SYMÉTRIES, physique

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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 seulement les propriétés statiques des édifices composites, mais aussi la dynamique des interactions entre les composantes les plus fondamentales. Les variations entre différents degrés de symétrie expliquent les changements d'état de la matière. L'étude des subtiles ruptures de symétrie dues à diverses contraintes affine la compréhension de phénomènes fondamentaux. La description quantitative de ces systèmes physiques nécessite l'emploi d'outils mathématiques particuliers, issus en particulier de la théorie des groupes.

De l'observation des symétries à la théorie des groupes

Dans un article titré « Sur la symétrie des phénomènes physiques » et publié par le Journal de physique en 1894, Pierre Curie affirme que « lorsque certaines causes produisent certains effets, les éléments de symétries des causes doivent se retrouver dans les effets produits ». Si cette hypothèse raisonnable est avérée, il appartient au chercheur de mettre au jour ces éléments de symétries que l'on pourrait qualifier de fondamentales à partir de l'observation de phénomènes naturels et de l'analyse d'expériences soigneusement contrôlées. La cristallographie a certainement été le premier domaine où, bien avant la remarque de Pierre Curie, les observations macroscopiques ont conduit les physiciens à comprendre quelles symétries régnaient à l'échelle microscopique. Les travaux des précurseurs que furent par exemple Robert Hooke et Christiaan Huygens au xviie siècle amenèrent les premières classifications scientifiques des réseaux cristallins réalisés par la nature, par [...]


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

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Pour citer l’article

Bernard PIRE, « SYMÉTRIES, physique », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 24 novembre 2020. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/symetries-physique/