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Sections transversales des premières orbitales de l'atome d'hydrogène, le code de couleurs représentant l'amplitude de probabilité de l'électron.
Sections transversales des premières orbitales de l'atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se...) d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.), le code de couleurs représentant l'amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) de probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un évènement. En mathématiques, l'étude des probabilités...) de l'électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge électrique élémentaire de signe négatif. C'est un des composants de l'atome.).

La physique (du grec φυσικη) est étymologiquement la science de la nature. Son champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) d'application actuel est néanmoins plus restreint : la physique décrit de façon à la fois quantitative et conceptuelle les composants fondamentaux de l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.), les forces qui s'y exercent et leurs effets. Elle développe des théories en utilisant l'outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit...) des mathématiques pour décrire et prévoir l'évolution de systèmes.

La physique n'accepte comme résultat que ce qui est mesurable et reproductible par expérience. Cette méthode permet de confirmer ou d'infirmer les hypothèses fondées sur une théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une...) donnée (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.).

Théorie et expérience

Les physiciens observent, mesurent et modélisent le comportement et les interactions de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière...) à travers l'espace et le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) (définis comme " phénomènes physiques ").

Une théorie ou modèle est un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble),...) conceptuel formalisé mathématiquement, dans lequel des paramètres physiques qu'on suppose indépendants (charge, énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.), temps par exemple) sont exprimés sous forme de variables (q, E, t) et mesurés avec des unités appropriées (Coulomb, Joule, seconde). La théorie relie ces variables par une ou plusieurs équations (E = mc2 est sans doute la plus connue). Ces relations permettent de prédire de façon quantitative le résultat d'expériences.

Une expérience est un protocole matériel permettant de mesurer certains phénomènes dont la théorie donne une représentation conceptuelle. Il est illusoire d'isoler une expérience de la théorie associée. Le physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de l'univers et les forces qui les relient. Le mot...) ne mesure évidemment pas des choses au hasard ; il faut qu'il ait à l'esprit l'univers conceptuel d'une théorie. Aristote n'a jamais pensé calculer le temps que met une pierre lâchée pour atteindre le sol, simplement parce que sa conception du monde (Le mot monde peut désigner :) sublunaire n'avait rien à faire avec une telle quantification. Cette expérience a dû attendre Galilée (Galilée ou Galileo Galilei (né à Pise le 15 février 1564 et mort à Arcetri près de Florence, le 8 janvier 1642) est un physicien et astronome italien du...) pour être faite. Un autre exemple d'expérience dictée nettement par un cadre conceptuel théorique est la découverte des quarks. dans le cadre de la physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que leurs interactions. On l'appelle aussi physique des...). Le physicien des particules Murray Gell-Mann a remarqué que les particules soumises à la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale »...) forte se répartissaient suivant une structure mathématique (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide de raisonnements logiques sur des concepts tels que les nombres, les figures, les structures et les...) élégante, mais que trois positions fondamentales (au sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une...) mathématique de la théorie des représentations) de cette structure n'étaient pas réalisées. Il postula donc l'existence de particules plus fondamentales (au sens physique) que les protons et les neutrons. Des expériences permirent par la suite, en suivant cette théorie, de mettre en évidence leur existence.

Inversement, des expériences fines ou nouvelles ne coïncidant pas avec la théorie peuvent ou bien remettre en cause la théorie — comme ce fut le cas du problème du corps noir (En physique, un corps noir désigne un objet idéal dont le spectre électromagnétique ne dépend que de sa température. En pratique, un tel objet matériel n'existe pas, mais il représente un cas idéalisé...) qui provoqua l'avènement de la mécanique quantique (Fille de l'ancienne théorie des quanta, la mécanique quantique constitue le pilier d'un ensemble de théories physiques qu'on regroupe sous l'appellation générale de physique quantique. Cette dénomination s'oppose à celle...) et la disparition du vitalisme ou de l'atomisme (L'atomisme est une théorie philosophique proposant une conception d'un univers composé de matière et de vide. Selon les atomistes, les atomes composant l'univers sont tous de même substance et ne...) thermodynamique (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur et des machines thermiques ou la science des grands systèmes en équilibre. La première définition...) — ou bien pousser la théorie et le modèle à intégrer de nouveaux éléments. L'exemple de la découverte de Neptune est édifiante à ce titre. Les astronomes pouvaient faire une première expérience, celle de mesurer la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) d'Uranus. Or la théorie de Newton donnait une trajectoire différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application...) de celle constatée. Pour maintenir la théorie, Urbain Le Verrier et indépendamment John Adams postulèrent l'existence d'une nouvelle planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante...), et d'après cette hypothèse prédirent sa position, ce qui fut avéré après une seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc est une mesure d'angle...) expérience qui consista à braquer un télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la luminosité ainsi que la taille...) à l'endroit annoncé. Il est clair ici que l'interprétation de la première expérience est tributaire de la théorie, et la seconde n'aurait jamais pu avoir lieu sans cette même théorie et son calcul. Un autre exemple de ce type est l'existence du neutrino (Le neutrino est une particule élémentaire du modèle standard de la physique des particules.), qui a été supposée par Pauli pour expliquer le spectre continu de la désintégration bêta ainsi que l'apparente non-conservation du moment cinétique (Le mot cinétique fait référence à la vitesse.).

