INTERACTIONS (physique) Unification des forces
L'unification électromagnétique
Découvrir que la foudre, l'orientation des boussoles et les lois de l'optique procèdent d'une même force fondamentale nécessitait qu'un nombre considérable d'expériences, effectuées avec des moyens techniques de plus en plus perfectionnés, dégagent les lois auxquelles ces phénomènes obéissent. Dès la fin du xviiie siècle, les expériences de Benjamin Franklin (1706-1790), de Henri Cavendish (1731-1810) et de Charles Coulomb (1736-1806) montrent l'existence d'une force électrostatique variant avec la distance, à l'instar de la force de Newton. Les physiciens du xixe siècle furent nombreux à conjuguer leurs efforts, mais c'est à Michael Faraday (1791-1867), André-Marie Ampère (1775-1836) et James Clerk Maxwell (1831-1879) que l'on attribue généralement la réalisation de cet ambitieux programme unificateur. Faraday, en particulier, expérimentateur de génie, découvre en 1831 l'induction, c'est-à-dire l'apparition d'un champ électrique au voisinage d'un champ magnétique variable, et propose de décrire l'action de l'électricité en termes d'influence plutôt que de mouvement ; le concept de champ (un objet mathématique déterminé par l’ensemble des valeurs d’une grandeur physique en tous les points de l’espace qu’il occupe), qui reprend cette intuition, allait se révéler extrêmement fécond.
Maxwell généralise et formalise ces résultats en 1872 en leur donnant une forme quasi définitive. Désormais, les phénomènes électriques et magnétiques se comprennent tous comme la propagation d'ondes se déplaçant à une vitesse dont la mesure révèle qu'elle est si proche de celle de la lumière que Maxwell en infère que les phénomènes lumineux ne sont rien d'autre que des oscillations d'un champ électromagnétique. Les équations de Maxwell réalisent ainsi l'unification de tous les phénomènes non gravitationnels connus. La découverte des ondes radio en 1888 par Heinrich Hertz (1857-1894) et l'invention par Édouard Branly (1844-1940), Nikola Tesla (1856-1943) et Guglielmo Marconi (1874-1937) de la transmission sans fil (TSF) consacrent la maîtrise humaine des phénomènes électromagnétiques et inaugurent leur utilisation dans le domaine de la communication à longue distance.
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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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