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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 soient jetés entre la biologie et la physique : la biophysique applique les principes et les procédés de la physique à l'analyse des structures et des mécanismes de la matière vivante. Les relations entre physique et chimie sont beaucoup plus étroites et la distinction entre ces deux « sciences physiques » traitant de la matière et du rayonnement devient de plus en plus floue. Cette distinction réside plus dans les habitudes, le vocabulaire et les motivations que dans les objets et les phénomènes étudiés. Les deux principaux chapitres de la chimie inorganique (chimie physique et chimie quantique) appartiennent bien à la physique. La chimie organique, par contre, pour laquelle l'analyse et la synthèse naturelle ou artificielle des substances restent les problèmes clés, garde un peu plus de distance par rapport à la physique, et, à travers la biochimie et la biologie moléculaire, s'attache à la biologie.

Les liens entre la physique et les sciences de la Terre et de l'espace vont en se resserrant : l'astronomie a pris, depuis quelques décennies, le tournant vers l'astrophysique, et les sciences de la terre prennent de plus en plus rapidement celui qui mène à la géophysique.

Quant aux relations de la physique avec les mathématiques, elles sont privilégiées : les progrès de ces deux disciplines ont toujours marché de pair. Cette profonde intrication d'une construction de l'esprit et d'une science de la nature pose un problème philosophique qui mérite réflexion (cf. infra : C. Physique et mathématique).

Les rapports entre la physique et l'ensemble des disciplines scientifiques naturelles ne sont d'ailleurs pas seulement d'ordre conceptuel, ce sont aussi des relations nécessaires de fournisseurs à clients en techniques et appareils de mesure. En effet, toutes les méthodes de mesure ou presque sont fondées sur des principes physiques et l'affinement des appareillages et des dispositifs procède d'un effet d'entraînement réciproque : l'évolution des sciences et des techniques conduit à des exigences de plus en plus poussées sur la qualité des mesures et les découvertes de lois ou de substances encore inconnues permettent la mise au point d'appareils nouveaux. Il n'y a guère d'exemples que le gain d'un ordre de grandeur sur la précision d'une mesure ne mette en évidence un ou plusieurs phénomènes nouveaux qui conduisent à une amélioration et parfois à une remise en question des lois précédemment admises. La physique progresse grâce aux idées géniales de quelques-uns, mais grâce aussi au travail de ceux qui s'appliquent à exploiter ces idées, à les mettre en forme et à construire, sur ces bases, des appareils qui permettront de trouver les voies pour aller au-delà.

Il était naguère d'usage de diviser la physique en chapitres tels que mécanique, électricité, optique, thermodynamique, etc., cette partition correspondant à des modes d'exposé ou à des champs d'application relativement distincts. La physique moderne s'accommode beaucoup mieux de divisions fondées moins sur des critères phénoménologiques que sur des critères de structure ou d'échelle : physique des particules, physique nucléaire, physique atomique et moléculaire, physique des milieux condensés (solides et liquides), physique des plasmas, astrophysique...

C'est que la connaissance de la structure intime de la matière à l'échelle de la particule, du noyau, de l'atome, de la molécule, de la maille cristalline, est la clé de l'explication des propriétés physiques des corps, et les lois physiques macroscopiques sont, pour la plus grande part, dérivées des lois fondamentales d'interaction à l'échelle microscopique. C'est pourquoi un tel effort expérimental est actuellement consenti pour la recherche de ces structures (grands accélérateurs pour l'étude des particules et des noyaux, réacteurs à neutrons pour l'étude des structures des phases condensées, etc.).

Une autre tendance de la physique expérimentale contemporaine est celle qui conduit aux investigations sur la matière placée dans des états extrêmes : très hautes ou très basses températures, très fortes ou très faibles pressions, champs magnétiques ou électriques très élevés. La matière peut acquérir, dans ces conditions, des propriétés nouvelles, parfois inattendues et intéressantes. Les conséquences de telles recherches sont de deux ordres : d'abord la mise en évidence des phénomènes inconnus, ensuite, les phénomènes étant analysés et compris, la recherche d'autres matériaux présentant les mêmes propriétés sous des conditions plus accessibles. Le phénomène de supraconductivité constitue un exemple typique de ce type de démarche.

L'amélioration accélérée des techniques expérimentales, qui placent la matière dans ces conditions extrêmes, permet aussi de réaliser des mesures dans des temps de plus en plus courts. On sait maintenant observer des phénomènes dont la durée peut être aussi brève que 10-12 seconde. On imagine aisément le parti qui peut en être tiré pour l'analyse détaillée des mécanismes élémentaires des réactions chimiques, par exemple. À l'autre extrémité de l'échelle des temps, l'astrophysique permet de concevoir des durées de l'ordre de 1010 années.

Tendant à la mesure de l'infiniment petit en temps et en longueur (l'expérimentation nucléaire permet maintenant d'atteindre 10-14 cm) et à la conception de l'infiniment grand avec les modèles astronomiques, s'efforçant aussi de parvenir à l'appréhension de l'infiniment complexe avec la perspective d'aider à la compréhension des phénomènes de la vie, la physique bénéficie des méthodes statistiques et de l'usage des ordinateurs comme moyens de calcul ou de simulation.

Dans la mesure où la structure de la matière, en particulier de la matière condensée, est de plus en plus précisément connue, les physiciens s'intéressent aux défauts que comportent les assemblages matériels réels : l'étude des défauts dans les cristaux est un chapitre important de la physique des solides et celle des surfaces et des interfaces, qui constituent des ruptures de structures et qui sont le siège de phénomènes d'échanges et de transferts, font l'objet d'une attention d'autant plus soutenue que les applications biologiques sont proches.

Dans les exposés groupés ci-dessous, l'accent a été mis essentiellement sur les fondements, les méthodes et les techniques générales de la physique ; la plupart des sujets que l'on vient d'évoquer et qui forment les diverses branches de la physique ou se rapportent aux obj [...]

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Écrit par :

  • : professeur émérite à l'université de Paris-VI-Pierre-et-Marie-Curie, membre de l'Académie des sciences, ancien ministre

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Pour citer l’article

Hubert CURIEN, « PHYSIQUE - Vue d'ensemble », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 01 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/physique-vue-d-ensemble/