordre hiérarchique. « Principes » et « lois » ont en physique une mobilité relative, une interchangeabilité bien supérieure à celle des axiomes et des théorèmes des mathématiques. L'importance de ces remarques s'inscrit encore mieux par rapport à l'histoire future que par rapport à l'histoire passée. Entre les diverses formulations équivalentes d'une même loi à telle époque, c'est en général l'extension à des phénomènes nouveaux qui opérera la discrimination, limitant les unes à un domaine désormais circonscrit, ouvrant aux autres un champ d'action plus vaste. Ainsi, pour reprendre l'exemple cité plus haut, la mécanique relativiste tolère mal la formulation newtonienne (essentiellement fondée sur l'idée d'action à distance instantanée), mais accepte une formulation lagrangienne plus « simple » encore que la théorie non relativiste. Enfin, la distinction entre formulations coexistantes, non seulement s'est faite historiquement dans le passé et se fera épistémologiquement dans le futur, mais encore se fait idéologiquement dans le présent. En effet, chacune de ces formulations charrie avec elle une gangue idéologique plus ou moins épaisse, qui peut jouer un rôle essentiel quant à la faveur ou à la défaveur qu'elle rencontre auprès des physiciens, pris collectivement ou individuellement. Il y aurait par exemple long à dire sur les implications téléologiques que recèlent les principes variationnels, depuis Maupertuis jusqu'à nos jours.

On peut voir là très précisément l'un des modes d'intervention de la « philosophie spontanée des scientifiques » (Althusser) dans la production des connaissances. La position idéologique d'un physicien donné conditionnera un attachement préférentiel de sa part à tel ou tel type de formulation et jouera, suivant les cas, un rôle de moteur ou de frein. Ainsi, la prédilection d'Einstein pour une physique géométrisée lui permettra-t-elle de fonder la relativité générale tout en lui interdisant d'accepter la mécanique quantique. On pourrait trouver dans des considérations similaires l'explication de certains « obstacles épistémologiques » (Bachelard).

La plurivalence des mathématiques en physique

On achèvera de dissiper l'illusion d'une harmonie préétablie entre concepts physiques et concepts mathématiques en évoquant, réciproquement au polymorphisme mathématique des lois physiques, la plurivalence physique des structures mathématiques. Ainsi, les équations différentielles linéaires (à coefficients constants) du deuxième ordre régissent-elles les vibrations mécaniques, les oscillations électriques et bien d'autres phénomènes. L'équation aux dérivées partielles de Poisson gouverne aussi bien l'électrostatique que la théorie (statique) de la gravitation, la diffusion de la chaleur et celle des neutrons (en régime stationnaire), l'équilibre d'une membrane élastique déformée, l'écoulement laminaire d'un fluide à deux dimensions, etc. Feynman fait justice de toute interprétation idéaliste de ces identités formelles : « Cependant, dit-il, une question se pose sûrement à la fin d'une telle discussion : pourquoi les équations relatives à ces différents phénomènes sont-elles si semblables ? On pourrait dire : c'est l'unité profonde de la nature. Mais qu'est-ce que cela signifie ? Que pourrait vouloir dire pareille proposition ? Cela pourrait signifier simplement que les équations sont semblables pour différents phénomènes ; mais alors nous n'avons assurément donné aucune explication. L'« unité profonde » pourrait signifier que tout est fait de la même matière et, par conséquent, obéit aux mêmes équations. Cela paraît une bonne explication, mais réfléchissons. Le potentiel électrostatique, la diffusion des neutrons, l'écoulement de la chaleur : traitons-nous là de la même matière ? Pouvons-nous vraiment imaginer que le potentiel électrostatique est physiquement identique à la température, ou à la densité de particules ? Il est certain que ce n'est pas exactement la même chose que l'énergie thermique des particules. Le déplacement d'une membrane n'est certainement pas la même chose qu'une température. Pourquoi alors y a-t-il une « unité profonde » ?

« Une observation plus poussée de la physique de ces nombreux sujets montre en fait que les équations ne sont pas vraiment identiques. L'équation que nous avons trouvée pour la diffusion des neutrons n'est qu'une approximation, valable seulement pour des distances grandes devant le libre parcours moyen. En regardant de plus près, nous verrions les neutrons se déplacer individuellement dans différentes directions. Certainement le mouvement individuel d'un neutron est quelque chose de tout à fait différent de la variation douce que nous avons obtenue en résolvant l'équation différentielle. L'équation différentielle est une approximation, parce que nous avons admis que les neutrons étaient également répartis dans l'espace.

« Est-il possible que cela soit la clé du problème ? Que ce qui est commun à tous les phénomènes c'est l'espace, le cadre dans lequel est placée la physique ? Tant que les choses varient de façon raisonnablement douce dans l'espace, ce qui sera important, ce seront les variations des grandeurs avec la position dans l'espace. C'est pourquoi nous obtenons toujours une équation avec un gradient. Les dérivées doivent apparaître sous forme d'un gradient ou d'une divergence : comme les lois de la physique sont indépendantes de la direction, elles doivent pouvoir s'exprimer sous forme vectorielle. Les équations de l'électrostatique sont les équations vectorielles les plus simples qui ne contiennent que les dérivées des grandeurs par rapport aux coordonnées d'espace. Tout autre problème simple – ou toute simplification d'un problème compliqué – doit ressembler à un problème d'électrostatique. Ce qui est commun à tous nos problèmes, c'est qu'ils font intervenir l'espace et que nous avons imité ce qui en fait un phénomène compliqué par une équation différentielle simple. »

Ces remarques ont évidemment un caractère général et valent pour toutes les situations de plurivalence. C'est donc par un processus général d'approximation-abstraction que divers phénomènes physiques conduisent à des mathématisations analogues. On notera que de telles convergences conduisent d'ailleurs à la construction de nouveaux concepts physiques communs à des domaines très divers. Ainsi les concepts de résonance, d'impédance, etc., jouent-ils un rôle fondamental dans tous les phénomènes oscillatoires (électriques, mécaniques, acoustiques, etc.) dès lors que ceux-ci sont régis par des équations différentielles linéaires à coefficients constants. C'est véritablement cette mathématisation spécifique qui fonde et constitue les concepts physiques en question, conformément à la thèse avancée précédemment.

Réciproquement, ce phénomène de plurivalence n'est pas sans effet sur les mathématiques elles-mêmes. D'ailleurs, l'idée d'une préexistence des structures mathématiques par rapport aux concepts physiques qu'elles permettent de constituer, si elle n'est pas fondée ontologiquement, ne l'est pas plus historiquement (contrairement à une affirmation de Langevin, citée plus haut, qui reflète une idée assez répandue). Il n'est que de voir l'émergence simultanée et étroitement interconnectée du calcul différentiel et intégral et de la mécanique classique pour prendre conscience de ce fait. C'est ici tout le chapitre du rapport inverse de la physique aux mathématiques qu'il faudrait ouvrir. On y décèlerait un double mouvement contradictoire à l'intérieur des mathématiques, tendant d'une part à une autonomisation totale, installant des mécanismes de développement propres, continuant d'autre part à trouver motivations et appuis dans la physique. Cette tendance contradictoire – indépendance-interdépendance – serait particulièrement intéressante à étudier sur des cas actuels : relation entre la théorie mathématique des représentations des groupes localement compacts et l'utilisation des principes de symétrie en physique quantique, relation entre la théorie des algèbres stellaires et la théorie quantique « axiomatique » des champs.

La physique mathématique

On tentera maintenant de préciser le statut assez particulier de la « physique mathématique » en tant que branche spécialisée de la physique. On distinguera tout d'abord la physique théorique de la physique mathématique.