Modélisation et réel

L'histoire de la physique (L'histoire de la physique essaie de retracer l'origine et l'évolution des idées, des méthodes, des hommes et des connaissances des sciences physiques.) semble montrer qu'il est illusoire de penser que l'on finira par trouver un corpus fini d'équations qu'on ne pourra jamais contredire par expérience. Chaque théorie acceptée à une époque finit par révéler ses limites, et est intégrée dans une théorie plus large. La théorie newtonienne de la gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) est valide dans des conditions où les vitesses sont petites et que les masses (ou de façon équivalente en relativité, les énergies) mises en jeu sont faibles, mais lorsque les vitesses approchent la vitesse (On distingue :) c de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La...) ou que les masses deviennent importantes, elle doit céder la place à la relativité générale (La relativité générale est une théorie relativiste de la gravitation. Dans ce cadre, la présence d'une masse déforme localement l’espace-temps. Le physicien Thibault Damour utilise à ce sujet l'expression...). Par ailleurs, celle-ci est incompatible avec la mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui produit ou transmet...) quantique lorsque l'échelle d'étude est microscopique et dans des conditions d'énergie très grande (par exemple au moment du Big Bang (Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que l’ensemble des modèles cosmologiques qui la décrivent, sans que cela...) ou alors au voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la topologie. La topologie traite plus naturellement les notions globales comme la continuité qui s'entend ici comme la continuité en tout...) d'une singularité (D'une manière générale, le mot singularité décrit le caractère singulier de quelque chose ou de quelqu'un. En particulier, le terme est employé dans les domaines suivants :) à l'intérieur d'un trou noir) et sans doute finira par être intégrée elle aussi dans un modèle plus vaste.

La physique trouve donc sa limite et son permanent renouveau naît dans l'impossibilité évidente d'atteindre un état de connaissance parfait et sans faille du réel. De nombreux philosophes, dont Emmanuel Kant, ont mis en garde contre toute croyance que la connaissance humaine des phénomènes peut coïncider avec le réel, s'il existe. Il convient cependant de garder à l'esprit que la physique ne décrit pas le monde, que ses conclusions ne portent pas sur le monde lui même, mais sur le modèle qu'on déduit des quelques paramètres étudiés. La physique est une science exacte en ce que la base des hypothèses et paramètres considérés conduisent de façon exacte aux conclusions tirées, il n'est pas question en l'occurrence de décrire le monde de façon exacte et exhaustive.

Notons que la conception moderne de la physique, en particulier depuis la découverte de la mécanique quantique ne se donne généralement plus comme objectif ultime de déterminer les causes premières des lois physiques mais seulement d'en expliquer le comment dans une approche positiviste. On pourra aussi retenir l'idée d'Albert Einstein (Albert Einstein (né le 14 mars 1879 à Ulm, Wurtemberg, et mort le 18 avril 1955 à Princeton, New Jersey) est un physicien qui fut successivement allemand, puis apatride (1896), suisse (1901), et...) sur le travail du physicien : faire de la physique c'est comme émettre des théories sur le fonctionnement d'une horloge sans jamais pouvoir l'ouvrir.

Esthétique, simplicité et efficacité

La physique possède une dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de révolution.) esthétique. En effet, les théoriciens recherchent presque systématiquement à simplifier, unifier, symétriser les théories. Cela se fait par la réduction du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de constantes fondamentales (la constante G de la gravitation a intégré sous un même univers gravitationnel le monde sublunaire et supralunaire), par la réunion (La Réunion est une île française du sud-ouest de l'océan Indien située dans l'archipel des Mascareignes à environ 700...) de cadres conceptuels auparavant distincts (la théorie de Maxwell a unifié magnétisme (Le magnétisme est un phénomène physique, par lequel se manifestent des forces attractives ou répulsives d'un objet sur un autre, ou avec des charges...) et électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de la physique qui étudie les phénomènes électriques et leurs...), l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) électrofaible a unifié l'électrodynamique quantique (L'électrodynamique quantique relativiste est une théorie physique ayant pour but de concilier l'électromagnétisme avec la mécanique quantique en utilisant un formalisme Lagrangien relativiste.) avec l'interaction faible et ainsi de suite jusqu’à la construction du modèle standard actuel de la physique des particules). La recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) des symétries dans la théorie, outre le fait que par le théorème (Un théorème est une proposition qui peut être mathématiquement démontrée, c'est-à-dire une assertion qui peut être établie comme vraie au travers d'un raisonnement logique construit...) de Noether elles produisent spontanément des constantes du mouvement (comme l'énergie se conserve quand les équations du système sont invariantes temporellement), est un vecteur (En mathématiques, un vecteur est un élément d'un espace vectoriel, ce qui permet d'effectuer des opérations d'addition et de multiplication par un...) de beauté des équations et de motivation (La motivation est, dans un organisme vivant, la composante ou le processus qui règle son engagement dans une action ou expérience. Elle en détermine le déclenchement dans une certaine direction avec l'intensité souhaitée et en assure la...) des physiciens et depuis le XXe siècle le moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la puissance. Il effectue ce travail à partir d'une énergie (éolienne,...) principal des développements en physique théorique (La physique théorique est la branche de la physique qui étudie l’aspect théorique des lois physiques et en développe le formalisme mathématique.).

