Histoire de la physique - History of physics

La physique est une branche de la science dont les principaux objets d'étude sont la matière et l' énergie . Les découvertes de la physique trouvent des applications dans l'ensemble des sciences naturelles et de la technologie . La physique d'aujourd'hui peut être vaguement divisée en physique classique et physique moderne .

Histoire ancienne

Des éléments de ce qui est devenu la physique ont été tirés principalement des domaines de l' astronomie , de l' optique et de la mécanique , qui ont été méthodologiquement unis par l'étude de la géométrie . Ces disciplines mathématiques ont commencé dans l' antiquité avec les Babyloniens et avec des écrivains hellénistiques tels qu'Archimède et Ptolémée . La philosophie antique , quant à elle – y compris ce qu'on appelait la « physique » 

notion grecque

Le mouvement vers une compréhension rationnelle de la nature a commencé au moins depuis la période archaïque en Grèce (650-480 avant notre ère ) avec les philosophes présocratiques . Le philosophe Thalès de Milet (VIIe et VIe siècles avant notre ère), surnommé « le père de la science » pour avoir refusé d'accepter diverses explications surnaturelles, religieuses ou mythologiques des phénomènes naturels , a proclamé que chaque événement avait une cause naturelle. Thales a également fait des progrès en 580 avant notre ère en suggérant que l'eau est l'élément de base , en expérimentant l'attraction entre les aimants et l' ambre frotté et en formulant les premières cosmologies enregistrées . Anaximandre , célèbre pour sa théorie proto- évolutive , ., une substance appelée apeiron était la pierre angulaire de toute matière. Vers 500 avant notre ère, Héraclite a proposé que la seule loi fondamentale régissant l' Univers était le principe du changement et que rien ne reste indéfiniment dans le même état. Cette observation a fait de lui l'un des premiers chercheurs en physique ancienne à aborder le rôle du temps dans l'univers, un concept clé et parfois controversé dans la physique moderne et actuelle.

Au cours de la période classique en Grèce (6e, 5e et 4e siècles avant notre ère) et à l'époque hellénistique , la philosophie naturelle s'est lentement développée en un domaine d'étude passionnant et controversé. Aristote ( grec : Ἀριστοτέλης , Aristotélēs ) (384 - 322 avant notre ère), un étudiant de Platon , a promu le concept que l'observation des phénomènes physiques pourrait finalement conduire à la découverte des lois naturelles qui les régissent. Les écrits d'Aristote couvrent la physique, la métaphysique , la poésie , le théâtre , la musique , la logique , la rhétorique , la linguistique , la politique , le gouvernement , l' éthique , la biologie et la zoologie . Il a écrit le premier ouvrage qui fait référence à cette ligne d'étude sous le nom de "Physique" - au 4ème siècle avant notre ère, Aristote a fondé le système connu sous le nom de physique aristotélicienne . Il a tenté d'expliquer des idées telles que le mouvement (et la gravité ) avec la théorie des quatre éléments . Aristote croyait que toute matière était composée d'éther, ou d'une combinaison de quatre éléments : la terre, l'eau, l'air et le feu. Selon Aristote, ces quatre éléments terrestres sont capables de s'inter-transformer et de se déplacer vers leur lieu naturel, de sorte qu'une pierre tombe vers le centre du cosmos, mais les flammes montent vers la circonférence . Finalement, la physique aristotélicienne est devenue extrêmement populaire pendant de nombreux siècles en Europe, informant les développements scientifiques et scolastiques du Moyen Âge . Il est resté le paradigme scientifique dominant en Europe jusqu'à l'époque de Galileo Galilei et Isaac Newton .

Au début de la Grèce classique, la connaissance que la Terre est sphérique (« ronde ») était courante. Vers 240 avant notre ère, à la suite d' une expérience séminale , Eratosthène (276-194 avant notre ère) a estimé avec précision sa circonférence. Contrairement aux vues géocentrique d'Aristote, Aristarque de Samos ( grec : Ἀρίσταρχος , c.310 - c.230 BCE) a présenté un argument explicite pour un modèle héliocentrique du système solaire , à savoir pour placer le Soleil , et non la Terre , au centre . Séleucos de Séleucie , adepte de la théorie héliocentrique d'Aristarque, a déclaré que la Terre tournait autour de son propre axe , qui, à son tour, tournait autour du Soleil. Bien que les arguments qu'il a utilisés aient été perdus, Plutarque a déclaré que Séleucus était le premier à prouver le système héliocentrique par le raisonnement.

