INTERACTIONS (physique) Unification des forces
L'ambition des scientifiques a toujours été de ramener des phénomènes variés à des manifestations diverses d’un petit nombre de processus fondamentaux. En physique, cette démarche a été couronnée de spectaculaires succès : la reconnaissance du fait que quatre interactions fondamentales − la gravitation, l’électromagnétisme, les interactions nucléaires faible et forte − sont à l'origine de tous les mouvements des corps matériels, mais aussi de leurs liaisons et de leur évolution, est un des plus solides acquis de la science moderne. Enfin, certaines indications issues de la physique des particules élémentaires plaident en faveur de la pertinence d’une démarche volontariste de construction d’une théorie unificatrice à partir des concepts développés dans les années 1950-1970 pour comprendre les forces nucléaires, ce que l’on appelle la grande unification des forces. Cette approche, après un temps marqué par un optimisme sans doute exagéré, n’a cependant pas encore permis de proposer une « théorie du tout » dont les prédictions soient vérifiées expérimentalement.
L'unification newtonienne
C'est vers 1680 qu'Isaac Newton affirme que la pesanteur et le mouvement des planètes sont deux manifestations d'une unique force. Cette unification de la gravité terrestre, responsable de la pesanteur, et de la gravité céleste, responsable du mouvement des corps célestes, dépasse la simple reconnaissance que les lois de la physique s'appliquent aussi bien à notre monde sublunaire qu'au reste de l’Univers, comme Galilée l'avait démontré en expliquant la formation des ombres sur la Lune. La reconnaissance de l'attraction universelle des corps massifs et sa description en termes mathématiques par une équation permettant de calculer la force d’attraction entre deux corps (, avec m et M les masses respectives de ces corps situés à une distance Dl’un de l’autre et G la constante de gravitation) ouvrent la voie à la physique moderne. Un siècle plus tard, Joseph Louis Lagrange (1736-1813) réécrit la dynamique newtonienne en s'appuyant sur la notion de potentiel gravitationnel, c’est-à-dire l’énergie potentielle liée au champ gravitationnel. Ce cadre mathématique permettra aux physiciens du xixe siècle de décrire dans un même cadre théorique la gravitation et les multiples phénomènes liés à la propagation et aux propriétés des corps chargés électriquement et des rayonnements.
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Écrit par
- Bernard PIRE : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau
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