Néanmoins, des théories très complexes et peu élégantes d'un point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) mathématique peuvent être très efficaces et dominer des théories beaucoup plus simples. L'Almageste de Ptolémée, basé sur une figure géométrique (Les figures géométriques sont un mode d'expression décoratif développé par les civilisations anciennes, basé sur la répétition de figures et motifs suivant un tracé géométrique...) simple, le cercle (Un cercle est une courbe plane fermée constituée des points situés à égale distance d'un point nommé centre. La valeur de cette distance est appelée rayon du cercle. Celui-ci...), comportait un grand nombre de constantes dont dépendait la théorie, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en ayant permis avec peu d'erreur de comprendre le ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) pendant plus de mille ans. Le modèle standard décrivant les particules élémentaires comporte également une trentaine de paramètres arbitraires, et pourtant jamais aucune théorie n'a été vérifiée expérimentalement aussi précisément. Toutefois, tout le monde s'accorde chez les physiciens pour penser que cette théorie sera sublimée et intégrée un jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par...) dans une théorie plus simple et plus élégante, comme le système ptoléméen a disparu au profit de la théorie keplerienne, puis newtonienne.

Technique et physique

L'histoire de l'humanité montre que la pensée technique s'est développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des droites normales...) bien avant les théories physiques, et à plus forte raison mathématisées. La roue (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par son centre.) et le levier, le travail des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.), en particulier la métallurgie (La métallurgie est la science des matériaux qui étudie les métaux, leurs élaborations, leurs propriétés, leurs traitements. Par extension, on désigne ainsi l’industrie de la...), ont pu être réalisés sans ce qu'on appelle la physique. C'est par l'effort de rationalité des penseurs grecs puis arabes et, par la suite, le perfectionnement des mathématiques, que la physique a pu révéler sa profondeur conceptuelle. Les théories physiques ont alors souvent permis le perfectionnement d'outils et de machines, ainsi que de leur utilisation.

Il faut attendre le XIXe siècle pour que des théories donnent naissance à des techniques qui n'auraient pas pu voir le jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent...) sans elles. Le cas du Laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme anglo-américain...) est exemplaire : son invention repose fondamentalement sur la compréhension par la mécanique quantique des ondes lumineuses, de la linéarité de ses équations. On peut évidemment citer la bombe A (La bombe A, communément appelée bombe atomique, bombe à fission ou bombe nucléaire, est basée sur le principe de la fission nucléaire et utilise des éléments fissiles comme l'uranium 235 ou le...) et la bombe H (La bombe H (aussi appelée bombe à hydrogène, bombe à fusion ou bombe thermonucléaire) est une bombe nucléaire dont...) comme créations techniques dépendant entièrement de la physique de leur époque. Moins guerrier, le GPS ne fonctionne que par l'intégration de la relativité restreinte (On nomme relativité restreinte une première version de la théorie de la relativité, émise en 1905 par Albert Einstein, qui ne considérait pas la question...) et générale dans les calculs.

La physique et les autres sciences

La physique étant écrite en termes mathématiques, elle a depuis sa naissance eu des relations plus que profondes avec les mathématiques. Jusqu'au XXe siècle, les mathématiciens étaient d'ailleurs la plupart du temps physiciens (et souvent philosophes). De ce fait la physique a très souvent été la source de développements profonds en mathématiques. Par exemple, le calcul différentiel (Un différentiel est un système mécanique qui a pour fonction de distribuer une vitesse de rotation de façon adaptative aux besoins d'un ensemble mécanique.), a été inventé indépendamment par Leibniz et Newton pour comprendre la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) en général, et la gravitation universelle en ce qui concerne le second. Le développement en série de Fourier (En analyse, les séries de Fourier sont un outil fondamental dans l'étude des fonctions périodiques. C'est à partir de ce concept que s'est développé la branche des mathématiques connue sous le nom d'analyse harmonique.), qui est devenu une branche à part entière de l'analyse, a été inventé par Joseph Fourier pour comprendre la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une information), voire de...) de la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !).

