PHYSIQUE Les fondements et les méthodes
Si l'on en croit l'étymologie, la physique (du grec physikos) constitue la science de la Nature. C'est essentiellement l'acception que l'on adoptera dans cet article, ce qui amènera à englober dans la catégorie générale de la physique certaines disciplines qui en sont parfois distinguées pour des raisons historiques ou techniques, comme par exemple la chimie, l'astronomie et la mécanique. La distinction qui est faite habituellement entre sciences physiques et physique proprement dite ne correspond plus à l'état de nos connaissances et ne recouvre qu'une tradition académique. La principale réserve qu'il convient de formuler concerne les sciences de la vie : savoir si les caractères de la matière vivante et des êtres vivants et organisés sont réductibles à la physique et à ses lois fondamentales constitue encore l'une des questions les plus importantes de la science. Les connaissances actuelles à ce sujet, bien qu'en progrès considérable en ce qui concerne la matière vivante, soulèvent cependant encore beaucoup trop d'interrogations pour qu'on les retienne ici.
Une science exacte
La physique est l'archétype de la science exacte. Il faut voir là une hypothèse fondamentale, qui peut être énoncée de la manière suivante : les phénomènes naturels obéissent à des lois fixes. Plus précisément, il apparaît que la réalité peut être décrite, et ses processus prédits à l'aide de représentations mathématiques. De telles représentations sont constituées par un objet mathématique plus ou moins complexe qui est mis en correspondance avec la réalité. Ainsi, pour bâtir la dynamique, Newton fait correspondre le mouvement d'un mobile à une représentation analytique de sa position en fonction du tempsx(t ), et il propose des hypothèses simples sur cette fonction (continuité, dérivabilité). De même, il postule qu'il existe une cause à l'origine du mouvement, représentée par un vecteur mathématique F et appelée force. Au système réel dynamique est ainsi associé un objet mathématique relativement complexe, constitué par l'ensemble de x(t ) et de F. À l'intérieur de la représentation mathématique adéquate, les lois de la physique prennent l'aspect de relations ou d'équations qui gouvernent l'objet mathématique : ainsi, en dynamique, on posera F = mγ, où l'accélération γ est obtenue à partir de x(t ) par des dérivations. C'est l'existence de telles relations qui donne son importance à la représentation mathématique. De telles représentations font partie de la logique propre du langage, même si elles n'atteignent pas le stade de la formulation mathématique. C'est précisément cette dernière étape qui fait de la physique une science exacte, car elle est capable de prédictions et de vérifications quantitatives.
On peut se demander ce qui justifie une telle hypothèse. Il n'est pas du tout évident, a priori, qu'un domaine de la connaissance soit représentable mathématiquement d'une manière féconde. Les raisons de croire en la validité de cette adéquation entre la réalité physique et la représentation mathématique sont les suivantes :
– elle peut être vérifiée avec une précision égale à celle de nos meilleurs instruments, c'est-à-dire, fréquemment, avec des incertitudes relatives inférieures au millionième ;
– elle a été confirmée dans des millions d'expériences qui couvrent pratiquement toutes les propriétés de la matière inerte (cf. infra, pour une liste succincte de ces domaines), et aucune expérience ne semble, jusqu'à présent, l'avoir contredite ;
– les conséquences tirées de l'analyse mathématique de la représentation ont très souvent conduit à la prédiction d'effets inconnus.
En outre, au cours de l'histoire de la physique,[...]
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Écrit par
- Roland OMNÈS : professeur à l'université de Paris-Sud, Orsay, doyen de la faculté d'Orsay
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Médias
Archimède
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