Au 3ème siècle avant notre ère, le mathématicien grec Archimède de Syracuse ( grec : Ἀρχιμήδης (287-212 avant notre ère) - généralement considérés comme le plus grand mathématicien de l' antiquité et l' un des plus grands de tous les temps - ont jeté les bases de hydrostatiques , statics et calculés les mathématiques sous-jacentes du levier . Un scientifique de premier plan de l'antiquité classique, Archimède a également développé des systèmes élaborés de poulies pour déplacer de gros objets avec un minimum d'effort. La vis d'Archimède sous-tend l'hydro-ingénierie moderne, et ses machines de guerre ont aidé à retenir les armées de Rome dans la première guerre punique . Archimède a même déchiré les arguments d'Aristote et de sa métaphysique, soulignant qu'il était impossible de séparer les mathématiques et la nature et l'a prouvé en convertissant les théories mathématiques en inventions pratiques. De plus, dans son ouvrage Sur les corps flottants , vers 250 avant notre ère, Archimède a développé la loi de la flottabilité , également connue sous le nom de principe d'Archimède . En mathématiques, Archimède a utilisé la méthode de l'épuisement pour calculer l'aire sous l'arc d'une parabole avec la sommation d'une série infinie, et a donné une approximation remarquablement précise de pi . Il définit aussi la spirale qui porte son nom , des formules pour les volumes des surfaces de révolution et un ingénieux système d'expression des très grands nombres. Il a également développé les principes des états d'équilibre et des centres de gravité , des idées qui influenceront les savants bien connus, Galilée et Newton.

Hipparque (190-120 avant notre ère), en se concentrant sur l'astronomie et les mathématiques, a utilisé des techniques géométriques sophistiquées pour cartographier le mouvement des étoiles et des planètes , prédisant même les heures auxquelles les éclipses solaires se produiraient. De plus, il a ajouté des calculs de la distance du Soleil et de la Lune à la Terre, sur la base de ses améliorations aux instruments d'observation utilisés à cette époque. Un autre des plus célèbres des premiers physiciens était Ptolémée (90-168 EC), l'un des principaux esprits à l'époque de l' Empire romain . Ptolémée était l'auteur de plusieurs traités scientifiques, dont au moins trois étaient d'une importance continue pour la science islamique et européenne plus tard. Le premier est le traité astronomique maintenant connu sous le nom d' Almageste (en grec, Ἡ Μεγάλη Σύνταξις, « Le Grand Traité », à l'origine Μαθηματικὴ Σύνταξις, « Traité mathématique »). La seconde est la Géographie , qui est une discussion approfondie de la connaissance géographique du monde gréco-romain .

Une grande partie de la connaissance accumulée du monde antique a été perdue. Même des œuvres des penseurs les plus connus, peu de fragments ont survécu. Bien qu'il ait écrit au moins quatorze livres, presque rien de l'œuvre directe d' Hipparque n'a survécu. Sur les 150 ouvrages aristotéliciens réputés , seuls 30 existent, et certains d'entre eux sont "un peu plus que des notes de cours".

Inde et Chine

D'importantes traditions physiques et mathématiques existaient également dans les anciennes sciences chinoises et indiennes .

Dans la philosophie indienne , Maharishi Kanada a été le premier à développer systématiquement une théorie de l'atomisme vers 200 avant notre ère, bien que certains auteurs lui aient attribué une ère antérieure au 6ème siècle avant notre ère. Il a ensuite été élaboré par les atomistes bouddhistes Dharmakirti et Dignāga au cours du 1er millénaire de notre ère. Pakudha Kaccayana , un philosophe indien du VIe siècle avant notre ère et contemporain de Gautama Bouddha , avait également proposé des idées sur la constitution atomique du monde matériel. Ces philosophes croyaient que d'autres éléments (à l'exception de l'éther) étaient physiquement palpables et comprenaient donc de minuscules particules de matière. La dernière particule minuscule de matière qui ne pouvait pas être subdivisée davantage s'appelait Parmanu . Ces philosophes considéraient l'atome comme indestructible et donc éternel. Les bouddhistes pensaient que les atomes étaient de minuscules objets invisibles à l'œil nu qui naissent et disparaissent en un instant. L' école de philosophes Vaisheshika croyait qu'un atome était un simple point dans l' espace . Il a également été le premier à décrire les relations entre le mouvement et la force appliquée. Les théories indiennes sur l'atome sont très abstraites et empêtrées dans la philosophie car elles étaient basées sur la logique et non sur l'expérience ou l'expérimentation personnelle. En astronomie indienne , l' Aryabhatiya d' Aryabhata (499 CE) a proposé la rotation de la Terre , tandis que Nilakantha Somayaji (1444-1544) de l' école d'astronomie et de mathématiques du Kerala a proposé un modèle semi-héliocentrique ressemblant au système Tychonic .

