CONTINUITÉ ET DISCONTINUITÉ, physique

La dichotomie continu /discontinu, comme tous les couples de contraires tirés de l'expérience courante, est mise à mal par la théorie physique. La transformation d'un liquide en gaz montre déjà le caractère limité et relatif de la distinction. L'eau de la casserole que nous mettons sur le feu voit sa température augmenter régulièrement et continûment – jusqu'à ce qu'elle commence à bouillir, c'est-à-dire à se transformer en vapeur. Pendant l'ébullition, la température reste constante, fixée à la valeur de 100 ⁰C, du moins à la pression atmosphérique normale. Une fois l'eau liquide intégralement transformée en vapeur, si nous continuons à fournir de la chaleur (il faut pour cela que nous gardions le fluide dans une enceinte fermée : remplaçons donc la casserole par une chaudière), la température de la vapeur recommence à augmenter. Le passage d'une masse d'eau sous 1 atmosphère de pression, de 20 ⁰C à 300 ⁰C par exemple, présente donc un cas incontestable de transition discontinue ; la variation, au cours de cette transformation, de certaines propriétés physiques du fluide, par exemple sa densité ou sa chaleur volumique, exhibe nettement cette discontinuité. Si l'on recommence l'expérience sous une pression plus élevée, la discontinuité persiste (par exemple, l'eau bout à 180⁰ sous 10 atmosphères) – jusqu'à ce qu'elle disparaisse... En effet, au-dessus de 218,3 atmosphères, il n'existe plus de discontinuité : pas d'ébullition, pas de transition nette entre eau et vapeur. Le fluide chauffé voit sa température s'élever et sa densité décroître régulièrement, sans qu'advienne une étape où, à température constante, une phase liquide se transforme en phase gazeuse. En d'autres termes, il n'y a plus de différence qualitative entre « liquide » et « gaz ». Dans un diagramme où l'état du fluide est représenté en fonction de sa température et de sa pression, la ligne dite « courbe de vaporisation » qui caractérise la coexistence du gaz et du liquide – et qui garantit donc l'existence de ces deux phases distinctes – connaît un point d'arrêt, que l'on appelle « point critique » ; elle ne sépare donc pas le plan en deux régions distinctes. On doit bien en conclure que la distinction entre liquide et gaz n'est pas absolue, et que le caractère continu ou discontinu de la transformation entre deux états du fluide est contingent. Ce caractère dépend de l'évolution qui mène d'un état à l'autre, et plus précisément du trajet parcouru dans le diagramme pression-température : lorsque ce trajet coupe la courbe de vaporisation, il y a transition franche, discontinue ; si ce trajet passe au-dessus du point critique, la transformation est graduelle et continue. La situation est fort différente de celle qui met en scène la transformation d'un solide en liquide (fusion), qui, elle, est absolument discontinue et ne connaît pas de point d'arrêt.

L'hypothèse atomique

Si l'on s'intéresse maintenant, non plus aux propriétés des choses, mais à leur nature même, les apparences sensibles nous contraignent, dirait-on, à accepter d'emblée la dualité du continu et du discontinu. Comment percevoir le monde autrement que formé d'objets séparés et individualisés : les cailloux du chemin, les grains de blé, les étoiles du ciel, faits chacun d'une substance étendue et continue : la pierre, le froment, le feu. On soupçonne pourtant très vite que cette continuité de la matière pourrait être une pure apparence : si le grain en quantité se mesure comme un liquide, et si une foule coule comme un fleuve, ne se pourrait-il pas que les fluides apparemment les plus homogènes soient faits d'infimes éléments discontinus ? C'est l'hypothèse atomique des Anciens.[...]