PHYSIQUE QUANTIQUE ET DES PARTICULES

Avec la relativité et la mécanique quantique, la physique fondamentale a, au cours du xx^e siècle, enregistré des développements majeurs, allant jusqu'à influencer notre manière de concevoir la connaissance.

Dès les années 1900-1905, Poincaré et Einstein réfutaient les notions d'espace absolu et de temps newtonien universel. Et le second devait, une dizaine d'années plus tard, introduire la célèbre idée d'un espace-temps « à courbure », fondement de la cosmologie actuelle. Dans le domaine du très-petit, Planck avait avant cela, en 1900, défini sa fameuse constante, que Einstein allait utiliser pour introduire la notion de photons... et expliquer ainsi l'effet photoélectrique, par exemple. Mais une double nature – ondulatoire et corpusculaire – était par là attribuée à la lumière, première apparition de sérieux problèmes conceptuels. Louis de Broglie étendit cette dualité à la matière (1923-1924) et, sur la base de ses idées, Schrödinger construisit l'une des deux variantes (équivalentes) du formalisme aujourd'hui appelé mécanique quantique, l'autre étant édifiée – principalement par Heisenberg – à Copenhague et sous l'égide de Niels Bohr (le modèle atomique de celui-ci ayant joué un rôle de relais).

Comme la mécanique classique – qu'elle a supplantée – la mécanique quantique est une théorie-cadre, dans laquelle toutes les théories physiques de pointe (chimie théorique, physique des solides, physique nucléaire, électrodynamique quantique, etc.) trouvent leurs assises. À l'opposé de la classique, elle n'est contredite par aucun phénomène à ce jour connu. Cette très grande portée qu'est la sienne ne signifie aucunement qu'elle aurait le pouvoir de tout prédire (on prouve que, même « en droit », tel n'est pas le cas) mais montre quand même qu'il y aurait témérité à condamner la notion même d'universel.

Il est, en revanche, impossible d'interpréter cette mécanique uniquement au moyen de ce que Descartes appelait nos « idées claires et distinctes ». De fait, elle est peu descriptive et nous fournit surtout des probabilités d'observation. Mais ce caractère « instrumentaliste » n'altère pas sa valeur en tant qu'outil de découverte. Ainsi, par exemple, la notion d'antiparticule (un élément de base de notre vision actuelle des choses) provient de l'extension relativiste (due à Dirac) de la mécanique quantique.

La vérité de cette notion fut confirmée par l'expérience, et ce fut le point de départ de toute une physique des particules, développée autour des très grands accélérateurs à partir des années 1950. Les découvertes des symétries internes, de l'unité entre forces électromagnétique et faible, des bosons dits « intermédiaires », de la structure en quarks enfin comptent parmi les grands triomphes de cette discipline. À partir d'elles des idées hardies se développent, englobant la cosmogenèse et faisant appel à des théories très complexes. Mais celles-ci, comme toujours depuis trois quarts de siècle, ont la mécanique quantique pour fondement.

— Bernard d' ESPAGNAT