L'étude du magnétisme dans la Chine ancienne remonte au 4ème siècle avant notre ère. (dans le livre du Diable Valley Maître ), un principal contributeur à ce domaine a été Shen Kuo (1031-1095), un grand penseur et homme d' État qui fut le premier à décrire le compas magnétique aiguille utilisée pour la navigation, ainsi que l' établissement du concept de vrai nord . En optique, Shen Kuo a développé indépendamment une camera obscura .

monde islamique

Du VIIe au XVe siècle, des progrès scientifiques ont eu lieu dans le monde musulman. De nombreux ouvrages classiques en indien , assyrien , sassanide (persan) et grec , dont les ouvrages d' Aristote , ont été traduits en arabe . Des contributions importantes ont été apportées par Ibn al-Haytham (965-1040), un scientifique arabe , considéré comme l'un des fondateurs de l' optique moderne . Ptolémée et Aristote ont théorisé que la lumière brillait de l'œil pour éclairer les objets ou que les "formes" émanaient des objets eux-mêmes, alors qu'al-Haytham (connu sous le nom latin "Alhazen") a suggéré que la lumière se rend à l'œil en rayons provenant de différents points sur un objet. Les travaux d'Ibn al-Haytham et d' Abū Rayhān Bīrūnī (973-1050), un scientifique persan, ont finalement été transmis à l'Europe occidentale où ils ont été étudiés par des universitaires tels que Roger Bacon et Witelo .

Ibn al-Haytham et Biruni étaient les premiers partisans de la méthode scientifique . Ibn al-Haytham est considéré comme le « père de la méthode scientifique moderne » en raison de son insistance sur les données expérimentales et la reproductibilité de ses résultats. La première approche méthodique des expériences au sens moderne est visible dans les travaux d'Ibn al-Haytham, qui a introduit une méthode inductive-expérimentale pour obtenir des résultats. Bīrūnī a introduit les premières méthodes scientifiques pour plusieurs domaines d' enquête différents au cours des années 1020 et 1030, y compris une première méthode expérimentale pour la mécanique . La méthodologie de Biruni ressemblait à la méthode scientifique moderne, en particulier dans son accent sur l'expérimentation répétée.

Ibn Sīnā (980-1037), connu sous le nom d'« Avicenne », était un mathématicien de Boukhara (actuel Ouzbékistan ) responsable d'importantes contributions à la physique, l'optique, la philosophie et la médecine . Il a publié sa théorie du mouvement dans Book of Healing (1020), où il a soutenu qu'une impulsion est donnée à un projectile par le lanceur, et a estimé qu'il s'agissait d'une vertu temporaire qui déclinerait même dans le vide. Il le considérait comme persistant, nécessitant des forces externes telles que la résistance de l'air pour le dissiper. Ibn Sina a fait une distinction entre « force » et « inclinaison » (appelée « mayl »), et a soutenu qu'un objet gagnait mayl lorsque l'objet est en opposition à son mouvement naturel. Il a conclu que la poursuite du mouvement est attribuée à l'inclinaison qui est transférée à l'objet, et cet objet sera en mouvement jusqu'à ce que le mayl soit dépensé. Il a également affirmé que le projectile dans le vide ne s'arrêterait pas s'il n'était pas actionné. Cette conception du mouvement est cohérente avec la première loi du mouvement de Newton , l' inertie , qui stipule qu'un objet en mouvement restera en mouvement à moins qu'il ne soit sollicité par une force externe. Cette idée qui était en désaccord avec la vue aristotélicienne a été décrite plus tard comme « impulsion » par John Buridan , qui a été influencé par le Livre de la guérison d' Ibn Sina .

Hibat Allah Abu'l-Barakat al-Baghdaadi (c. 1080-1165) a adopté et modifié la théorie d'Ibn Sina sur le mouvement des projectiles . Dans son Kitab al-Mu'tabar , Abu'l-Barakat a déclaré que le moteur donne une inclinaison violente ( mayl qasri ) sur le mouvement et que cela diminue à mesure que l'objet en mouvement s'éloigne du moteur. Il a également proposé une explication de l' accélération des chutes de corps par l'accumulation d'incréments successifs de puissance avec des incréments successifs de vitesse . Selon Shlomo Pines , la théorie du mouvement d'al-Baghdaadi était « la plus ancienne négation de la loi dynamique fondamentale d'Aristote [à savoir, qu'une force constante produit un mouvement uniforme], [et est donc une] anticipation d'une manière vague de la loi fondamentale de mécanique classique [à savoir qu'une force appliquée en continu produit une accélération]. Jean Buridan et Albert de Saxe se sont référés plus tard à Abu'l-Barakat en expliquant que l'accélération d'un corps en chute est le résultat de son impulsion croissante.

Ibn Bajjah (c. 1085-1138), connu sous le nom de " Avempace " en Europe, a proposé que pour chaque force il y ait toujours une force de réaction . Ibn Bajjah était un critique de Ptolémée et il a travaillé à la création d'une nouvelle théorie de la vitesse pour remplacer celle théorisée par Aristote. Deux futurs philosophes ont soutenu les théories créées par Avempace, connues sous le nom de dynamique Avempacean. Ces philosophes étaient Thomas d'Aquin , un prêtre catholique, et Jean Duns Scot . Galilée a ensuite adopté la formule d'Avempace « selon laquelle la vitesse d'un objet donné est la différence de la puissance motrice de cet objet et de la résistance du milieu de mouvement ».