La physique théorique dégage et applique les lois et crée et met en œuvre les concepts physiques sous la contrainte de la physique expérimentale et en interréaction étroite avec celle-ci. Elle comporte différents niveaux, qui peuvent aller de l'interprétation de tel résultat expérimental spécialisé à l'aide des lois physiques connues jusqu'à la recherche de lois fondamentales nouvelles. Elle est mathématique dans la mesure où les mathématiques jouent le rôle constitutif qu'on a indiqué plus haut.

On désigne en général sous le nom de physique mathématique une activité beaucoup plus spécialisée, que l'on pourrait décrire comme une tâche de refonte et d'épuration de la physique théorique. Les théories physiques à leur naissance sont en effet marquées par les conditions historiques de leur production. Leur formulation garde souvent trace des luttes d'idées que leur découverte a exigées. Elles se présentent comme des édifices, neufs certes, mais encore recouverts d'échafaudages et parsemés de débris provenant des anciennes constructions qu'ils remplacent. Retirer les échafaudages, enlever les débris, mettre en pleine lumière la structure interne de l'édifice, la nature et la solidité de ses assises comme ses points faibles, c'est ainsi que l'on peut décrire la tâche de la physique mathématique. Il s'agit donc d'une activité nécessairement récurrente, portant sur des théories et des concepts déjà créés et assurés. Elle permet d'évaluer le degré exact de corrélation entre un certain nombre d'énoncés théoriques, donc d'estimer la rigidité ou la souplesse relatives d'un système théorique face à la nécessité ou à l'éventualité d'une refonte. On donnera en exemple certains développements de la théorie de la relativité restreinte. Le noyau de cette théorie, à savoir l'invariance des lois physiques par le groupe de transformation de Lorentz, fut établi par Einstein à partir de l'hypothèse de la constance universelle de la vitesse de la lumière. Cette constance, néanmoins, est un résultat expérimental, certes déterminé avec une grande précision, mais susceptible d'être remis en cause. Une telle remise en cause ruinerait-elle la théorie de la relativité elle-même ? C'est une tâche du physicien mathématicien que d'établir la nature de la corrélation entre cette hypothèse et cette théorie. On sait maintenant que celle-ci n'est qu'une condition suffisante mais nullement nécessaire de celle-là. La théorie de la relativité peut être fondée sur des hypothèses beaucoup plus générales, à partir de l'existence d'un principe de relativité abstrait et à l'aide de la théorie des groupes. On considère même aujourd'hui que la constance de la vitesse de la lumière est une conséquence très particulière de la relativité einsteinienne, due à la nullité de la masse du photon (d'ailleurs, la vitesse de la lumière est aussi celle des neutrinos).

On retrouve ici l'impossibilité d'axiomatiser la physique de façon unique – fût-ce à un moment donné. Il est en effet essentiel de savoir qu'une loi ou une théorie physique peut se déduire de plusieurs jeux de principes, plus ou moins généraux, plus ou moins plausibles. Si la pratique infirme la théorie elle-même, on en conclura qu'au moins une hypothèse dans chaque jeu est invalidée. À l'inverse, quand une hypothèse est contredite, il faut se garder d'en conclure à la faillite de la théorie dans son ensemble. Cependant, la physique mathématique est une activité de physiciens et non de mathématiciens, car la nature des théories qu'elle soumet à son investigation et le type d'hypothèses alternatives qu'elle est amenée à formuler répondent au développement général de la physique et tiennent nécessairement compte, de près ou de loin, de sa pratique expérimentale. Les limites rencontrées par un mathématicien aussi brillant que Poincaré dans son activité de physicien, spécialement à propos de la relativité restreinte, illustrent clairement ces remarques. On notera enfin que, s'il est possible de classer une partie de l'activité en physique théorique sous l'étiquette « physique mathématique », cela n'implique pas nécessairement que la distinction soit institutionnalisée et se traduise par une spécialisation individuelle du travail. Des conditions, internes à la pratique scientifique (difficultés de certains problèmes ; nécessité, pédagogique par exemple, d'une refonte) aussi bien qu'externes (division sociale du travail scientifique, environnement idéologique dominant) peuvent rendre compte de cet aspect, comme d'ailleurs, problème plus important et plus crucial, de la division entre physique théorique et physique expérimentale. Sans insister ici sur ces points, on indiquera seulement que l'expression même de « physique mathématique » ne s'est imposée qu'au xixe siècle, à l'apogée (donc au moment de la refonte) de la physique dite classique. Elle est tombée en désuétude pendant les années de développement impétueux de la physique dite moderne et ne reprend une certaine extension que depuis les années soixante, comme en témoigne la fondation de diverses revues spécialisées de physique mathématique. On y verra aussi bien l'effet des difficultés de croissance de certaines branches théoriques, comme la théorie quantique des champs, que celui de la spécialisation à outrance et de la parcellisation du travail scientifique aujourd'hui.

Les mathématiques et la spécificité de la physique

La singularité de la physique dans son rapport aux mathématiques est évidemment très difficile à saisir pour les conceptions qui font des mathématiques un « langage ». On a vu qu'elles sont en effet contraintes de penser ce langage comme universel, c'est-à-dire s'appliquant à toutes les disciplines scientifiques. Ce point de vue oblige donc à traiter la physique, où, de façon empiriquement évidente, les mathématiques « marchent mieux », comme ne différant que quantitativement des autres sciences. Cette différence peut être pensée historiquement : on dira alors que la physique est « plus avancée » que les autres sciences et que cela explique son degré de mathématisation plus poussé. Ce seraient par exemple les méthodes expérimentales plus fines, un meilleur contrôle des conditions d'expérimentation qui rendraient compte de la possiblité de mesurer, quantitativement, toute grandeur physique. À son tour, cette mesurabilité générale permettrait l'intervention des mathématiques, « science du nombre » par excellence. Non seulement ce point de vue n'explique pas pourquoi la physique aurait ce privilège historique, mais encore il est profondément erroné. Réduire les mathématiques à la manipulation du quantitatif constitue une erreur de même nature que les considérer comme un simple langage. Même dans les branches des mathématiques mises en jeu lors des calculs numériques courants, telles que la théorie élémentaire des fonctions, des concepts fondamentaux, tels que ceux de dérivée, de limite, ne sont pas numériques ! On notera a fortiori le rôle en physique quantique de la théorie des groupes ou de l'analyse fonctionnelle, dont le rapport avec l'aspect quantitatif des mesures physiques est pour le moins lointain.

On pourrait être alors tenté de localiser la singularité de la physique dans l'objet de sa pratique plutôt que dans sa situation historique. Ainsi trouve-t-on exprimée l'idée que la physique est « plus fondamentale » que les autres sciences de la nature. S'attaquant aux structures les plus profondes de la nature, elle mettrait en lumière ses lois les plus générales, implicitement pensées comme « plus simples », en un sens aristotélicien, et donc plus mathématisables. Dans tous les cas, on en arrive à une conception hiérarchisée des diverses sciences (n'a-t-on pas dit que la physique était la « reine des sciences » ?). La mathématicité prend alors un caractère normatif et devient critère de scientificité. Mais le développement même des diverses disciplines scientifiques contredit ce point de vue, qu'il s'agisse de la persistance de sciences telles que la chimie et la géologie comme disciplines autonomes, ou de l'apparition de sciences neuves telles que la biologie moléculaire. On a déjà indiqué plus haut que ces sciences disposaient de leurs propres concepts, non mathématisés, mais dont la cohérence mutuelle et le rapport aux pratiques expérimentales spécifiques de leur domaine propre suffisent à assurer la scientificité. De fait, la connaissance que donne la physique de la structure atomique et la possibilité qu'elle apporte d'une théorie détaillée de la valence ou de la réaction chimique ne rendent pas ces concepts de la chimie inutiles et caducs pour autant ; bien au contraire, elles en permettent l'approfondissement au moins autant et par cela même qu'elles en montrent les limites. En d'autres termes, lorsque les progrès d'une discipline scientifique lui ouvrent l'accès à un domaine jusque-là réservé à une autre, on n'a en général pas affaire à un simple déplacement de frontière. C'est plutôt un statut de double nationalité qui s'instaure, avec tous les avantages et inconvénients que cela peut supposer. Le véritable problème à étudier ici serait celui de la nature du rapport (application ou/et constitution) entre deux sciences. Les cas de la physique et de la chimie, de la chimie et de la biologie mériteraient une grande attention.