Les sciences physiques sont bien sûr en relation avec d'autres sciences, en particulier la chimie, science des molécules et des composés chimiques. La chimie et la physique partagent de nombreux domaines, tels que la mécanique quantique, la thermochimie et l'électromagnétisme (L'électromagnétisme est une branche de la physique qui fournit un cadre très général d'étude des phénomènes électriques et magnétiques dans leur synthèse du champ...). Ce domaine interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.) est appelé la chimie physique (La chimie physique est l’étude des bases physiques des systèmes chimiques et des procédés. En particulier, la description énergétique des diverses transformations fait partie de la chimie physique. On y trouve des disciplines...). Toutefois, les phénomènes chimiques sont suffisamment vastes et variés pour que la chimie soit généralement considérée comme une discipline à part entière.

De nombreux autres domaines interdisciplinaires existent en physique. On peut mentionner par exemple l'astrophysique (L’astrophysique est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des propriétés des objets de l'univers (étoiles, planètes, galaxies, milieu...) à la frontière (Une frontière est une ligne imaginaire séparant deux territoires, en particulier deux États souverains. Le rôle que joue une...) avec l'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés physiques et chimiques. Elle ne...), la biophysique (La biophysique est une discipline à l'interface de la physique et la biologie où les outils d'observations des phénomènes physiques sont appliqués aux molécules d'intérêt biologique.) qui est à l'interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître de l’autre pour pouvoir fonctionner correctement.) entre la biologie et la physique statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon. D'une façon générale, c'est le résultat...) entre autres, et plus récemment les nanotechnologies.

Physique et religions

Il est arrivé dans l'Histoire que les résultats obtenus par la physique, et par certaines autres sciences également, entrent en conflit avec les religions. Celles-ci définissent en effet un ensemble de croyances qui, en général, incluent une représentation du monde, de l'univers, et de ses composants.

Le prototype de ce problème fut, au XVIIe siècle, la controverse ptoléméo-copernicienne, et la condamnation de Galilée (1633) qui entraîna un certain mouvement de rejet de la religion chrétienne (catholique) plus particulièrement, jugée " obscurantiste " par certains philosophes des Lumières. L'un des enjeux de ce problème était que certains passages de la Bible, par exemple le psaume 93 (92) sur Dieu roi de l'univers, que l'on pourrait qualifier de " cosmologiques ", étaient rédigés dans un sens géocentrique, ou à tout le moins ambigu, de sorte que, pris à la lettre, ils entraient en conflit avec les théories de la physique définies par Galilée, Kepler, Newton... Voir : Galilée, Révolution copernicienne (On désigne sous l'expression révolution copernicienne la transformation des méthodes scientifiques et des idées philosophiques qui a accompagné le...), Descartes, Purification de la mémoire).

Dans un premier temps, les scientifiques du XVIIe siècle réagirent soit en rejetant la philosophie première de la scolastique, basée sur la métaphysique d'Aristote (cas de Descartes, méditations sur la philosophie première), soit en adhérant à des mouvements dissidents du christianisme (cas de Pascal, qui donna sa caution à Port-Royal pour rédiger une traduction de la Bible en français selon des vues jansénistes). Cette version fut la seule élaborée au XVIIe siècle, et aucun théologien catholique ne fut à la hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) pour redresser la situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il inscrit un lieu dans un cadre plus général afin...) au XVIIe et au XVIIIe siècles, de sorte que cette Bible servit de référence à bon nombre d'intellectuels, dont des écrivains, jusqu'au XIXe siècle.

En réalité, l'Église (L'église peut être :), en la personne du pape Benoît XIV, autorisa la théorie de l'héliocentrisme (L'héliocentrisme est une conception du monde et de l'Univers qui place le Soleil en son centre. Malgré quelques précurseurs, comme Aristarque de Samos, on attribue en général le principe...) dès le XVIIIe siècle (en 1741 et en 1757), réhabilitant implicitement Galilée, ce qui passa relativement inaperçu dans le contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent. Le concept de contexte issu...) du siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la durée d'une génération humaine et...) des Lumières.

La situation commença à se clarifier au XIXe siècle, une fois passée la Révolution française et dès que le christianisme put se réorganiser, lorsque les chrétiens (protestants et catholiques) se rendirent compte que la controverse posait des problèmes d'exégèse (revenir aux textes d'origine en grec ou hébreu) et d'herméneutique (définir des règles d'interprétation qui ne soient pas littérales). Ceci conduisit à des encycliques sur l'étude des textes bibliques (par Léon XIII, puis Pie XII), définissant les rapports entre la science et la religion, puis à des traductions canoniques de la Bible à partir du XXe siècle (Bible de Jérusalem). Après deux siècles où il n'y eut que trois traductions de la Bible en français, le XIXe siècle fournit ainsi 19 traductions de la Bible en français, et le XXe siècle 22 traductions.

