Qu’est-ce que la physique?

La physique est la science qui étudie la matière inerte, l’énergie et les lois fondamentales qui régissent les phénomènes naturels.

Le mot physique provient du grec physis, qui signifie « nature ».

Pourquoi les planètes tournent-elles autour du Soleil ? Comment la lumière se propage-t-elle ? Pourquoi un objet tombe-t-il lorsqu’on le lâche ? Comment fonctionnent les appareils électroniques que nous utilisons chaque jour ?

La physique cherche à répondre à ces questions et à bien d’autres. Son objectif est de comprendre les mécanismes qui gouvernent l’Univers en s’appuyant sur l’observation, l’expérimentation et les mathématiques.

Pour décrire la réalité, les physiciens utilisent des grandeurs physiques, des modèles mathématiques et des lois scientifiques capables de représenter avec précision le comportement des phénomènes naturels.

Remarque. La physique n’étudie qu’une partie du monde naturel. Les phénomènes biologiques et les transformations chimiques relèvent respectivement de la biologie et de la chimie.

Depuis le XVII^e siècle, la recherche en physique repose sur la méthode expérimentale, développée par Galilée. Cette démarche consiste à observer les phénomènes, réaliser des expériences, effectuer des mesures puis analyser les résultats afin de vérifier ou de formuler des lois scientifiques.

Histoire de la physique

L’évolution de la physique est généralement présentée à travers deux grandes périodes : la physique classique et la physique moderne.

• Physique classique
  La physique classique regroupe les théories et les lois élaborées entre le XVII^e et le XIX^e siècle. Elle explique de nombreux phénomènes liés au mouvement, aux forces, à l’énergie, à la chaleur, à la lumière et à l’électricité. Parmi ses réalisations les plus importantes figurent la mécanique de Newton, l’électromagnétisme de Maxwell, la thermodynamique et l’optique classique. On parle également de physique non relativiste, car elle décrit des situations où les vitesses restent très inférieures à celle de la lumière.
• Physique moderne
  Apparue au début du XX^e siècle, la physique moderne a profondément transformé notre vision de la nature. Elle repose principalement sur deux grandes théories : la relativité d’Einstein et la mécanique quantique, développée à partir des travaux de Max Planck et de nombreux autres chercheurs. Cette branche étudie les phénomènes qui se produisent à très grande vitesse, à l’échelle atomique et subatomique ou dans des conditions extrêmes.

Au fil du temps, la physique a connu plusieurs révolutions intellectuelles qui ont profondément modifié notre compréhension du monde.

Jusqu’à la fin du XIX^e siècle, le paradigme déterministe dominait la pensée scientifique. Selon cette conception, si l’on connaît parfaitement l’état initial d’un système, il est possible de prévoir son évolution future grâce aux lois de la nature.

Au XX^e siècle, le développement de la mécanique quantique a introduit un paradigme probabiliste. Dans ce cadre, certaines grandeurs physiques ne peuvent plus être décrites avec une certitude absolue, mais seulement à l’aide de probabilités.

Remarque. La théorie du chaos constitue également un domaine majeur de la physique contemporaine. Elle étudie des systèmes dynamiques extrêmement sensibles aux conditions initiales. Même lorsqu’ils obéissent à des lois déterministes, leur évolution peut devenir très difficile à prévoir, car de minuscules variations au départ peuvent produire des différences considérables à long terme.

La physique classique

La physique classique, également appelée physique newtonienne, étudie les phénomènes qui se produisent à des vitesses très inférieures à la vitesse de la lumière (c) : $$ v << c $$ soit encore $$ \frac{v}{c} << 1 $$

Dans cette expression, la constante c représente la vitesse de la lumière dans le vide.

$$ c \simeq 3 \cdot 10^8 \ m/s $$

Cette valeur correspond à environ 300 millions de mètres par seconde, soit près de 300 000 kilomètres par seconde.

Dans la plupart des situations de la vie courante, les vitesses observées sont très faibles par rapport à la vitesse de la lumière. Les effets relativistes sont alors négligeables et les lois de la physique classique permettent de décrire les phénomènes avec une très grande précision.

Remarque. Le symbole mathématique << signifie « très inférieur à » ou « beaucoup plus petit que ». Il ne doit pas être confondu avec le symbole classique <, qui indique simplement une relation d’ordre entre deux nombres sans préciser l’importance de l’écart qui les sépare.

Lorsqu’un phénomène vérifie cette condition, on dit qu’il se déroule dans un régime non relativiste.

Et ainsi de suite.