PHYSIQUE Les fondements et les méthodes
Les structurations
Par structuration de la physique on entend les diverses manières de distinguer, dans ce domaine très vaste, des aspects complémentaires. Il s'agit principalement de l'opposition entre les différents domaines de dimensions, allant du microscopique au macroscopique et au-delà, de l'opposition du quantique et du classique, de celle qui existe entre physique fondamentale et physique appliquée, entre théorie et expérience et, enfin, de la division en disciplines.
Le grand nombre de ces divisions est rendu nécessaire à cause de l'étendue du sujet en dépit de son unité. En effet, le sujet de la physique est pratiquement l'Univers lui-même, considéré à la fois dans sa totalité, ses parties et ses lois. L'examen de ces différentes distinctions permettra de préciser un certain nombre de points importants.
Les différents domaines de dimensions
Le domaine microscopique est celui des propriétés des atomes, des noyaux et des particules élémentaires. Le rayon typique d'un atome est de 10−10 m (soit 10−1 nm), celui d'un noyau est de 10−15 m (un fermi). C'est là le domaine d'application principal de la mécanique quantique. Pour étudier expérimentalement les propriétés de la matière à des dimensions aussi petites, il faut, à cause des relations d'incertitude de Heisenberg, mettre en jeu des impulsions, c'est-à-dire des énergies considérables. C'est la raison pour laquelle il est nécessaire d'utiliser des accélérateurs de particules très puissants.
Le domaine macroscopique désigne celui des systèmes composés d'un très grand nombre d'atomes. Il va des objets visibles au microscope jusqu'aux galaxies et même plus loin dans chaque direction. Il est décrit par les lois de la physique classique (cf. Physique quantique et physique classique).
Un domaine moins bien exploré, que l'on pourrait qualifier de mégascopique, est celui des caractères de l'Univers pris dans son ensemble. Il recouvre essentiellement le champ de la cosmologie et pose des problèmes très spéciaux quant à sa méthodologie. Le rôle de l'espace-temps courbé de la relativité générale y est fondamental.
Physique quantique et physique classique
Les principaux caractères de la mécanique quantique ont été précisés plus haut, ainsi que ceux de la physique classique, qui décrit les systèmes macroscopiques et traite de quantités continues (et non pas discrètes, ou quantiques, c'est-à-dire ne prenant que des valeurs isolées bien définies). De plus, les lois de la physique classique sont déterminées, en ce sens qu'elles n'exigent pas l'emploi de la notion de probabilité et qu'elles n'imposent pas nécessairement des incertitudes dans les mesures.
En réalité, les lois de la physique classique sont, au sens mathématique, les formes limites que prennent les lois quantiques lorsque, pour le système considéré, la constante d'action de Planck peut être assimilée à zéro.
Avec cette acception des termes, la théorie de la relativité, qu'elle soit restreinte ou générale, est tenue pour classique lorsqu'elle traite d'objets macroscopiques, ce qui est le plus souvent le cas pour la relativité générale.
Physique fondamentale et physique appliquée
On peut, de manière un peu arbitraire, distinguer le domaine de la physique fondamentale et celui de la physique appliquée comme correspondant respectivement à l'analyse de ce qui est encore inconnu et à l'utilisation pratique de ce qui est déjà connu.
Physique expérimentale et physique théorique
La distinction entre physique expérimentale et physique théorique reflète tout d'abord celle des différentes étapes de la découverte, l'expérience intervenant dans l'établissement des données et la vérification, la théorie prenant en charge la création de l'hypothèse et la déduction de ses conséquences.[...]
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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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