Plus qu'une réhabilitation de Galilée (que tous les papes modernes considérèrent comme un grand savant), le groupe de travail voulu par Jean-Paul II fut l'occasion de clarifier les relations réciproques entre la religion et la science. Aujourd'hui, l'Église ne se préoccupe pas des questions de structure physique de l'univers. Les questions de foi interviennent plutôt lors de l'application des théories dans la vie (La vie est le nom donné :) quotidienne.

Concernant la Genèse du monde et l'apparition de l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par...), il est aujourd'hui admis dans les milieux non fondamentalistes, tant catholiques que protestants, qu'une lecture symbolique de la Genèse s'impose. Ainsi, la Bible de Jérusalem fait remonter l'apparition de l'homme vers 100 000 av. J.C., l'homo (Homo est le genre qui réunit l'Homme moderne et les espèces apparentées. Le genre apparaît entre environ 2,5 et 2 Ma. Toutes les...) habilis serait Adam (mais le type d'homo n'a en réalité peu d'importance).

Nombreux sont les physiciens qui étaient ou bien très religieux, ou bien ordonnés eux-mêmes. Par exemple, Copernic était moine, Edme Mariotte (L’abbé Edme Mariotte est un physicien et un botaniste français, né vers 1620 à Dijon et mort le 12 mai 1684 à Paris.) était prêtre et Georges Lemaître abbé. L'explication tient sans doute au fait que les religieux étaient pendant longtemps presque les seuls lettrés.

Par ailleurs, certaines religions ont pu encourager le développement de la recherche scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et...), comme ce fut le cas de l'islam entre le IXe et le XVe siècle, qui le fit d'ailleurs pour des raisons religieuses (voir Sciences et techniques islamiques à ce sujet), en profitant très largement de l'apport des civilisations soumises par l'Islam (perse, chaldéenne, byzantine, indienne...). La civilisation occidentale et chrétienne, ayant à surmonter le choc (Dès que deux entitées interagissent de manière violente, on dit qu'il y a choc, que ce soit de civilisation ou de particules de hautes énergies.) des invasions barbares et des conquêtes musulmanes, n'emboîta le pas à l'Islam qu'à partir du Xe (timidement) et surtout du XIIe siècle (voir Science du Moyen Âge et Renaissance du XIIe siècle).

De nos jours un grand nombre de physiciens, et de scientifiques plus généralement, admettent volontiers avoir des convictions religieuses[1].

On constate que, aux États-Unis, comme en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité...), on a réalisé qu'il ne faut pas prendre au pied de la lettre les descriptions bibliques, ce qui est la position commune des catholiques et des protestants, prise depuis le XIXe siècle.[réf. nécessaire]

La recherche en physique

La culture (La Culture est une civilisation pan-galactique inventée par Iain M. Banks au travers de ses romans et nouvelles de science-fiction. Décrite avec beaucoup de précision et de détail, La Culture peut être...) de la recherche en physique présente une différence notable avec celle des autres sciences en ce qui concerne la séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque chose ou son résultat. Plus particulièrement il est employé dans plusieurs domaines :) entre théorie et expérience. Depuis le XXe siècle, la majorité des physiciens sont spécialisés soit en physique théorique, soit en physique expérimentale (La physique expérimentale a pour but d'éprouver la valeur de vérité des théories physiques. La création d'un appareillage utilisant les principes des théories physiques, revient donc à la physique expérimentale. La physique expérimentale est...). En revanche, presque tous les théoriciens renommés en chimie ou en biologie sont également des expérimentateurs.

La simulation numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition à une information dite...) occupe une place très importante dans la recherche en physique et ce depuis les débuts de l'informatique. Elle permet en effet la résolution approchée de problèmes mathématiques qui ne peuvent pas être traités analytiquement. Beaucoup de théoriciens sont aussi des numériciens.

Principales théories

Bien que la physique s'intéresse à une grande variété de systèmes, certaines théories ne peuvent être rattachées qu'à la physique dans son ensemble et non à l'un de ses domaines. Chacune de ces théories est supposée juste, dans un certain domaine de validité ou d'applicabilité. Par exemple, la théorie de la mécanique classique (ou newtonienne) décrit fidèlement le mouvement d'un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini par les...), pourvu que ses dimensions soient bien plus grandes que celles d'un atome et que sa vitesse soit bien inférieure à la vitesse de la lumière (La vitesse de la lumière (299 792 458 m/s) a été mesurée dès le XVIIe siècle par l'astronome danois Ole Christensen Rømer qui avait observé en 1676 un...) et que l'objet ne soit pas trop proche d'une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la...) importante et que celui-ci soit dépourvu de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un...). Les théories anciennes comme par exemple la mécanique newtonienne (La mécanique newtonienne est une branche de la physique. Depuis les travaux d'Albert Einstein, elle est souvent qualifiée de mécanique classique.) sont encore des sujets de recherche notamment dans l'étude des phénomènes complexes (exemple : la théorie du chaos). Elles constituent la base de toute recherche en physique et tout étudiant en physique, quelle que soit sa spécialité, est censé acquérir les bases de chacune d'entre elles.