Nasir al-Din al-Tusi (1201-1274), un astronome et mathématicien persan décédé à Bagdad a présenté le couple Tusi . Copernic s'est ensuite beaucoup inspiré du travail d'al-Din al-Tusi et de ses étudiants, mais sans le reconnaître.

L'Europe médiévale

La prise de conscience des œuvres anciennes a réintégré l'Occident à travers des traductions de l'arabe vers le latin . Leur réintroduction, combinée aux commentaires théologiques judéo-islamiques , a eu une grande influence sur les philosophes médiévaux tels que Thomas d'Aquin . Les savants européens scolastiques , qui cherchaient à concilier la philosophie des anciens philosophes classiques avec la théologie chrétienne , proclamèrent Aristote le plus grand penseur du monde antique. Dans les cas où ils ne contredisaient pas directement la Bible, la physique aristotélicienne est devenue le fondement des explications physiques des Églises européennes. La quantification est devenue un élément central de la physique médiévale.

Basée sur la physique aristotélicienne, la physique scolastique a décrit les choses comme se déplaçant selon leur nature essentielle. Les objets célestes ont été décrits comme se déplaçant en cercles, car le mouvement circulaire parfait était considéré comme une propriété innée des objets qui existaient dans le royaume non corrompu des sphères célestes . La théorie de l'impulsion , l'ancêtre des concepts d' inertie et de quantité de mouvement , a été développée dans le même sens par des philosophes médiévaux tels que John Philoponus et Jean Buridan . Les mouvements sous la sphère lunaire étaient considérés comme imparfaits, et on ne pouvait donc pas s'attendre à ce qu'ils présentent un mouvement cohérent. Un mouvement plus idéalisé dans le royaume "sublunaire" ne pouvait être réalisé que par l' artifice , et avant le 17ème siècle, beaucoup ne considéraient pas les expériences artificielles comme un moyen valable d'apprendre le monde naturel. Les explications physiques dans le royaume sublunaire tournaient autour des tendances. Les pierres contenaient l'élément terre, et les objets terrestres avaient tendance à se déplacer en ligne droite vers le centre de la terre (et l'univers dans la vision géocentrique aristotélicienne), sauf en cas d'empêchement.

Révolution scientifique

Au cours des XVIe et XVIIe siècles, une grande avancée du progrès scientifique connue sous le nom de révolution scientifique a eu lieu en Europe. L'insatisfaction vis-à-vis des approches philosophiques plus anciennes avait commencé plus tôt et avait produit d'autres changements dans la société, tels que la Réforme protestante , mais la révolution de la science a commencé lorsque les philosophes de la nature ont commencé à lancer une attaque soutenue contre le programme philosophique scolastique et ont supposé que les schémas descriptifs mathématiques adoptés à partir de des domaines tels que la mécanique et l'astronomie pourraient en fait produire des caractérisations universellement valables du mouvement et d'autres concepts.

Nicolaus Copernicus

Une percée dans l' astronomie a été faite par l' astronome polonais Nicolas Copernic (1473-1543) quand, en 1543, il a donné des arguments solides pour le modèle héliocentrique du système solaire , en apparence comme un moyen pour rendre les tables de représentation graphique mouvement planétaire plus précis et de simplifier leur production. Dans les modèles héliocentriques du système solaire, la Terre tourne autour du Soleil avec d'autres corps de la galaxie terrestre , une contradiction selon l'astronome grec-égyptien Ptolémée (IIe siècle de notre ère, voir ci-dessus), dont le système plaçait la Terre au centre du Univers et avait été accepté pendant plus de 1400 ans. L'astronome grec Aristarque de Samos (c.310 - c.230 avant notre ère) avait suggéré que la Terre tourne autour du Soleil, mais le raisonnement de Copernic a conduit à une acceptation générale durable de cette idée "révolutionnaire". Le livre de Copernic présentant la théorie ( De revolutionibus orbium coelestium , "Sur les révolutions des sphères célestes") a été publié juste avant sa mort en 1543 et, comme il est maintenant généralement considéré comme marquant le début de l'astronomie moderne, est également considéré comme marque le début de la révolution scientifique. La nouvelle perspective de Copernic, ainsi que les observations précises faites par Tycho Brahe , ont permis à l'astronome allemand Johannes Kepler (1571-1630) de formuler ses lois concernant le mouvement planétaire qui restent en usage aujourd'hui.

Galilée

Le mathématicien, astronome et physicien italien Galileo Galilei (1564-1642) était célèbre pour son soutien au copernicanisme, ses découvertes astronomiques, ses expériences empiriques et son amélioration du télescope. En tant que mathématicien, le rôle de Galilée dans la culture universitaire de son époque était subordonné aux trois grands thèmes d'étude : le droit , la médecine et la théologie (qui était étroitement liée à la philosophie). Galilée, cependant, a estimé que le contenu descriptif des disciplines techniques méritait un intérêt philosophique, en particulier parce que l'analyse mathématique des observations astronomiques - notamment, l'analyse de Copernic des mouvements relatifs du Soleil, de la Terre, de la Lune et des planètes - indiquait que les déclarations des philosophes sur la nature de l'univers pourrait se révéler erroné. Galilée a également effectué des expériences mécaniques, insistant sur le fait que le mouvement lui-même – qu'il ait été produit « naturellement » ou « artificiellement » (c'est-à-dire délibérément) – avait des caractéristiques universellement cohérentes qui pouvaient être décrites mathématiquement.

