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Physique théorique
Ralph de Laer Kronig (1904-1995) professeurs de physique théorique en 1928 à l'université technique Delft, Pays Bas.
Ralph de Laer Kronig (1904-1995) professeurs de physique théorique en 1928 à l'université technique Delft, Pays Bas.

La physique théorique est la branche de la physique qui étudie l’aspect théorique des lois physiques et en développe le formalisme mathématique.

Elle constitue un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) d'études intermédiaire entre la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et...) expérimentale et les mathématiques, et a souvent contribué au développement de l’une comme l’autre.

La physique théorique ne doit pas être confondue avec la physique mathématique, cette branche des mathématiques qui se propose de rendre entièrement rigoureux les énoncés souvent vagues des théoriciens[1].

Théories et modèles

La physique théorique essaie de décrire le monde (Le mot monde peut désigner :) en réalisant des modèles de la réalité, utilisé afin de rationnaliser, d'expliquer et de prédire des phénomènes physiques à travers une « théorie physique ». Il y a en physique trois types de théories : des théories fondamentales, des théories proposées mais non validées, et des théories marginales (mauvaise traduction de « mainstream theories, proposed theories and fringe theories »).

Certaines théories physiques sont confirmées par l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) alors que d'autres ne le sont pas. Une théorie physique est un modèle d'évènements physiques et ne peut pas être prouvée à partir d'axiomes de base; en cela une théorie physique diffère d'un théorème mathématique. Les théories physiques modélisent la réalité et sont à la fois un reflet (Un reflet est, en physique, l'image virtuelle formée par la réflexion spéculaire d'un objet sur une surface. La nature spéculaire de la...) des observations, et une source de prédiction d'observations nouvelles.

Les théories physiques peuvent être acceptées lorsqu'elles permettent à la fois de faire des prédictions correctes et d'éviter de faire des prédictions erronées. Les théories physiques les plus simples sont le plus souvent préférées à celles qui sont complexes, conformément à la règle connue sous le nom de « rasoir d'Ockham ». Les théories physiques le plus susceptibles d'acception sont celles qui relient une grande quantité de phénomènes. Le processus de test d'une théorie physique fait partie de la méthode 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 les méthodes scientifiques.).

Quelques théories

Le tableau (Tableau peut avoir plusieurs sens suivant le contexte employé :) ci-dessous rassemble des théories qui n'ont pas (encore) été contredites. Les théories communément acceptées sont en vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain possède un récepteur, appelé...), les théories spéculatives sont en beige. Elles sont classées par date. Il faut bien noter que deux théories communément acceptées peuvent donner des résultats différents : par exemple, la mécanique newtonienne sera moins précise que la théorie de la relativité générale en cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.). Chaque théorie a son propre domaine d'application (ainsi, la relativité restreinte permet d'étendre ce domaine aux vitesses proches de la vitesse (On distingue :) de la lumière).

Théorie Inventeur Outils de modélisation Domaine d'application
Mécanique classique Newton (XVIIe siècle) Géométrie euclidienne en 3D

Temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.)

Petites vitesses (<< c)

Echelles moyennes (~ 1 m)

  • Gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.)
  • Electromagnétisme
Relativité restreinte Einstein (1905) Espace-temps (La notion d'espace-temps a été introduite au début des années 1900 et reprise notamment par Minkowski en 1908 dans un exposé mathématique sur la géométrie de l'espace et du temps telle...) (Espace de Minkowski en 4D, plat) Grandes vitesses
  • Electromagnétisme
Relativité générale Einstein (1915) Géométrie non euclidienne en 4D Grandes échelles (cosmologie)
  • Gravitation
  • Electromagnétisme
Mécanique quantique

Théorie quantique des champs

Born, Dirac, Heisenberg, Schrödinger,

Bohr, Pauli,etc. (1927)

Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) quantifié

Fonction d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de...)

Petites échelles

Petites vitesses

  • Interactions dérivant de champs
Électrodynamique quantique Tomonaga, Schwinger,

Feynman (1960)

Univers quantifié Petites échelles
  • Electromagnétisme
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 »...) électrofaible Glashow, Salam,

Weinberg (1967)

  • Electromagnétisme
  • 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...) faible
Modèle standard 1970 Quantification Petites échelles
  • Electromagnétisme
  • Interaction faible
  • Interaction forte
Chromodynamique quantique (La chromodynamique quantique, acronyme QCD de l'anglais Quantum ChromoDynamics, est une théorie physique qui décrit l’interaction forte, l’une des forces fondamentales. Elle fut proposée en...) Politzer, Wilczek, Gross (1973) Quantification Petites échelles
  • Interaction forte
Théorie de la 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 distingue le...) Glashow, Georgi (1973)
  • Electromagnétisme
  • Interaction faible
  • Interaction forte
Gravitation quantique à boucles Ashtekar (1986) Géométrie non euclidienne en 4D

Quantification

Petites échelles
  • Gravitation
Théories des cordes Veneziano (1968) Nambu, Nielsen, Susskind (1970)
  • Quantification
  • 10 dimensions (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...)
  • Théorie quantique des champs
  • Théorie conforme
  • Supersymétrie
  • Géométrie différentielle
  • Géométrie algébrique
  • Toutes échelles
  • Description perturbative
  • Les 4 interactions fondamentales
Théorie M Witten (1995)
  • Quantification inconnue
  • 11 dimensions
  • Supersymétrie
Extension non-perturbative de la théorie des cordes (projet)

Notons enfin qu'on appelle :

  • Une théorie du Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) une théorie qui décrit tous les phénomènes physiques.
  • Une gravité quantique une théorie qui rassemble la théorie de la relativité générale et la mécanique quantique.
  • Une théorie de jauge ( En tant qu'instrument de mesure : Une jauge est un instrument de mesure. On trouve par exemple : La jauge de contrainte, traduisant un effort mécanique en résistance...) une théorie basée sur un ou des groupes de symétries agissant en chaque point (Graphie) de l'univers séparément.

Divers

La position particulière de la physique théorique à la croisée des mathématiques et de la physique a conduit le mathématicien français Souriau à en proposer cette définition amusante :

« La physique théorique est l'alliance de la physique sans l'expérience, et des mathématiques sans la rigueur »

Bibliographie

  • Pierre Duhem ; La théorie physique - Son objet, sa structure, (2ème édition - 1914). Réédité par la Librairie philosophique J. Vrin (1981), ISBN 2-7116-0221-4.
Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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