Théorie Grands domaines Concepts
Mécanique newtonienne Cinématique (En physique, la cinématique est la discipline de la mécanique qui étudie le mouvement des corps, en faisant abstraction des causes du mouvement (celles-ci sont...), Lois du mouvement de Newton, Mécanique analytique (La mécanique classique peut être écrite (formalisée) de différentes manières. La plus courante est la formulation de Newton, qui utilise la notion de force : elle est de loin la plus simple lorsqu'il s'agit de...), Mécanique des fluides (La mécanique des fluides est la branche de la physique qui étudie les écoulements de fluides c'est-à-dire des liquides et des gaz lorsque ceux-ci subissent des forces ou des contraintes. Elle est actuellement étendue à des écoulements solides...), Mécanique du point, Mécanique du solide, Transformation de Galilée (Les transformations de Galilée désigne le groupe de transformations qui permet de lier deux systèmes de coordonnées de deux référentiels galiléens, c'est-à-dire en mouvement relatif uniforme en mécanique newtonienne.), Mécanique des milieux continus Dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de...), Espace, Temps, Référentiel, Longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de l’objet...), Vitesse, Vitesse relative, Masse, Moment cinétique, Force, Énergie, Moment angulaire (En physique, le moment angulaire ou moment cinétique est la grandeur physique qui joue un rôle analogue à la quantité de mouvement dans le cas des rotations. Comme le moment angulaire dépend du choix de l'origine (ainsi que du...), Couple, Loi de conservation (En physique, une loi de conservation (rien ne se perd, rien ne se crée) exprime qu'une propriété mesurable particulière d'un système physique isolé reste constante au cours de l'évolution de ce système. La liste...), Oscillateur harmonique (Les oscillateurs existent dans de nombreux domaines de la physique : mécanique, électricité et électronique, optique. Le modèle de base des oscillateurs est l'oscillateur harmonique : ses oscillations sont décrites...), Onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de...), Travail, Puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :), Équilibre
Électromagnétisme Électrostatique (L'électrostatique traite des charges électriques immobiles et des forces qu'elles exercent entre elles, c’est-à-dire de leurs interactions.), Électricité, Magnétisme, Équations de Maxwell (Les équations de Maxwell, aussi appelées équations de Maxwell-Lorentz, sont des lois fondamentales de la physique. Elles constituent les postulats de base de l'électromagnétisme, avec l'expression de la force...) Charge électrique (La charge électrique est une propriété fondamentale de la matière qui respecte le principe de conservation.), Courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge électrique, généralement des électrons, au sein d'un matériau conducteur. Ces déplacements...), Champ électrique (Dans le cadre de l'électromagnétisme, le champ électrique est un objet physique qui permet de définir et éventuellement de mesurer en tout point de l'espace l'influence exercée à distance par des particules...), Champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée d'une intensité et d'une direction, définie en tout...), Champ électromagnétique (Le champ électromagnétique est le concept central de l'électromagnétisme. On le conçoit souvent comme composition des deux champs vectoriels que l'on peut mesurer indépendamment : le champ électrique E et le champ magnétique B....), Onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle...) électromagnétique
Physique statistique et Thermodynamique Machine thermique (La théorie des machines thermiques s'attache à la description et à l'étude physique de certains systèmes thermodynamiques qui permettent de transformer l'énergie thermique en énergie mécanique, et...), Théorie cinétique des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à...) Constante de Boltzmann (La constante de Boltzmann k (ou kB) a été introduite par Ludwig Boltzmann lors de sa définition de l'entropie en 1873. Le système étant à l'équilibre macroscopique, mais libre d'évoluer à l'échelle...), Entropie (En thermodynamique, l'entropie est une fonction d'état introduite au milieu du XIXe siècle par Rudolf Clausius dans le cadre du second principe, d'après les travaux de Carnot[1]. Clausius a montré que le rapport Q/T (où Q est la...), Énergie libre (En thermodynamique l’énergie libre F (appelée aussi "énergie libre de Helmholtz") est une fonction d’état extensive dont la variation permet d'obtenir le travail utile susceptible d'être...), Chaleur, Fonction de partition, Température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de...), Équilibre thermodynamique
Mécanique quantique Intégrale (Une intégrale est le résultat de l'opération mathématique, effectuée sur une fonction, appelé intégration. Une intégrale est donc composée d'un intégrande (la fonction à intégrer) et d'un...) de chemin, Équation de Schrödinger (L'équation de Schrödinger, conçue par le physicien autrichien Erwin Schrödinger en 1925, est une équation fondamentale en physique quantique non-relativiste. Elle décrit l'évolution dans le...), Théorie quantique des champs (La théorie quantique des champs est l'application des concepts de la physique quantique aux champs. Issue de la mécanique quantique relativiste, dont l'interprétation comme théorie décrivant une seule...) Hamiltonien, Boson (Les bosons représentent une classe de particules qui possèdent des propriétés de symétrie particulières lors de l'échange de particules : un système de...), Fermion (Il existe deux grandes classes de particules élémentaires: les fermions et les bosons. Les fermions sont les particules à spin demi-entier (c'est-à-dire multiple de 1/2): l'électron, le muon,...), Particules identiques, Constante de Planck (En physique, la constante de Planck, notée h, est une constante utilisée pour décrire la taille des quanta. Elle joue un rôle central dans la mécanique quantique et a...), Oscillateur (En physique, un oscillateur est un système manifestant une variation périodique dans le temps (ou pseudo-périodique s'il existe une dissipation d'énergie). Les exemples les plus courants sont utilisés en mécanique classique (pendule, masse au...) harmonique (Dans plusieurs domaines, une harmonique est un élément constitutif d'un phénomène périodique ou vibratoire (par exemple en électricité : les « courants harmoniques », qui sont des perturbations du...) quantique, Fonction d'onde, Énergie de point zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr, d’abord transcrit zefiro en italien) est un symbole marquant une position vide dans l’écriture des nombres...)
Théorie de la relativité (Cet article traite de la théorie de la relativité à travers les âges. En physique, la notion de relativité date de Galilée. Les travaux d'Einstein en ont fait un important champ d'étude, tant théorique...) Relativité galiléenne, Relativité restreinte, Relativité générale Principe d'équivalence, Quadrivecteur (La théorie de la relativité (restreinte, puis générale) postulée par Einstein amène à considérer les trois coordonnées d'espace (par exemple hauteur, largeur, profondeur) et le temps comme formant un tout...), Espace-temps (La notion d'espace-temps a été introduite par Minkowski en 1908 dans un exposé mathématique sur la géométrie de l'espace et du temps telle qu'elle avait été définie par la...), Vitesse de la lumière, Vitesse relative, Invariance de Lorentz

