Physique théorique - Définition et Explications

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 (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide...).

Elle constitue un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) d'études intermédiaire entre la physique expérimentale (La physique expérimentale a pour but d'éprouver la valeur de vérité des théories physiques. La...) et les mathématiques, et a souvent contribué au développement de l’une comme l’autre.

La physique théorique (La physique théorique est la branche de la physique qui étudie l’aspect théorique des lois...) ne doit pas être confondue avec la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) 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...) alors que d'autres ne le sont pas. Une théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) 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 (Un théorème est une proposition qui peut être mathématiquement démontrée, c'est-à-dire une...) 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...) 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 (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) de phénomènes. Le processus de test d'une théorie physique fait partie de la méthode scientifique (On appelle méthode scientifique l'ensemble des canons guidant ou devant guider le processus de...).

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...), 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 (La mécanique newtonienne est une branche de la physique. Depuis les travaux d'Albert Einstein,...) sera moins précise que la théorie de la relativité (Cet article traite de la théorie de la relativité à travers les âges. En physique, la notion de...) générale en cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système...). Chaque théorie a son propre domaine d'application (ainsi, la relativité restreinte (La relativité restreinte est la théorie formelle élaborée par Albert Einstein...) 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 (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) classique Newton (XVIIe siècle) Géométrie euclidienne (La géométrie euclidienne commence avec les Éléments d'Euclide, qui est à...) en 3D

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

Petites vitesses (<< c)

Echelles moyennes (~ 1 m)

  • Gravitation (La gravitation est le phénomène d'interaction physique qui cause l'attraction...)
  • Electromagnétisme
Relativité restreinte Einstein (1905) Espace-temps (La notion d'espace-temps a été introduite au début des années 1900 et reprise...) (Espace de Minkowski en 4D, plat) Grandes vitesses
  • Electromagnétisme
Relativité générale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale...) Einstein (1915) Géométrie non euclidienne (On nomme géométrie non euclidienne une théorie géométrique modifiant au...) en 4D Grandes échelles (cosmologie)
  • Gravitation
  • Electromagnétisme
Mécanique quantique (La mécanique quantique est la branche de la physique qui a pour but d'étudier et de...)

Théorie quantique des champs (La théorie quantique des champs (QFT, abréviation du terme anglais Quantum field theory)...)

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...)

Petites échelles

Petites vitesses

  • Interactions dérivant de champs
Électrodynamique quantique (L'électrodynamique quantique relativiste est une théorie physique ayant pour but de concilier...) 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...) électrofaible Glashow, Salam,

Weinberg (1967)

  • Electromagnétisme
  • Interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) 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...) 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...) Glashow, Georgi (1973)
  • Electromagnétisme
  • Interaction faible
  • Interaction forte
Gravitation quantique à boucles (La gravitation quantique à boucles est une tentative de créer une théorie de la gravitation...) Ashtekar (1986) Géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace...) 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...)
  • Théorie quantique des champs
  • Théorie conforme
  • Supersymétrie (Note : Pour profiter au mieux de cet article, le lecteur devrait avoir de bonnes notions sur...)
  • Géométrie différentielle (En mathématique, la géométrie différentielle est l'application des outils du...)
  • Géométrie algébrique (La géométrie algébrique est un domaine des mathématiques qui, historiquement,...)
  • Toutes échelles
  • Description perturbative
  • Les 4 interactions fondamentales
Théorie M (La théorie M est une théorie élaborée par Edward Witten qui a pour but d'unifier les cinq...) Witten (1995)
  • Quantification inconnue
  • 11 dimensions
  • Supersymétrie
Extension non-perturbative de la théorie des cordes (La théorie des cordes est l'une des voies envisagées pour régler une des questions...) (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...) une théorie qui décrit tous les phénomènes physiques.
  • Une gravité quantique (La gravité quantique est une branche de la physique théorique tentant d'unifier la...) 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...) 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 (Croisée peut désigner :) des mathématiques et de la physique a conduit le mathématicien (Un mathématicien est au sens restreint un chercheur en mathématiques, par extension toute...) français Souriau à en proposer cette définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la...) 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.
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