On semble donc se trouver devant une double difficulté : d'une part expliquer la singularité de la physique dans son rapport aux mathématiques, d'autre part spécifier la distinction entre la physique et les autres sciences de la nature. Ni l'histoire, ni l'objet, ni les méthodes expérimentales de la physique ne permettent de répondre à ces deux questions, toute « réponse » à l'une renforçant le mystère de l'autre. On propose ici une alternative radicale aux tentatives de solutions évoquées, par laquelle ces deux questions disparaissent en s'annulant l'une l'autre. On avance la thèse suivante : son rapport aux mathématiques constitue la détermination spécifique de la physique. En d'autres termes, c'est par la nature de son rapport aux mathématiques, par le rôle constitutif que celles-ci y jouent, que tel ou tel canton du continent des sciences de la nature accède à cette reconnaissance qui le situe dans le territoire de la physique.

On en donnera d'abord quelques preuves historiques. Quand s'opère avec Galilée la coupure épistémologique qui fonde la physique en tant que science au sens strict, Descartes fait le commentaire suivant : « Je trouve en général qu'il [Galilée] philosophe beaucoup mieux que le vulgaire, en ce qu'il quitte le plus qu'il peut les erreurs de l'École, et tâche à examiner les matières physiques par des raisons mathématiques. En cela je m'accorde entièrement avec lui et je tiens qu'il n'y a point d'autre moyen pour trouver la vérité. » On ajoutera d'ailleurs qu'il s'agit là du livre de Galilée qu'il appelle en général dans sa correspondance Traité du mouvement, mais qui fut publié sous le titre, sans doute dû à l'éditeur qui voulait attirer l'attention sur sa nouveauté, de Discours et démonstrations mathématiques appartenant à deux sciences nouvelles.

Un siècle et demi plus tard, l'électricité et le magnétisme n'entrent véritablement dans la physique qu'avec la loi de Coulomb, après avoir relevé au préalable de conceptions essentiellement vitalistes qui, pourtant, n'avaient pas empêché d'importants progrès expérimentaux (bouteille de Leyde, machines électrostatiques, piles voltaïques). La nouveauté de ce point de vue est exprimée en 1810 par Delambre qui déclare : « Tout ce qui concerne la lumière, la pesanteur, le mouvement et le choc des corps est aujourd'hui presque uniquement du ressort de la géométrie [...]. On a même tenté de soumettre au calcul les phénomènes de magnétisme et d'électricité. » Ajoutons encore un exemple : c'est l'intervention des mathématiques sous les espèces de la théorie des groupes qui fera, à la fin du xixe siècle, de la cristallographie un domaine de la physique.

Si l'on adopte un point de vue analytique plutôt qu'historique, on constate que les disciplines frontières telles que la chimie physique, la géophysique, la biophysique, etc., ne peuvent pas se définir par leurs objets (évidemment les mêmes que ceux de la chimie, de la géologie, de la biologie pour autant qu'ils soient définis), ni par leurs méthodes expérimentales, d'ailleurs en évolution constante et rapide, mais seulement par le type de conceptualisation, mathématiquement constituée, qu'elles utilisent. Le cas de l'astrophysique mérite d'être mentionné ici ; il permet de mettre en garde contre une interprétation formaliste de la thèse avancée où la détermination spécifique de la physique par son rapport aux mathématiques serait pensée comme inféodant celle-là à celles-ci, instituant un rapport en fin de compte hiérarchique. Ce serait « oublier » l'existence de pratiques expérimentales d'un type bien particulier qui séparent les sciences de la nature, dont la physique, des mathématiques. L'astronomie, en effet, beaucoup plus vieille que la physique, était considérée comme une discipline mathématique et le resta bien après la naissance de la physique. La fondation de l'astrophysique (que l'on peut faire remonter à la fin du xixe siècle) et la progressive extinction de l'astronomie à son profit résultent justement de l'importation de ces pratiques expérimentales dans un domaine déjà mathématiquement constitué, lui donnant d'ailleurs une extension considérable. Ce cas montre que les déplacements de frontière ne se font pas nécessairement dans un sens unique le long de la classification positiviste des sciences. Comme on a tenté de le montrer dans le cas des mathématiques et de la physique, l'idée même de classification universelle, de hiérarchie ne sert en général qu'à masquer la nécessité de comprendre simultanément la spécificité des sciences et leurs rapports mutuels au travers de leurs pratiques propres.

—  Jean-Marc LÉVY-LEBLOND

Bibliographie

L. Althusser, E. Balibar et al., Cours de philosophie pour scientifiques, Maspero, Paris, 1968

G. Bachelard, Le Nouvel Esprit scientifique, P.U.F., Paris, 1934 ; La Formation de l'esprit scientifique, ibid., 1938, 15e tir., J. Vrin, 1993 ; L'Activité rationaliste de la physique contemporaine, ibid., 1951, rééd. Union générale d'éditions, Paris, 1977

M. Born, L'Expérience et la théorie en physique (Experiment and Theory in Physics, 1944), trad. J.-P. Mathieu, Gauthier-Villars, Paris, 1955

M. Bunge, Philosophie de la physique, Seuil, Paris, 1975

I. Ékeland, Le Calcul, l'imprévu, ibid., 1987

R. Feynman, Cours de physique, 3 vol., InterÉdition, Paris, 1979 ; La Nature de la physique, Seuil, 1980

M. Fichant & M. Pécheux, Sur l'histoire des sciences, Maspero, 1969

Penser les mathématiques, ouvrage collectif, Seuil, 1982

H. Poincaré, La Valeur de la science, Paris, 1910, rééd. Flammarion, Paris, 1990

O. Roy, « Le Nouvel Esprit scientifique » de Gaston Bachelard : commentaire, Pédagogie moderne, Paris, 1979.

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  • Jean PETITOT
  •  • 27 547 mots

Dans le chapitre « Phénoménologie et éidétique descriptive »  : […] Un des apports essentiels de Husserl a été d'avoir réussi à dépsychologiser le concept brentanien d'intentionnalité et à le coupler à la thèse que l'être se phénoménalise. Dans la corrélation noético-noématique, les corrélats intentionnels (les contenus objectaux) des actes noétiques (des synthèses aperceptives) constituent autant de modes d'apparaître, autant de types de manifestation phénoménale […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/forme/#i_357

GRANDEUR PHYSIQUE

  • Écrit par 
  • Jean-Marc LÉVY-LEBLOND
  •  • 1 274 mots

La physique s'intéresse à des aspects du monde naturel suffisamment stables et définis pour que les notions qui en rendent compte puissent être mathématisées, et souvent numérisées. Elles deviennent ainsi des « grandeurs physiques ». Le caractère quantitatif des grandeurs physiques est lié à la possibilité de les mesurer à l'aide de procédures fiables et cohérentes, et de leur attribuer ainsi des […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/grandeur-physique/#i_357

HASARD

  • Écrit par 
  • Bertrand SAINT-SERNIN
  •  • 6 801 mots
  •  • 2 médias

Dans le chapitre « Le hasard et l'explication dans les sciences »  : […] On associe généralement explication et prévision. Il semble donc à première vue étrange de relier l'explication scientifique au hasard. Et pourtant le hasard est quelquefois invoqué, non seulement comme aléa extérieur, mais comme principe d'explication. C'est en ce sens que certains biologistes expliquent les mutations par le hasard, lui imputant même l'évolution des espèces. Une explication scie […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/hasard/#i_357

HASARD & NÉCESSITÉ

  • Écrit par 
  • Ilya PRIGOGINE, 
  • Isabelle STENGERS
  • , Universalis
  •  • 9 586 mots