Disciplines de la physique

La recherche en physique contemporaine est divisée en diverses disciplines qui étudient des aspects différents du monde physique.

Domaine Disciplines Principales théories Concepts
Astrophysique Cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.), Planétologie (La planétologie est la science de l'étude des planètes. La discipline recouvre de nombreuses branches de la science ; son domaine d'étude s'étend des grains...), Physique des plasmas, Astroparticules Big Bang, Inflation cosmique (L'inflation cosmique est un modèle cosmologique s'insérant dans le paradigme du Big Bang lors duquel une région de l'univers comprenant l'univers observable a...), Relativité générale, Matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre) désigne la matière apparemment indétectable, invoquée pour rendre compte d'effets inattendus, notamment au sujet des galaxies. Différentes hypothèses ont...), Rayons cosmiques Trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper (à l'exception notable de la...), Galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son...), Gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.), Onde gravitationnelle (Dans le cadre de la relativité générale les ondes gravitationnelles sont définies comme les perturbations de la métrique qui du point de vue des équations d'Einstein sont découplées des perturbations...), Planète, Système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de...), Étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la Terre.), Univers
Physique quantique Physique atomique, Physique moléculaire, Optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.), Photonique Optique quantique Diffraction (La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle qui ne leur est pas complètement transparent ; le phénomène peut être...), Onde électromagnétique, Laser, Polarisation ( la polarisation des ondes électromagnétiques ; la polarisation dûe aux moments dipolaires dans les matériaux diélectriques ; En électronique, la polarisation est le fait d'appliquer une tension pour créer du courant dans le...), Interférences
Physique des particules Accélérateur de particules (Les accélérateurs de particules sont des instruments qui utilisent des champs électriques et/ou magnétiques pour amener des particules chargées...), Physique nucléaire (La physique nucléaire est la description et l'étude du principal constituant de l'atome : le noyau atomique. On peut distinguer :) Modèle standard, Théorie de grande unification (Le concept d'unification est une notion centrale de la logique des prédicats ainsi que d'autres systèmes de logique et est sans doute ce qui...), Théorie des cordes (La théorie des cordes est l'une des voies envisagées pour régler une des questions majeures de la physique théorique : fournir une description de la gravité quantique c'est-à-dire...), Théorie M (La théorie M est une théorie élaborée par Edward Witten qui a pour but d'unifier les cinq théories des cordes.) Interaction élémentaire (Gravité, Électromagnétisme, Interaction faible, Interaction forte), Particule élémentaire (Le modèle standard de la physique, universellement admis et très précisément vérifié par l'expérience, postule que l'univers est un gigantesque jeu de construction. Chaque objet est composé...), Antiparticule (A chaque type de fermions fondamentaux correspond un type d'antiparticule. Ainsi, à l' électron est associé au positron, et les quark, à leurs antiquark. La...), Spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque particule, qui est caractéristique de la nature de la particule,...), Brisure spontanée de symétrie
Physique de la matière condensée Physique du solide, Science des matériaux (La science des matériaux regroupe les domaines qui étudient la matière qui constitue les objets. Cela va des roches (en géologie) aux métaux en passant par les...), Physique des polymères (La physique des polymères s'intéresse aux propriétés des matériaux formés de longues molécules, assemblages en chaînes de dizaines de molécules élémentaires : les polymères. Ces molécules peuvent être...), Matière molle (La matière molle rassemble des états de la matière ou des matériaux connaissant une réponse forte pour un très faible signal de commande. Par exemple, les...), Physique mésoscopique, Système désordonné, Réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit...) de neurones Supraconductivité (La supraconductivité est un phénomène survenant dans certains matériaux dits supraconducteurs. Il est caractérisé par l'absence de résistance électrique et...), Onde de Bloch (Dans le cadre du cristal parfait infini, les électrons sont soumis à un potentiel périodique ayant la symétrie de translation des atomes constituant le cristal. Les ondes de...), Gaz de fermions, Liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) de Fermi État de la matière (Bien que le concept de phase soit simple, il est difficile de le définir précisément. Une bonne définition de la phase d'un système est « une région de l'espace des paramètres thermodynamiques du...) (Solide, Liquide, Gaz, Plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées (d'ions et d'électrons). Le plasma quark-gluon est un plasma qui constituerait les grandes étoiles à...), Condensat de Bose-Einstein (Un condensat de Bose-Einstein est un état de la matière formé de bosons à une température suffisamment basse, caractérisé par une fraction macroscopique d'atomes dans l'état quantique de plus basse énergie. Ce phénomène a été prédit en 1925...), Supercritique, Superfluide), Conducteur, Magnétisme, Auto-organisation (L'auto-organisation est un phénomène de mise en ordre croissant, et allant en sens inverse de l'augmentation de l'entropie; au prix bien entendu d'une dissipation d'énergie qui servira à maintenir cette structure.)