Les premières études de Galilée à l' Université de Pise étaient en médecine, mais il fut bientôt attiré par les mathématiques et la physique. À 19 ans, il a découvert (et, par la suite, vérifié ) la nature isochrone du pendule lorsque, à l'aide de son pouls, il a chronométré les oscillations d'une lampe oscillante dans la cathédrale de Pise et a constaté qu'elle restait la même pour chaque oscillation quelle que soit l' amplitude de l'oscillation . Il s'est rapidement fait connaître par son invention d'une balance hydrostatique et par son traité sur le centre de gravité des corps solides. Alors qu'il enseignait à l'Université de Pise (1589-1592), il a initié ses expériences sur les lois des corps en mouvement qui ont apporté des résultats si contradictoires avec les enseignements acceptés d'Aristote qu'un fort antagonisme a été suscité. Il a constaté que les corps ne tombent pas avec des vitesses proportionnelles à leur poids. La célèbre histoire dans laquelle Galilée aurait laissé tomber des poids de la tour penchée de Pise est apocryphe, mais il a découvert que la trajectoire d'un projectile est une parabole et est créditée de conclusions qui anticipaient les lois du mouvement de Newton (par exemple la notion de inertie ). Parmi celles-ci se trouve ce que l'on appelle maintenant la relativité galiléenne , la première déclaration formulée avec précision sur les propriétés de l'espace et du temps en dehors de la géométrie tridimensionnelle .

Galilée a été appelé le « père de l' astronomie d'observation moderne », le « père de la physique moderne », le « père de la science » et « le père de la science moderne ». Selon Stephen Hawking , "Galileo, peut-être plus que toute autre personne, était responsable de la naissance de la science moderne." Alors que l'orthodoxie religieuse décrétait une compréhension géocentrique ou tychonique du système solaire, le soutien de Galilée à l' héliocentrisme provoqua une controverse et il fut jugé par l' Inquisition . Trouvé "avec véhémence suspect d'hérésie", il a été contraint de se rétracter et a passé le reste de sa vie en résidence surveillée.

Les contributions que Galilée a apportées à l'astronomie d'observation incluent la confirmation télescopique des phases de Vénus ; sa découverte, en 1609, des quatre plus grosses lunes de Jupiter (plus tard appelées collectivement les « lunes galiléennes »); et l'observation et l'analyse des taches solaires . Galilée a également poursuivi la science appliquée et la technologie, inventant, entre autres instruments, une boussole militaire . Sa découverte des lunes joviennes fut publiée en 1610 et lui permit d'obtenir le poste de mathématicien et philosophe à la cour des Médicis . A ce titre, il devait engager des débats avec des philosophes de tradition aristotélicienne et reçu un large public pour ses propres publications telles que Discourses and Mathematical Demonstrations Concerning Two New Sciences (publié à l'étranger à la suite de son arrestation pour la publication de Dialogue Concerning the Two Chief World Systems ) et The Assayer . L'intérêt de Galilée pour l'expérimentation et la formulation de descriptions mathématiques du mouvement a fait de l'expérimentation une partie intégrante de la philosophie naturelle. Cette tradition, combinée à l'accent non mathématique sur la collection d'"histoires expérimentales" par des réformistes philosophiques tels que William Gilbert et Francis Bacon , a attiré un public important dans les années qui ont précédé et suivi la mort de Galilée, notamment Evangelista Torricelli et les participants à l' Accademia del Cimento en Italie ; Marin Mersenne et Blaise Pascal en France ; Christiaan Huygens aux Pays-Bas ; et Robert Hooke et Robert Boyle en Angleterre.

René Descartes

Le philosophe français René Descartes (1596-1650) était bien connecté et influent au sein des réseaux de philosophie expérimentale de l'époque. Descartes avait un programme plus ambitieux, cependant, qui visait à remplacer complètement la tradition philosophique scolastique. Interrogeant la réalité interprétée par les sens, Descartes a cherché à rétablir des schémas explicatifs philosophiques en réduisant tous les phénomènes perçus à être attribuables au mouvement d'une mer invisible de « corpuscules ». (Notamment, il a réservé la pensée humaine et Dieu de son plan, les tenant pour séparés de l'univers physique). En proposant ce cadre philosophique, Descartes supposait que différents types de mouvement, comme celui des planètes par rapport à celui des objets terrestres, n'étaient pas fondamentalement différents, mais étaient simplement des manifestations différentes d'une chaîne sans fin de mouvements corpusculaires obéissant à des principes universels. Ses explications des mouvements astronomiques circulaires en termes de mouvement tourbillonnaire des corpuscules dans l'espace ont été particulièrement influentes (Descartes a soutenu, en accord avec les croyances, sinon les méthodes, des scolastiques, qu'un vide ne pouvait pas exister), et son explication de gravité en termes de corpuscules poussant les objets vers le bas.

