Physique

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La physique est la science qui tente de comprendre, de modéliser, voire d'expliquer les phénomènes naturels de l'univers. Elle correspond à l'étude du monde qui nous entoure sous toutes ses formes, des lois de sa variation et de son évolution.

La modélisation des systèmes peut laisser de côté les processus chimiques et biologiques ou les inclure. La physique développe des représentations du monde expérimentalement vérifiables dans un domaine de définition donné. Elle produit donc plusieurs lectures du monde, chacune n'étant considérée comme précise que jusqu'à un certain point.

La physique telle que conceptualisée par Isaac Newton, aujourd’hui dénommé physique classique, butait sur l'explication de phénomènes naturels comme le rayonnement du corps noir ( catastrophe ultraviolette) ou les anomalies de l’orbite de la planète Mercure, ce qui posait un réel problème aux physiciens. Les tentatives effectuées pour comprendre et modéliser les phénomènes nouveaux auxquels on accédait à la fin du XIXe siècle révisèrent en profondeur le modèle newtonien pour donner naissance à deux nouveaux ensembles de théories physiques. Certains diront qu'il existe donc trois ensembles de théories physiques établies, chacune valide dans le domaine d’applications qui lui est propre :

  • La physique classique ( monde des milieux solides, liquides et gazeux), toujours d'actualité, c'est elle qui s’applique, par exemple, à la construction des routes, des ponts et des avions. Elle utilise les anciennes notions de temps, d'espace, de matière et d'énergie telles que définies par Isaac Newton ;
  • La physique quantique (monde microscopique des particules et des champs) qui s’applique, par exemple, à la technologie utilisée pour la production des composants électroniques (la diode à effet tunnel par exemple) ou encore aux lasers. Elle se fonde sur de nouvelles définitions de l'énergie et de la matière mais conserve les anciennes notions de temps et d'espace de la physique classique, ces deux dernières étant contredites par la relativité générale. La physique quantique n'a jamais été prise en défaut à ce jour ;
  • La relativité générale (monde macroscopique des planètes, des trous noirs et de la gravité) qui s’applique, par exemple, à la mise au point et au traitement de l'information nécessaire au fonctionnement des systèmes GPS. Elle se fonde sur de nouvelles définitions du temps et de l'espace mais conserve les anciennes notions d'énergie et de matière de la physique classique, ces deux dernières étant contredites par la physique quantique. La relativité générale n'a jamais été prise en défaut à ce jour.

D'autres estiment que chaque branche de la physique a son importance à part entière, sans forcément s'inclure dans l'un de ces ensembles. De plus, il se trouve qu'il n'y a pas de situation physique courante où ces deux dernières théories s'appliquent en même temps. La relativité s'applique au monde macroscopique et la physique quantique au monde microscopique. Le problème actuel de la recherche en physique fondamentale est donc de tenter d'unifier ces deux dernières théories (voir Gravité quantique).

Les divisions anciennes en vigueur à la fin du XIXe siècle : mécanique, calorique, acoustique, optique, électricité, magnétisme sont complétées ou remplacées par :

La physique classique est fondée sur des théories antérieures à la relativité et aux quanta. Elle s'applique lorsque :

La physique est née avec les expériences répétées de Galilée qui n'accepte, au-delà des principes et des conventions issus des schémas mathématiques, que des résultats mesurables et reproductibles par l' expérience. La méthode choisie permet de confirmer ou d'infirmer les hypothèses fondées sur une théorie donnée. Elle décrit de façon quantitative et modélise les êtres fondamentaux présents dans l'univers, cherche à décrire le mouvement par les forces qui s'y exercent et leurs effets. Elle développe des théories en utilisant l'outil des mathématiques pour décrire et prévoir l'évolution de systèmes.


Étymologie et évolution du sens

Sections transversales des premières orbitales de l' atome d'hydrogène, le code de couleurs représentant l' amplitude de probabilité de l'électron (noire : amplitude zéro, blanc : amplitude maximale).

Le terme « physique » vient du grec η φυσικη (ê physikê) adopté dans le monde gréco-romain, signifiant « connaissance de la nature ». La physika ou physica gréco-romaine est étymologiquement ce qui se rapporte à la nature ou précisément le savoir harmonieux et cyclique sur la nature dénommée φυσις. Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la nature qui se perpétue en restant essentiellement la même avec le retour des saisons ou des générations vivantes . L'ouvrage Physica d' Aristote (384-322) [1] reprend cette terminologie.

Le terme ancien est perpétué par la tradition de la philosophie antique. Selon Platon [réf. nécessaire], la physique est l'une des trois parties de l'enseignement de la philosophie, aux côtés de l' éthique et de la logique. Selon son élève Aristote, la philosophie se divise en philosophie théorétique, philosophie pratique et philosophie poétique ; la physique est une des trois parties de la philosophie théorétique, aux côtés de la mathématique et de la théologie. Aristote écrit un livre sur La Physique. Ce qui échappe à la triple catégorisation et ne peut être catalogué dans la physique est dévolu à la métaphysique, c'est-à-dire ce qui va au-delà de la physique.

Au XIIe siècle, le mot savant physique est attesté en ancien français sous la double forme fusique dès 1130 ou fisique. Il a un double sens :

  • La médecine se nomme fusique. Son praticien, un médecin ou autrefois un apothicaire, est dénommé fisicien dès 1155. En anglais le terme subsiste avec la graphie savante : a physician.
  • La fisique est aussi la connaissance des choses de la nature. Le praticien ne soigne-t-il pas avec les dons de la nature, les herbes et les plantes, les substances minérales, animales ou végétales ?

À la fin du quattrocento ou XVe siècle, il apparaît en tant qu'adjectif. Loys Garbin le cite dans son vocabulaire latin-français publié à Genève en 1487, où il désigne « ce qui se rapporte à la nature » mais le substantif s'affirme comme science des choses naturelles. L'adjectif reste d'emploi rare avant le XVIIe siècle. Le mot physique désigne alors les « connaissances concernant les causes naturelles » , son étude apporte l'expression «  philosophie naturelle » selon un corpus universitaire gardé par Isaac Newton, auteur des principes mathématiques de philosophie naturelle. C'est le sens de René Descartes et de ses élèves Jacques Rohault et Régis [2]. Elle correspond alors aux sciences naturelles ou encore à la philosophie naturelle.

Des chaires de philosophie naturelle sont établies dans certaines universités, notamment au Royaume-Uni (Oxford, Édimbourg, etc.) À Paris, on compte par exemple une chaire de philosophie naturelle au collège de Clermont, occupée notamment par Ignace-Gaston Pardies. Maxwell occupe quelque temps une semblable chaire à Édimbourg où l'enseignement reste un fourre-tout indigeste.

Au XVIIIe siècle, la physique désigne clairement en français la science expérimentale.

La signification ancienne de cette physique ne convient plus aux actuelles sciences exactes que sont la physique, la chimie et la biologie, cette dernière étant la plus tardive héritière directe des sciences naturelles [3].

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