Disciplines apparentées

De nombreux domaines de recherche combinent la physique avec d'autres disciplines.

  • Acoustique (L’acoustique est une branche de la physique dont l’objet est l’étude des sons et des ondes mécaniques. Elle fait appel aux phénomènes ondulatoires et à la mécanique vibratoire.)
  • Aérodynamique (L'aérodynamique est une branche de la dynamique des fluides qui porte sur la compréhension et l'analyse des écoulements d'air, ainsi qu'éventuellement sur leurs effets sur des éléments solides qu’ils environnent. L'aérodynamisme...)
  • Astronomie
  • Biophysique
  • Chimie physique
  • Éconophysique
  • Électronique
  • Géophysique
  • Mécanique
  • Physique informatique
  • Physique mathématique
  • Sciences des matériaux

Domaines voisins de la physique

  • Astronomie
  • Biologie
  • Chimie
  • Cosmologie
  • Géologie
  • Mathématiques
  • Médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la pratique (l'art) étudiant l'organisation du corps humain (anatomie),...)

Histoire et philosophie

  • Épistémologie
  • Histoire de la physique
  • Liste de physiciens
  • Prix Nobel de physique (Le prix Nobel de physique est une récompense gérée par la Fondation Nobel, selon les dernières volontés du testament du chimiste Alfred Nobel. Il récompense des figures...)
  • Grandes expériences de la physique

Outils et méthodes

  • Analyse dimensionnelle (L'analyse dimensionnelle est le domaine (restreint) de la physique qui concerne les unités des grandeurs. Notamment, le fait que les unités soient arbitraires fait que toute...)
  • Méthodes mathématiques en physique
  • Métrologie (La métrologie est la science de la mesure au sens le plus large.)
  • Méthode expérimentale (Une des bases de la démarche scientifique est l'expérimentation, c'est-à-dire le recueil de données sur le domaine d'étude, et la confrontation du modèle aux faits.)
  • Simulation informatique
  • Expérimentation (L'expérimentation est une méthode scientifique qui consiste à tester par des expériences répétées la validité d'une hypothèse et à obtenir des données quantitatives permettant de l'affiner. Elle est pratiquée par un ou...) assistée par ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits électroniques permettant de manipuler des données sous forme binaire,...)

Tableaux et banques de données

  • Constantes physiques
  • Conversion des unités (Cet article énumère des facteurs de conversion entre un certain nombre d'unités de mesure.)
  • Ordres de grandeur
  • Système international d'unités
  • Liste des grands nombres (En mathématiques, grand nombre n'a pas de sens bien défini.)

Notes et références

  1. voir (lien) pour un sondage ( Un sondage peut désigner une technique d'exploration locale d'un milieu particulier. Un sondage peut également être une méthode statistique d'analyse d'une population humaine ou non humaine à partir d'un échantillon...) concernant les chercheurs en sciences sociales et naturelles travaillant aux États-Unis.
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