Dans le chapitre « De Laplace à Monod »  : […] Le « démon de Laplace », figure emblématique du déterminisme physique, apparaît aux premières pages de l' Essai philosophique sur les probabilités (1814). Tout au long de son essai, Laplace traitera d'un monde incertain, à propos duquel les jugements sont indécis, et le démon qu'il introduit a pour fonction d'interpréter la différence entre ce monde, qui est celui des prati […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/hasard-et-necessite/#i_357

IDÉALISME

  • Écrit par 
  • Jean LARGEAULT
  •  • 9 495 mots

Dans le chapitre « L'idéalisme et la philosophie de la physique »  : […] On rencontre fréquemment deux opinions : que le réalisme est naturel aux sciences ; que la philosophie est nécessairement idéaliste. La première de ces affirmations a pu être vraie pour certaines théories. Émile Meyerson a soutenu qu'elle est vraie et que les thèses positivistes-idéalistes vont à contre-fil de la pratique des savants. Par exemple, Comte interdit de formuler des hypothèses sur « l […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/idealisme/#i_357

IMPÉDANCE, physique

  • Écrit par 
  • Pierre MOYEN
  •  • 163 mots

Inertie opposée par un système, ou par un milieu, au passage d'un phénomène périodique. L'impédance s'exprime par un nombre complexe, noté Z, égal au rapport entre l'amplitude complexe du phénomène cause et l'amplitude complexe du phénomène effet, les deux phénomènes étant supposés de même fréquence. La partie réelle de Z s'appelle résistance, R ; sa partie imaginaire s'appelle réactance, X. Selon […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/impedance-physique/#i_357

INCERTITUDE

  • Écrit par 
  • Jean-Marc LÉVY-LEBLOND
  •  • 948 mots

La conception naïve d'une science productrice de certitudes absolues, avant même que de caractériser un certain triomphalisme typique du xix e  siècle, avait été spirituellement moquée par Georg Christoph Lichtenberg : « Si je connais bien la généalogie de Dame Science, l'incertitude est sa sœur aînée. Est-ce donc là une chose si scandaleuse que d […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/incertitude/#i_357

INDE (Arts et culture) - Les sciences

  • Écrit par 
  • Francis ZIMMERMANN
  •  • 14 263 mots
  •  • 2 médias

Dans le chapitre « Logique et physique »  : […] La physique dans l'Inde classique se réduisait aux théories philosophiques de l'école du Vaiśeṣika sur la structure atomique des cinq éléments : terre-eau-feu-vent-éther, les atomes et la causalité. La littérature musicale contient une étude des harmoniques. Mais la physique ne semble pas s'être constituée comme science. Formulé au départ dans des textes distincts, le Vaiśeṣika […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/inde-arts-et-culture-les-sciences/#i_357

INTERACTIONS (physique) - Interaction gravitationnelle

  • Écrit par 
  • Alain KARASIEWICZ, 
  • Marie-Antoinette TONNELAT
  •  • 1 962 mots
  •  • 2 médias

La gravitation est responsable de phénomènes aussi différents que la pesanteur ressentie par tout un chacun, le mouvement des planètes ou l'expansion de l'Univers. Cette force de gravitation est extrêmement faible entre particules élémentaires, mais ses effets deviennent importants si les corps considérés ont des masses de l'ordre de celle d'une planète. La théorie qui aujourd'hui rend le mieux […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/interactions-physique-interaction-gravitationnelle/#i_357

INTERACTIONS (physique) - Électromagnétisme

  • Écrit par 
  • Bernard DIU
  •  • 4 620 mots
  •  • 7 médias

Notre vie quotidienne est certes assujettie à la pesanteur, dont tiennent obligatoirement compte tous nos gestes et nos réflexes, mais c'est l'électromagnétisme qui régit en réalité notre existence : tous les phénomènes qui nous entourent et nous construisent, depuis la lumière du soleil ou les vagues de la mer jusqu'aux processus biologiques eux-mêmes, relèvent fondamentalement de l'électromagné […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/interactions-physique-electromagnetisme/#i_357

INTERACTIONS (physique) - Interaction électrofaible

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 2 109 mots
  •  • 4 médias

La première manifestation de l'interaction nucléaire faible qu'on a observée est la désintégration β de certains noyaux atomiques. Cette transmutation d'un élément vers un autre provient de la transformation d'un neutron en un proton avec émission d'un électron et d'un antineutrino. La radioactivité β + est une réaction très semblable où un […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/interactions-physique-interaction-electrofaible/#i_357

INTERACTIONS (physique) - Interaction nucléaire forte

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 1 945 mots
  •  • 4 médias

L' interaction nucléaire forte, longtemps inaccessible, est responsable de la cohésion des divers noyaux atomiques. Sa compréhension a nécessité l'usage d'accélérateurs de particules, seuls outils capables de sonder la matière jusqu'à l'échelle où elle joue un rôle dominant. Sa description actuelle se fonde sur la théorie quantique des champs de quarks et de gluons. […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/interactions-physique-interaction-nucleaire-forte/#i_357

INTERACTIONS (physique) - Unification des forces

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 1 612 mots
  •  • 3 médias

L'ambition des scientifiques a toujours été de décrire des phénomènes variés comme des manifestations diverses de quelques processus fondamentaux. En physique, cette démarche a été couronnée de spectaculaires succès ; la reconnaissance du fait qu'un petit nombre d'interactions fondamentales − la gravitation, l'électromagnétisme, les interactions nucléaires faible et forte − sont à l'origine de to […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/interactions-physique-unification-des-forces/#i_357

ISOTROPIE & ANISOTROPIE

  • Écrit par 
  • Viorel SERGIESCO
  •  • 738 mots

Au sens général du terme, une grandeur physique (macroscopique ou microscopique) est anisotrope, ou isotrope, selon qu'elle dépend ou non de la direction suivant laquelle on la mesure. Ainsi, la densité d'un corps homogène ou la fonction de distribution des vitesses à l'équilibre thermodynamique sont des grandeurs isotropes, tandis que cette même fonction de distribution en […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/isotropie-et-anisotropie/#i_357

LOI, physique

  • Écrit par 
  • Jean-Marc LÉVY-LEBLOND
  •  • 1 179 mots

Dans le chapitre « Les limites de la loi »  : […] Aussi ne faut-il pas s'étonner que la formulation de lois ait constitué, du xvii e au xix e  siècle, la forme canonique d'énonciation des découvertes scientifiques, en tout cas en physique. Longtemps, les lois porteront le nom de leur premier énonciateur – lois de Kepler, de Snell-Descartes, de N […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/loi-physique/#i_357

MAGNÉTISME

  • Écrit par 
  • Damien GIGNOUX, 
  • Étienne de LACHEISSERIE, 
  • Louis NÉEL
  •  • 15 766 mots
  •  • 11 médias

Le magnétisme est l'un des phénomènes qui a le plus frappé l'imagination de l'homme, au point que ce mot désigne aujourd'hui des réalités très diverses : il s'agit d'abord d'une science fort ancienne et néanmoins toujours d'actualité dont le champ d'application ne cesse de s'étendre ; ensuite, par extension, on parlera du magnétisme d'une personne attrayante et capable de dynamiser son entourage ; […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/magnetisme/#i_357

MAGNÉTISME (notions de base)

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 3 752 mots
  •  • 1 média

Le magnétisme est une importante propriété de nombreux systèmes physiques ; ses caractéristiques sont maintenant globalement comprises dans le cadre de la théorie des champs électromagnétiques. Comme c’est souvent le cas, on a su utiliser ce phénomène bien avant d’en élucider le mécanisme ; le développement historique de la boussole a précédé de plusieurs siècles la description mathématique des f […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/magnetisme-notions-de-base/#i_357

MAGNÉTOHYDRODYNAMIQUE (M.H.D.)

