CONSTANTE, physique

La physique est riche d'un certain nombre de « constantes fondamentales » dont la valeur numérique est essentielle à ses calculs : accélération de la pesanteur, vitesse de la lumière, charge de l'électron, etc. L'existence même de telles constantes exprime la spécificité de la physique, science mathématisée qui fait un usage constitutif du nombre pour caractériser ses objets, mais aussi pour exprimer des lois, c'est-à-dire des relations stables et générales entre grandeurs. Les constantes de la physique expriment aussi bien les grandeurs caractéristiques des objets physiques fondamentaux que la généralité des lois.

Les constantes de la physique ont d'ailleurs des statuts fort différents. On peut ainsi distinguer, par ordre de généralité croissante :

– Des propriétés spécifiques d'objets singuliers, macroscopiques – comme la masse volumique de l'eau, la température de fusion du fer –, microscopiques – comme la charge du noyau de carbone –, ou mégascopiques – comme la masse du Soleil. Aussi importantes que soient ces grandeurs dans la pratique, elles n'ont pas une signification fondamentale, dans la mesure où elles résultent de la constitution interne souvent complexe de l'objet qu'elles caractérisent.

– Des caractéristiques de classes entières de phénomènes, essentiellement les constantes (dites « de couplage ») permettant d'évaluer l'intensité de certains types d'interaction, telle la valeur de la charge électrique élémentaire, qui régit toutes les interactions électromagnétiques.

– Des constantes universelles, qui gouvernent les théories physiques les plus générales, telles la constante de Planck dans le cas de la physique quantique, ou la constante d'Einstein, plus connue sous le nom de « vitesse de la lumière », pour la structure relativiste de l'espace-temps, ou, plus classiquement, la constante de Boltzmann pour la mécanique statistique. Ces constantes sont de véritables « opérateurs de synthèse conceptuelle », puisqu'elles unifient des notions jusque-là séparées : la constante de Boltzmann k synthétise température (T) et énergie (E) selon l'équivalence E = kT, la constante d'Einstein c synthétise masse (m) et énergie selon E = mc², la constante de Planck h synthétise fréquence (ν) et énergie selon E = hν. Des constantes aussi fondamentales existent dans les théories physiques classiques, où elles sont le plus souvent rendues invisibles par un choix d'unités de mesure qui les ramène à la valeur unité.

Le statut conceptuel des constantes n'est pas fixe, mais évolue au cours du temps. Ainsi, la constante d'Einstein a commencé sa carrière comme valeur de la vitesse d'un agent physique particulier (la lumière), avant de caractériser tous les phénomènes électromagnétiques, pour exprimer désormais la structure universelle de l'espace-temps. Les constantes (physiques), vues sous l'angle de leurs variantes (épistémologiques), constituent ainsi l'un des meilleurs repères de l'histoire des théories physiques.

— Jean-Marc LÉVY-LEBLOND