Descartes, comme Galilée, était convaincu de l'importance de l'explication mathématique, et lui et ses disciples ont été des figures clés du développement des mathématiques et de la géométrie au XVIIe siècle. Les descriptions mathématiques cartésiennes du mouvement soutenaient que toutes les formulations mathématiques devaient être justifiables en termes d'action physique directe, une position défendue par Huygens et le philosophe allemand Gottfried Leibniz , qui, tout en suivant la tradition cartésienne, a développé sa propre alternative philosophique à la scolastique, qu'il a décrit dans son ouvrage de 1714, The Monadology . Descartes a été surnommé le « père de la philosophie moderne », et une grande partie de la philosophie occidentale ultérieure est une réponse à ses écrits, qui sont étudiés de près à ce jour. En particulier, ses Méditations sur la philosophie première continuent d'être un texte standard dans la plupart des départements de philosophie des universités. L'influence de Descartes en mathématiques est également apparente ; le système de coordonnées cartésiennes - permettant aux équations algébriques d'être exprimées sous forme de formes géométriques dans un système de coordonnées à deux dimensions - a été nommé d'après lui. Il est crédité comme le père de la géométrie analytique , le pont entre l' algèbre et la géométrie , important pour la découverte du calcul et de l' analyse .

Isaac Newton

La fin du XVIIe et le début du XVIIIe siècle ont vu les réalisations du physicien et mathématicien de l'Université de Cambridge Sir Isaac Newton (1642-1727). Newton, membre de la Royal Society of England , a combiné ses propres découvertes en mécanique et en astronomie aux précédentes pour créer un système unique pour décrire le fonctionnement de l'univers. Newton a formulé trois lois du mouvement qui ont formulé la relation entre le mouvement et les objets ainsi que la loi de la gravitation universelle , cette dernière pouvant être utilisée pour expliquer le comportement non seulement des corps en chute sur la terre mais aussi des planètes et autres corps célestes. Pour arriver à ses résultats, Newton a inventé une forme d'une branche entièrement nouvelle des mathématiques : le calcul (également inventé indépendamment par Gottfried Leibniz ), qui allait devenir un outil essentiel dans une grande partie du développement ultérieur de la plupart des branches de la physique. Les découvertes de Newton ont été exposées dans son Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica ("Principes mathématiques de la philosophie naturelle"), dont la publication en 1687 a marqué le début de la période moderne de la mécanique et de l'astronomie.

Newton a pu réfuter la tradition mécanique cartésienne selon laquelle tous les mouvements doivent être expliqués par rapport à la force immédiate exercée par les corpuscules. En utilisant ses trois lois du mouvement et la loi de la gravitation universelle, Newton a supprimé l'idée que les objets suivaient des chemins déterminés par des formes naturelles et a plutôt démontré que non seulement les chemins régulièrement observés, mais tous les mouvements futurs de n'importe quel corps pouvaient être déduits mathématiquement sur la base de la connaissance de leur mouvement existant, leur masse et les forces agissant sur eux. Cependant, les mouvements célestes observés ne se conformaient pas précisément à un traitement newtonien, et Newton, qui s'intéressait aussi profondément à la théologie , imagina que Dieu intervenait pour assurer la stabilité continue du système solaire.

Les principes de Newton (mais pas ses traitements mathématiques) se sont avérés controversés avec les philosophes continentaux, qui ont trouvé son manque d' explication métaphysique pour le mouvement et la gravitation philosophiquement inacceptable. À partir de 1700 environ, une rupture amère s'est ouverte entre les traditions philosophiques continentales et britanniques, alimentées par des différends passionnés, continus et vicieusement personnels entre les adeptes de Newton et de Leibniz concernant la priorité sur les techniques analytiques du calcul , que chacun avait développées indépendamment. Initialement, les traditions cartésiennes et leibniziennes prévalaient sur le continent (conduisant à la domination de la notation de calcul leibnizienne partout sauf en Grande-Bretagne). Newton lui-même resta troublé en privé par le manque de compréhension philosophique de la gravitation tout en insistant dans ses écrits qu'aucun n'était nécessaire pour en déduire la réalité. À mesure que le XVIIIe siècle avançait, les philosophes naturels continentaux acceptaient de plus en plus la volonté des Newtoniens de renoncer aux explications métaphysiques ontologiques pour les mouvements décrits mathématiquement.