  • Écrit par 
  • Jean-Loup DELCROIX
  •  • 4 454 mots
  •  • 14 médias

La magnétohydrodynamique (M.H.D.) est une branche de la physique consacrée à l'étude des mouvements des fluides conducteurs de l'électricité en présence de champs magnétiques. Elle s'applique aux métaux liquides (mercure, métaux alcalins fondus), aux gaz faiblement ionisés et aux plasmas. Lorsqu'un fluide conducteur se déplace dans un champ magnétique, il est le siège d'un champ électrique qui y p […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/magnetohydrodynamique/#i_357

MASSE, physique

  • Écrit par 
  • Jean-Marc LÉVY-LEBLOND, 
  • Bernard PIRE
  •  • 4 054 mots
  •  • 1 média

La masse d'un corps est une notion théorique correspondant à l'idée intuitive de « quantité de matière » contenue dans le corps. Elle se manifeste d'abord par la force de gravitation qui s'exerce universellement entre corps massifs. Cette « masse pesante » est directement liée au poids d'un corps et mesure l'action de la pesanteur sur celui-ci. La masse, par ailleurs, caractérise la résistance d' […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/masse-physique/#i_357

MATÉRIALISME

  • Écrit par 
  • Georges GUSDORF
  •  • 3 916 mots
  •  • 1 média

Dans le chapitre « Révolution mécaniste et triomphe de l'hypothèse corpusculaire »  : […] Chez Aristote, qui s'oppose aux atomistes, la matière apparaît relativisée ; elle se trouve engagée dans une hiérarchie des matières et des formes, toute instance de réalité se proposant à la fois comme matière de la forme supérieure et forme de la matière inférieure. Alors que l'atome est une matière absolue, la matière d'Aristote évoque plutôt la « matière première » de l'artiste ou de l'artisa […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/materialisme/#i_357

MATIÈRE (physique) - États de la matière

  • Écrit par 
  • Vincent FLEURY
  •  • 5 801 mots
  •  • 4 médias

D'Aristote à Réaumur, au xviii e  siècle, la nature des solides ou des fluides a posé de grandes énigmes aux savants de jadis. Les découvertes de plus en plus fines de la science moderne sur l'organisation des molécules et des liaisons atomiques dans les matériaux ou dans les composés étudiés au laboratoire, comme dans les corps ordinaires de la v […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/matiere-physique-etats-de-la-matiere/#i_357

MATIÈRE (physique) - État solide

  • Écrit par 
  • Daniel CALÉCKI
  •  • 8 602 mots
  •  • 13 médias

La matière se présente principalement sous trois états simples : gazeux, liquide et solide . Ce qui distingue l'état solide des deux autres états est l'incapacité d'une masse solide à épouser la forme du récipient dans lequel on la place ; en revanche, un gaz s'empresse d'envahir tout le volume qu'on lui offre et un liquide prend la forme de la partie du récipient qui le contient. Ce qui caractér […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/matiere-physique-etat-solide/#i_357

MATIÈRE (physique) - État liquide

  • Écrit par 
  • Jean-Louis RIVAIL
  •  • 3 245 mots
  •  • 6 médias

La notion de liquide est une notion familière, l'état liquide étant, avec l'état solide et l'état gazeux, l'un des trois états communs de la matière . On peut étudier un liquide comme une phase condensée fluide. Cela signifie que le liquide a une masse spécifique élevée, proche de celle du solide, et qu'il est aisément déformable, au point d'adapter sa forme à celle des récipients dans lesquels il […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/matiere-physique-etat-liquide/#i_357

MATIÈRE (physique) - État gazeux

  • Écrit par 
  • Henri DUBOST, 
  • Jean-Marie FLAUD
  •  • 8 280 mots
  •  • 9 médias

L'état sous lequel se présente la matière, solide, liquide ou gazeux, dépend des conditions de température et de pression. Suivant l'usage généralement admis, on désigne par gaz tout corps existant dans cet état dans les conditions normales de température et de pression (P 0 = 1 atm, T 0 = 0  0 C), et par vapeur la phase gazeuse d'un corps solide ou liquide dans les même […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/matiere-physique-etat-gazeux/#i_357

MATIÈRE (physique) - Plasmas

  • Écrit par 
  • Patrick MORA
  •  • 7 678 mots
  •  • 4 médias

L'état plasma peut être considéré comme le quatrième état de la matière , obtenu, par exemple, en portant un gaz à très haute température (10 4  K ou plus). L'énergie d’agitation thermique des molécules et atomes constituant le gaz est alors suffisante pour que, lors de collisions entre ces particules, un électron puisse être arraché à l'une d'entre elles. Ce phénomène d' […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/matiere-physique-plasmas/#i_357

MATIÈRE (physique) - Transitions de phase

  • Écrit par 
  • Nino BOCCARA
  •  • 6 909 mots
  •  • 7 médias

Les premières transitions de phase observées ont été des changements d'état tels que la fusion de la glace ou la vaporisation de l'eau. Lors d'un changement d'état, le système, au sens de la thermodynamique, se présente comme la réunion de deux sous-systèmes homogènes possédant des propriétés distinctes. On appelle phase chacun de ces sous-systèmes. Plus précisément, une phase est une partie homo […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/matiere-physique-transitions-de-phase/#i_357

MÉDAILLE D'OR DU CNRS 2017

  • Écrit par 
  • Pierre LÉNA
  •  • 1 691 mots
  •  • 2 médias

Le 27 septembre 2017, deux physiciens français, Alain Brillet et Thibault Damour, reçoivent la médaille d’or du CNRS qui récompense leurs travaux ayant joué un rôle déterminant dans la détection des ondes gravitationnelles. Ces ondes sont d’infimes déformations de l’espace-temps, produites par un violent et soudain changement local de la répartition dans l’espace d’une masse de matière, telle qu […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/medaille-d-or-du-cnrs-2017/#i_357

MÉLANGE, physico-chimie

  • Écrit par 
  • Pierre MOYEN
  •  • 431 mots

Réunion de deux ou de plusieurs substances qui présente simultanément les propriétés suivantes : Les dimensions des constituants sont petites devant celles du produit final ; Les constituants du mélange sont sans action physique ou chimique réciproque profonde ; La séparation des constituants du mélange s'effectue à l'aide de procédés physiques simples ne mettant généralement en jeu que des quanti […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/melange-physico-chimie/#i_357

MÉTHODE

  • Écrit par 
  • Jean LARGEAULT
  •  • 9 011 mots

Dans le chapitre « Considérations historiques »  : […] Ce n'est pas un hasard que l'invention et les premiers développements de l' algèbre coïncident avec le renouveau de l'idée de méthode : à l'origine, l'algèbre se présente comme un système de règles opératoires qui prescrivent comment transformer des symboles indépendamment de leur interprétation. Elle possède donc le caractère essentiel d'une méthode, pouvoir s'appliquer à un nombre indéfini de si […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/methode/#i_357

MODÈLE

  • Écrit par 
  • Raymond BOUDON, 
  • Hubert DAMISCH, 
  • Jean GOGUEL, 
  • Sylvanie GUINAND, 
  • Bernard JAULIN, 
  • Noël MOULOUD, 
  • Jean-François RICHARD, 
  • Bernard VICTORRI
  •  • 24 440 mots
  •  • 2 médias

Dans le chapitre « Modèles et réalités dans les sciences exactes »  : […] On ne saurait mettre une séparation absolue entre l'usage qui est fait des modèles en mathématiques et celui qu'en font les sciences exactes, qui sont des mathématiques appliquées. D'autant moins que les entités de référence des théories mathématiques, les ensembles numériques ou ponctuels peuvent être pris comme les modèles les plus abstraits des relations physiques : ainsi, quand on réduit les […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/modele/#i_357