Newton a construit le premier télescope à réflexion fonctionnel et a développé une théorie de la couleur, publiée dans Opticks , basée sur l'observation qu'un prisme décompose la lumière blanche en les nombreuses couleurs formant le spectre visible . Alors que Newton expliquait que la lumière était composée de minuscules particules, une théorie rivale de la lumière qui expliquait son comportement en termes d'ondes a été présentée en 1690 par Christiaan Huygens . Cependant, la croyance en la philosophie mécaniste associée à la réputation de Newton signifiait que la théorie des ondes a été relativement peu soutenue jusqu'au 19ème siècle. Newton a également formulé une loi empirique du refroidissement , étudié la vitesse du son , étudié les séries de puissances , démontré le théorème binomial généralisé et développé une méthode pour estimer les racines d'une fonction . Son travail sur les séries infinies s'inspire des décimales de Simon Stevin . Plus important encore, Newton a montré que les mouvements des objets sur Terre et des corps célestes sont régis par le même ensemble de lois naturelles, qui n'étaient ni capricieuses ni malveillantes. En démontrant la cohérence entre les lois du mouvement planétaire de Kepler et sa propre théorie de la gravitation, Newton a également levé les derniers doutes sur l'héliocentrisme. En rassemblant toutes les idées émises lors de la révolution scientifique, Newton a effectivement établi les bases de la société moderne en mathématiques et en sciences.

Autres accomplissements

D'autres branches de la physique ont également retenu l'attention pendant la période de la révolution scientifique. William Gilbert , médecin de la cour de la reine Elizabeth I , publia un ouvrage important sur le magnétisme en 1600, décrivant comment la terre elle-même se comporte comme un aimant géant. Robert Boyle (1627-1691) a étudié le comportement des gaz enfermés dans une chambre et a formulé la loi des gaz qui porte son nom ; il a également contribué à la physiologie et à la fondation de la chimie moderne. Un autre facteur important de la révolution scientifique a été l'essor des sociétés savantes et des académies dans divers pays. Les premiers d'entre eux se sont produits en Italie et en Allemagne et ont été de courte durée. Plus influentes étaient la Royal Society of England (1660) et l' Académie des sciences de France (1666). Le premier était une institution privée à Londres et comprenait des scientifiques tels que John Wallis , William Brouncker , Thomas Sydenham , John Mayow et Christopher Wren (qui ont contribué non seulement à l'architecture mais aussi à l'astronomie et à l'anatomie) ; ce dernier, à Paris, était une institution gouvernementale et comprenait comme membre étranger le Hollandais Huygens. Au XVIIIe siècle, d'importantes académies royales sont établies à Berlin (1700) et à Saint-Pétersbourg (1724). Les sociétés et les académies ont fourni les principales opportunités de publication et de discussion des résultats scientifiques pendant et après la révolution scientifique. En 1690, James Bernoulli montra que la cycloïde est la solution au problème de la tautochrone ; et l'année suivante, en 1691, Johann Bernoulli montra qu'une chaîne librement suspendue à deux points formera une chaînette , la courbe avec le centre de gravité le plus bas possible disponible pour toute chaîne suspendue entre deux points fixes. Il montra ensuite, en 1696, que la cycloïde est la solution au problème de la brachistochrone .

Thermodynamique précoce

Un précurseur du moteur a été conçu par le scientifique allemand Otto von Guericke qui, en 1650, a conçu et construit la première pompe à vide au monde et a créé le tout premier vide au monde connu sous le nom d' expérience des hémisphères de Magdebourg . Il a été poussé à faire le vide pour réfuter la supposition de longue date d' Aristote selon laquelle «la nature a horreur du vide» . Peu de temps après, le physicien et chimiste irlandais Boyle avait appris les conceptions de Guericke et en 1656, en coordination avec le scientifique anglais Robert Hooke , a construit une pompe à air. En utilisant cette pompe, Boyle et Hooke ont remarqué la corrélation pression-volume pour un gaz : PV = k , où P est la pression , V est le volume et k est une constante : cette relation est connue sous le nom de loi de Boyle . À cette époque, l'air était supposé être un système de particules immobiles et non interprété comme un système de molécules en mouvement. Le concept de mouvement thermique est venu deux siècles plus tard. Ainsi, la publication de Boyle en 1660 parle d'un concept mécanique : le ressort pneumatique. Plus tard, après l'invention du thermomètre, la propriété température a pu être quantifiée. Cet outil a donné à Gay-Lussac l'occasion de dériver sa loi , qui a conduit peu après à la loi des gaz parfaits . Mais, déjà avant l'établissement de la loi des gaz parfaits, un associé de Boyle nommé Denis Papin a construit en 1679 un digesteur d'os, qui est un récipient fermé avec un couvercle hermétique qui confine la vapeur jusqu'à ce qu'une haute pression soit générée.