MOLÉCULAIRES JETS & FAISCEAUX

  • Écrit par 
  • Roger CAMPARGUE
  •  • 5 695 mots
  •  • 3 médias

La propagation de particules neutres sous forme de faisceaux a permis de vérifier les bases de la physique moderne au cours d'expériences effectuées surtout de 1920 à 1930 à l'aide de faisceaux de première génération, les faisceaux moléculaires thermiques. Il faut citer d'abord la vérification de la loi de distribution des vitesses de Maxwell-Boltzmann, sur laquelle est fondée la théorie cinétiqu […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/jets-et-faisceaux-moleculaires/#i_357

MONOCHROMATISME

  • Écrit par 
  • Viorel SERGIESCO
  •  • 319 mots

Caractère d'une vibration représentée par une fonction sin 2πν t , cos 2πν t ou exp 2 iπνt du temps t , où ν est la fréquence. En physique des vibrations, la vibration monochromatique joue le rôle d'une vibration élémentaire, puisque tout phénomène, périodique ou apériodique, peut être analysé en composantes […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/monochromatisme/#i_357

MOUVEMENT BROWNIEN

  • Écrit par 
  • Didier ROUX
  •  • 630 mots
  •  • 2 médias

Comme le rappelle son nom, le mouvement brownien a été découvert en 1827 par le botaniste Robert Brown (1773-1858). C'est en observant sous un microscope du pollen dispersé dans de l'eau qu'il remarqua que les grains microscopiques le constituant étaient soumis à un mouvement continuel et irrégulier. Il crut, à l'époque, qu'il avait découvert « la molécule primitive » responsable de la vie. Il s' […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/mouvement-brownien/#i_357

MOYEN ÂGE - La pensée médiévale

  • Écrit par 
  • Alain de LIBERA
  •  • 22 370 mots

Dans le chapitre « Outils conceptuels et langages analytiques : le rôle de l'imaginaire »  : […] Telle que l'ont pratiquée les médiévaux, l'approche métalinguistique du monde ne s'est pas limitée à une refonte générale de la théorie de la connaissance ni à une redéfinition du champ, des outils et des méthodes de la psychologie. C'est dans la philosophie de la nature et dans la physique qu'elle a trouvé son principal terrain d'élection. On pouvait s'attendre à ce qu'une approche sémiotique du […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/moyen-age-la-pensee-medievale/#i_357

NUCLÉAIRE (PHYSIQUE) - Les principes physiques

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 3 108 mots
  •  • 2 médias

On connaît actuellement des centaines de noyaux atomiques. Chacun est représenté par son nombre atomique Z , c'est-à-dire le nombre de protons qu'il contient, et par son nombre de masse A , qui correspond au nombre total de ses nucléons (protons ou neutrons). Des éléments contenant le même nombre de protons mais possédant des nombres de masse différents […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/nucleaire-physique-les-principes-physiques/#i_357

NUCLÉAIRE (PHYSIQUE) - Noyau atomique

  • Écrit par 
  • Luc VALENTIN
  •  • 10 308 mots
  •  • 17 médias

La découverte d'un noyau minuscule au centre de l' atome date du début du siècle (Rutherford, 1911), mais c'est celle du neutron (Chadwick, 1932) qui lança la physique nucléaire sur ses bases actuelles. Depuis lors, en effet, on admet qu'un noyau de numéro atomique  Z et de nombre de masse  A comporte Z   protons et […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/nucleaire-physique-noyau-atomique/#i_357

OBJET

  • Écrit par 
  • Gilles Gaston GRANGER
  •  • 8 222 mots

Dans le chapitre « Russell »  : […] 1. Il s'agit bien, depuis le début, de construire à partir du sensible des objets « ayant les propriétés spatio-temporelles que la physique exige des choses » ( Signification et vérité  ; cf. Jules Vuillemin, La Logique et le monde sensible , chap. iv et v ). 2. Les tâches qu'il faudrait alors rempli […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/objet/#i_357

ONDES, physique

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 3 574 mots

Inventée pour décrire les caractéristiques des vagues à la surface d’un plan d’eau, la notion d’onde joue depuis le xvii e  siècle un rôle central dans la compréhension de nombreux phénomènes physiques et dans la mise en équations mathématiques qui permet d’expliquer et de prédire le comportement de situations extrêmement diverses. Les phénomènes […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/ondes-physique/#i_357

ONDES GRAVITATIONNELLES

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 6 832 mots
  •  • 6 médias

Dans la formulation de la relativité générale, une onde gravitationnelle est l’équivalent d’une onde électromagnétique (radio, lumineuse...) lorsqu’on considère un phénomène gravitationnel. Les équations d’Einstein qui régissent la théorie moderne de la gravitation prédisent que, de façon semblable au rayonnement de photons qui accompagne l’accélération d’une particule électriquement chargée et e […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/ondes-gravitationnelles/#i_357

OPTIQUE - Principes physiques

  • Écrit par 
  • Pierre CHAVEL, 
  • Pierre FLEURY, 
  • Christian IMBERT
  •  • 3 792 mots
  •  • 6 médias

Toute classification des domaines de l'optique est en partie arbitraire et comporte de nombreux recouvrements. L' optique géométrique s'appuie essentiellement sur la notion de rayons lumineux susceptibles de fournir des images qu'on observe à l'aide de lunettes ou de microscopes, qu'on enregistre par photographie ou qu'on forme sur d'autres récepteurs physiques pour recevoi […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/optique-principes-physiques/#i_357

PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Caractères généraux

  • Écrit par 
  • Maurice JACOB, 
  • Bernard PIRE
  •  • 8 162 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 aux multiples constructions de quelques constituants fondamentaux ? Trouver ces constituants, et comprendr […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/particules-elementaires-caracteres-generaux/#i_357

PRATIQUE ET PRAXIS

  • Écrit par 
  • Éric WEIL
  •  • 6 693 mots

Dans le chapitre « Vie active et vie contemplative »  : […] L'attitude « normale » est ainsi de l'ordre de la morale et de la politique. Avec la disparition de l'autonomie de la cité, conséquence de l'apparition des empires, elle changera ; l'individu ne pourra plus véritablement influer sur des décisions qui, dorénavant, dépendent d'autorités tout autres que celles de sa cité. Le résultat n'est cependant pas une évaluation positive de la technique et du t […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/pratique-et-praxis/#i_357

PRIX NOBEL DE PHYSIQUE 2018

  • Écrit par 
  • Philippe BALCOU, 
  • Vincent CROQUETTE
  •  • 2 088 mots
  •  • 1 média

Le prix Nobel de physique 2018 a été attribué pour moitié au Français Gérard Mourou et à la Canadienne Donna Strickland, pour l’autre moitié à l’Américain Arthur Ashkin pour leurs « inventions révolutionnaires dans le domaine de la physique des lasers ». Durant les années 1970 et 1980, ces trois scientifiques ont mis au point des techniques et des instruments optiques de haute précision permettant […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/prix-nobel-de-physique-2018/#i_357

PRIX NOBEL DE PHYSIQUE 2017

  • Écrit par 
  • Marc LACHIÈZE-REY
  •  • 1 848 mots
  •  • 2 médias

Le prix Nobel de physique 2017 a été attribué aux Américains Rainer Weiss, Barry Clark Barish et Kip Stephen Thorne pour « leurs contributions décisives au détecteur LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) et l’observation d’ondes gravitationnelles ». Le premier de ces lauréats a reçu la moitié de ce prix, les deux autres se partageant l’autre moitié. Ces ondes gravitationnell […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/prix-nobel-de-physique-2017/#i_357

PSYCHOPHYSIQUE

  • Écrit par 
  • Muriel BOUCART
  •  • 1 851 mots
  •  • 1 média

Les informations issues de la perception peuvent être caractérisées par une description verbale qui fournit une information qualitative de ce qui est perçu (par exemple, la couleur orange d’un fruit ou la différence de taille entre deux objets : « plus petit que », « moins long que », etc.). Cependant, une étude plus rigoureuse de la perception requiert des mesures quantitatives. Si la caractéris […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/psychophysique/#i_357

QUANTIQUE PHYSIQUE

  • Écrit par 
  • Claude de CALAN
  •  • 5 277 mots
  •  • 6 médias

Née avec le xx e  siècle, établie sur des bases claires à partir de 1925, la physique quantique s'est imposée comme l'outil nécessaire pour décrire les phénomènes à l'échelle atomique (et même certains phénomènes à plus grande échelle). La physique quantique implique une révision radicale des concepts habituels, tirés de notre expérience à notre […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/physique-quantique/#i_357

RAYONNEMENT, physique

  • Écrit par 
  • Viorel SERGIESCO
  •  • 444 mots

Terme général désignant toute forme d'énergie en mouvement. Il s'agit le plus souvent d'un rayonnement ondulatoire , c'est-à-dire de la propagation d'un champ : rayonnement électromagnétique (ondes radioélectriques, rayons X, lumière, etc.), rayonnement élastique (son, ultrason, etc.), rayonnement gravitationnel (ondes gravitationnelles). Par extension, on appelle […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/rayonnement-physique/#i_357

RÉALISME, philosophie

  • Écrit par 
  • Jean LARGEAULT
  •  • 6 966 mots

Dans le chapitre « Le réalisme est-il possible ? »  : […] Pour un réaliste, l'inacceptable du kantisme est le postulat que l'intelligibilité (ou la légalité, qui en est un affaiblissement, le notionnel au sens d'Émile Boutroux) vient du sujet de la pensée plutôt que de l'objet de la connaissance. Les esprits auxquels cet idéalisme répugne savent parfois mal se défendre contre lui. Ils sont intimidés par les objections, par la force du consensus positivis […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/realisme-philosophie/#i_357

RÉALITÉ CONCEPT DE

  • Écrit par 
  • Jean HAMBURGER
  •  • 4 338 mots

Dans le chapitre « L'aléatoire »  : […] De même que nos tendances intuitives répugnent à imaginer qu'un « objet » puisse donner lieu à deux représentations distinctes et non superposables, de même nous doutons que puissent exister des événements sans cause. Dans la Critique de la raison pure , Kant classe la causalité parmi les catégories de la pensée humaine, c'est-à-dire les concepts fondam […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/concept-de-realite/#i_357

RÉALITÉ PHYSIQUE

  • Écrit par 
  • Bernard d' ESPAGNAT
  •  • 2 884 mots

Durant le xx e  siècle, les principes fondamentaux de la physique ont perdu les couleurs de fausse évidence qui étaient les leurs au début de l'ère scientifique. C'est là la contrepartie de l'ordre qu'ils confèrent maintenant à des secteurs très étendus du système des connaissances. Une analyse très sommaire permet déjà de distinguer deux niveaux […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/realite-physique/#i_357

RÉFRACTION, physique

  • Écrit par 
  • Viorel SERGIESCO
  •  • 434 mots

Changement de la direction de propagation d'une onde plane progressive, monochromatique, lors du passage d'un milieu dans un autre . Cette direction est définie d'une manière univoque dans les milieux isotropes, tandis que, dans les milieux anisotropes, il convient de distinguer les directions de la normale à la surface d'onde et du « rayon » suivant lequel se propage l'énergie. Dans les […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/refraction-physique/#i_357

RELATIVITÉ - Relativité restreinte

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 3 431 mots
  •  • 3 médias

La théorie de la relativité comporte deux volets distincts. La relativité restreinte , conçue en 1905 par Albert Einstein, s'est imposée comme un nouveau cadre pour décrire de façon cohérente les phénomènes physiques mettant en jeu des vitesses proches de celle de la lumière. Ses nombreuses conséquences ont été maintes fois confirmées. La relativité générale est quant à ell […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/relativite-relativite-restreinte/#i_357

RELATIVITÉ - Relativité générale

  • Écrit par 
  • Thibault DAMOUR, 
  • Stanley DESER
  •  • 12 096 mots
  •  • 3 médias

En physique, le vocable « relativité » recouvre deux concepts très différents. Celui de relativité restreinte (qui a remplacé la relativité galiléenne ) spécifie la structure cinématique de l'espace-temps. Cette structure, d'abord suggérée par l'étude de l'électromagnétisme, a fourni un cadre général pour la description de toutes les autres lois fondam […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/relativite-relativite-generale/#i_357

REPRODUCTIBILITÉ EN SCIENCES EXPÉRIMENTALES

  • Écrit par 
  • Nicolas CHEVASSUS-au-LOUIS
  •  • 2 548 mots
  •  • 1 média

Dans le chapitre « Tout énoncé scientifique n'est pas reproductible »  : […] Précisons d'emblée que nombre de travaux scientifiques ne sont, par leur nature même, pas reproductibles. Il s’agit souvent d’observations, et non d’expériences. C’est par exemple le cas de recherches en éthologie ou en écologie, qui portent sur le comportement d'espèces, ou le fonctionnement d'écosystèmes, par définition singuliers. La remarque s'applique aussi à des domaines de la connaissance […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/reproductibilite-en-sciences-experimentales/#i_357

SCHOPENHAUER ARTHUR (1788-1860)

  • Écrit par 
  • Jean LEFRANC
  •  • 3 154 mots
  •  • 1 média

Dans le chapitre « La métaphysique de la volonté »  : […] Schopenhauer se veut le véritable successeur de Kant, capable de résoudre la crise ouverte par la philosophie critique sans en trahir les résultats. À ses yeux, l'acquis définitif du kantisme est la dualité irréductible du phénomène et de la chose en soi. Le postkantisme de Schopenhauer est donc radicalement distinct de celui d'un Fichte, d'un Schelling ou d'un Hegel, qui croient pouvoir surmonte […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/arthur-schopenhauer/#i_357

SCIENCES - Sciences et société

  • Écrit par 
  • Federico MAYOR, 
  • Evry SCHATZMAN
  •  • 9 650 mots
  •  • 4 médias

Dans le chapitre « Les sciences de la nature »  : […] Au sujet des sciences de la nature, dont une longue histoire fixe de façon assez précise la situation dans la société, on dira que la science est un savoir et non pas un savoir faire. Si étroites que soient les relations entre la science et la technique, puisque l'extension de la connaissance est étroitement liée au progrès de cette dernière, la distinction reste totale : la technique peut servir […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/sciences-sciences-et-societe/#i_357

SCIENCES - Sciences et discours rationnel

  • Écrit par 
  • Jean LADRIÈRE
  •  • 6 601 mots

Dans le chapitre « Le type empirico-formel »  : […] Le modèle par excellence des sciences de type empirico-formel est fourni par la physique. À la différence des sciences formelles pures, qui construisent entièrement leur objet (ou, plus exactement, ne le découvrent qu'en le construisant), la physique se rapporte à un objet extérieur, qui est donné dans l'expérience empirique : la réalité matérielle, considérée dans ses manifestations non vivantes […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/sciences-sciences-et-discours-rationnel/#i_357

SCIENCES - Science et philosophie

  • Écrit par 
  • Alain BOUTOT
  •  • 17 642 mots
  •  • 6 médias

Dans le chapitre « Science et ontologie »  : […] Radicalisant la critique husserlienne, Heidegger affirme, dans un cours donné en 1952 à l'université de Fribourg-en-Brisgau : « la science ne pense pas, et ne peut pas penser ; et c'est même là, ajoute-t-il, sa chance, je veux dire ce qui lui assure sa démarche propre et bien définie » ( Qu'appelle-t-on penser ? ). Revenant quelque temps après sur cette proposition, si choqua […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/sciences-science-et-philosophie/#i_357

SONS - Production et propagation des sons

  • Écrit par 
  • Michel BRUNEAU, 
  • André DIDIER, 
  • Jean-Claude RISSET
  •  • 13 384 mots
  •  • 15 médias

Dans le chapitre «  Historique »  : […] L'intérêt porté par l'homme aux phénomènes sonores remonte à la nuit des temps, mais cet intérêt ne fut pas dès l'origine d'ordre scientifique. Les premières recherches concernant les phénomènes sonores datent du vi e  siècle avant l'ère chrétienne, époque à laquelle l'école pythagoricienne se pencha sur le fonctionnement des cordes vibrantes et c […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/sons-production-et-propagation-des-sons/#i_357

SPECTROSCOPIE

  • Écrit par 
  • Michel de SAINT SIMON
  •  • 5 066 mots
  •  • 9 médias

Lorsqu'elle traverse les gouttes d'eau de la pluie, la lumière blanche du Soleil ou d'une lampe à incandescence se décompose en ses constituants colorés : c'est l'arc-en-ciel. Cet effet est dû à la réfraction, phénomène par lequel la lumière subit un changement de direction quand elle passe d'un milieu à un autre. La même décomposition s'observe lorsque la lumière traverse un prisme transparent d […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/spectroscopie/#i_357

STATISTIQUE MÉCANIQUE

  • Écrit par 
  • Berni J. ALDER, 
  • Bernard JANCOVICI
  •  • 5 921 mots
  •  • 8 médias

La mécanique statistique a pour but d'expliquer les propriétés de la matière, en particulier ses propriétés thermiques, à partir des lois de la mécanique auxquelles obéissent les atomes et molécules dont elle est formée (et, plus généralement, d'expliquer les propriétés des systèmes composés d'un grand nombre de particules). Il n'est pas possible de décrire le comportement individuel des quelque 1 […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/mecanique-statistique/#i_357

STATISTIQUE THERMODYNAMIQUE

  • Écrit par 
  • Alkiviadis GRECOS
  •  • 4 211 mots

L'interprétation de l'évolution des systèmes physiques nécessite à la fois les lois de la dynamique, classique ou quantique, et celles de la thermodynamique. Par conséquent, il est important de clarifier la relation entre dynamique et thermodynamique, et de formuler une théorie microscopique des processus irréversibles . En particulier, on souhaiterait o […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/thermodynamique-statistique/#i_357

STRUCTURE DISSIPATIVE

  • Écrit par 
  • Isabelle STENGERS
  •  • 2 470 mots

Le terme « structure dissipative » a été créé, en 1969, par Ilya Prigogine pour souligner la signification des résultats auxquels lui-même et ses collaborateurs de l'école de Bruxelles venaient de parvenir : loin de l'équilibre thermodynamique, c'est-à-dire dans des systèmes traversés par des flux de matière et d'énergie, peuvent se produire des processus de structuration et d'organisation spontan […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/structure-dissipative/#i_357

SUPRACONDUCTIVITÉ

  • Écrit par 
  • Étienne GUYON, 
  • Jérôme LESUEUR, 
  • Pierre NÉDELLEC
  •  • 4 775 mots
  •  • 10 médias

La résistance électrique de certains conducteurs devient brutalement inférieure à toute valeur mesurable au-dessous d'une certaine température  T c dite température critique . On dit qu'il y a transition du conducteur de l'état normal (noté N) à l'état supraconducteur (noté S) . Dans un conducteur à l'état S, un courant électrique peut donc circuler […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/supraconductivite/#i_357

SYMBOLISATION, physique

  • Écrit par 
  • Jean-Marc LÉVY-LEBLOND
  •  • 1 424 mots

La physique entretient avec l'écriture un rapport particulier. Il suffit pour s'en convaincre de feuilleter un manuel ou une revue de recherche, où des paragraphes écrits en langue ordinaire alternent avec des lignes de symboles mathématiques. C'est bien par cette relation particulière à la mathématique que la physique se singularise. Elle est la seule science de la nature qui entretienne avec la […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/symbolisation-physique/#i_357

SYMÉTRIES, physique

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 5 990 mots

Les symétries du monde physique sont un aspect remarquable de l'harmonie de l'Univers. Elles offrent aussi une des clés de l'intelligibilité de la matière. D'une variété extrême, elles sont discrètes ou continues et agissent sur des paramètres aussi concrets que la position d'un corps ou aussi abstraits que la phase (au sens des nombres complexes) d'une amplitude quantique. Elles sous-tendent non […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/symetries-physique/#i_357

SYNCHROTRON RAYONNEMENT

  • Écrit par 
  • Yves FARGE, 
  • Marie-Paule LEVEL, 
  • Paul MORIN, 
  • Yves PETROFF
  •  • 2 419 mots
  •  • 2 médias

Toute particule chargée soumise à une accélération émet des ondes électromagnétiques. L'émission de ce rayonnement ainsi émis s'appelle rayonnement de freinage magnétique ou, plus communément, encore, rayonnement synchrotron. Il a été observé pour la première fois en avril 1947 par Herb Pollock et Robert Langmuir sur le synchotron de 70 millions d'électronvolts qu'ils avaient construit au laborat […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/rayonnement-synchrotron/#i_357

THERMODYNAMIQUE (notions de base)

  • Écrit par 
  • Bernard DIU
  •  • 6 108 mots

De nos jours, on peut définir la thermodynamique comme la science des propriétés et des processus qui mettent en jeu la température et la chaleur. Le nom de « thermodynamique » associe les deux mots grecs thermon (chaleur) et dynamis (puissance). Le but premier de la discipline, explicitement formulé d'emblée, était d'analyser la transformation en tra […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/thermodynamique-notions-de-base/#i_357

THERMODYNAMIQUE - Lois fondamentales

  • Écrit par 
  • Paul GLANSDORFF, 
  • Ilya PRIGOGINE
  •  • 3 735 mots
  •  • 5 médias

Le principe d'équivalence des unités de chaleur et de travail est généralement attribué au médecin allemand J. R. von Mayer , qui l'a formulé pour la première fois en 1842 dans ses Remarques sur les forces inanimées de la nature. Mais on doit aussi associer à la même découverte le nom de J. P. Joule avec, comme précurseurs, B. Thompson (comte Rumford, 1753-1814) et, semble-t […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/thermodynamique-lois-fondamentales/#i_357

UNITÉS SYSTÈMES D'

  • Écrit par 
  • Gérard FOURNET
  •  • 3 002 mots
  •  • 5 médias

Pour progresser dans la connaissance d'un phénomène quelconque, il faut essayer d'avoir un point de vue quantitatif sur les grandeurs mises en jeu : classiquement, mesurer une grandeur consiste à la comparer à une grandeur de même nature choisie comme unité. Cette opération est parfois très simple : la mesure x d'une longueur l au moyen d'une unité de […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/systemes-d-unites/#i_357

VIDE, physique

  • Écrit par 
  • Jean-Marc LÉVY-LEBLOND
  •  • 794 mots

« La nature a horreur du vide » : tel est le dogme que l'on attribue couramment à l'aristotélisme médiéval. De fait, si un vrai vide existait entre deux corps matériels, on comprend mal comment ils pourraient interagir : sauf à admettre une inacceptable action à distance sans médiation aucune, toute influence, de quelque nature qu'elle soit, devrait se propager à travers ce vide – qui cesserait ip […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/vide-physique/#i_357

ZEEMAN EFFET

  • Écrit par 
  • Jean MARGERIE
  •  • 5 760 mots
  •  • 2 médias

En 1896, le physicien néerlandais Pieter Zeeman a découvert que, lorsqu'un spectre atomique est émis par une lampe soumise à un champ magnétique suffisamment élevé, chaque raie spectrale se divise en plusieurs composantes polarisées linéairement ou circulairement. Ce phénomène s'est révélé par la suite d'une extrême généralité. On peut aujourd'hui définir l'effet Zeeman comme « l'action d'un cham […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/effet-zeeman/#i_357

Voir aussi

Pour citer l’article

Jean-Marc LÉVY-LEBLOND, « PHYSIQUE - Physique et mathématique », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 12 septembre 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/physique-physique-et-mathematique/