Les conceptions ultérieures ont mis en place une soupape de décharge de vapeur pour empêcher la machine d'exploser. En regardant la soupape monter et descendre rythmiquement, Papin a conçu l'idée d'un moteur à pistons et cylindres. Il n'a cependant pas donné suite à son dessein. Néanmoins, en 1697, sur la base des plans de Papin, l'ingénieur Thomas Savery construisit le premier moteur. Bien que ces premiers moteurs aient été grossiers et inefficaces, ils ont attiré l'attention des principaux scientifiques de l'époque. Par conséquent, avant 1698 et l'invention du moteur Savery , les chevaux étaient utilisés pour actionner des poulies, attachées à des seaux, qui soulevaient l'eau des mines de sel inondées en Angleterre. Dans les années qui ont suivi, d'autres variantes de moteurs à vapeur ont été construites, telles que le moteur Newcomen , et plus tard le moteur Watt . Avec le temps, ces premiers moteurs finiraient par être utilisés à la place des chevaux. Ainsi, chaque moteur a commencé à être associé à une certaine "puissance en chevaux" en fonction du nombre de chevaux qu'il avait remplacés. Le principal problème de ces premiers moteurs était qu'ils étaient lents et maladroits, convertissant moins de 2% du carburant d' entrée en travail utile. En d'autres termes, de grandes quantités de charbon (ou de bois) devaient être brûlées pour ne produire qu'une petite fraction de la production de travail. D'où le besoin d'une nouvelle science de la dynamique des moteurs .

Développements du XVIIIe siècle

Au XVIIIe siècle, la mécanique fondée par Newton a été développée par plusieurs scientifiques à mesure que de plus en plus de mathématiciens apprenaient le calcul et élaboraient sa formulation initiale. L'application de l'analyse mathématique aux problèmes de mouvement était connue sous le nom de mécanique rationnelle ou de mathématiques mixtes (et fut plus tard appelée mécanique classique ).

Mécanique

En 1714, Brook Taylor a dérivé la fréquence fondamentale d'une corde vibrante étirée en termes de tension et de masse par unité de longueur en résolvant une équation différentielle . Le mathématicien suisse Daniel Bernoulli (1700-1782) a réalisé d'importantes études mathématiques sur le comportement des gaz, anticipant la théorie cinétique des gaz développée plus d'un siècle plus tard, et a été considéré comme le premier physicien mathématicien. En 1733, Daniel Bernoulli a dérivé la fréquence fondamentale et les harmoniques d'une chaîne suspendue en résolvant une équation différentielle. En 1734, Bernoulli a résolu l'équation différentielle des vibrations d'une barre élastique fixée à une extrémité. Le traitement de Bernoulli de la dynamique des fluides et son examen de l' écoulement des fluides ont été introduits dans son ouvrage de 1738 Hydrodynamica .

La mécanique rationnelle traitait principalement du développement de traitements mathématiques élaborés des mouvements observés, en utilisant les principes newtoniens comme base, et mettait l'accent sur l'amélioration de la traçabilité des calculs complexes et le développement de moyens légitimes d'approximation analytique. Un manuel contemporain représentatif a été publié par Johann Baptiste Horvath . À la fin du siècle, les traitements analytiques étaient suffisamment rigoureux pour vérifier la stabilité du système solaire uniquement sur la base des lois de Newton sans référence à l'intervention divine, même si les traitements déterministes de systèmes aussi simples que le problème des trois corps en gravitation restaient insolubles. En 1705, Edmond Halley a prédit la périodicité de la comète de Halley , William Herschel a découvert Uranus en 1781, et Henry Cavendish a mesuré la constante gravitationnelle et déterminé la masse de la Terre en 1798. En 1783, John Michell a suggéré que certains objets pourraient être si massifs que même la lumière ne pouvait s'en échapper.

En 1739, Leonhard Euler a résolu l'équation différentielle ordinaire pour un oscillateur harmonique forcé et a remarqué le phénomène de résonance. En 1742, Colin Maclaurin découvrit ses sphéroïdes auto-gravitationnels à rotation uniforme . En 1742, Benjamin Robins publia ses New Principles in Gunnery , établissant la science de l'aérodynamique. Les travaux britanniques, menés par des mathématiciens tels que Taylor et Maclaurin, ont pris du retard sur les développements continentaux au fil du siècle. Pendant ce temps, les travaux fleurissaient dans les académies scientifiques du continent, dirigées par des mathématiciens tels que Bernoulli, Euler, Lagrange, Laplace et Legendre . En 1743, Jean le Rond d'Alembert publia son Traité de Dynamique , dans lequel il introduisit le concept de forces généralisées pour accélérer les systèmes et les systèmes avec contraintes, et appliqua la nouvelle idée de travail virtuel pour résoudre le problème dynamique, maintenant connu sous le nom de D' Le principe d'Alembert , rival de la deuxième loi du mouvement de Newton. En 1747, Pierre Louis Maupertuis appliqua les principes minimaux à la mécanique. En 1759, Euler a résolu l'équation aux dérivées partielles pour la vibration d'un tambour rectangulaire. En 1764, Euler examina l'équation différentielle partielle de la vibration d'un tambour circulaire et trouva l'une des solutions de la fonction de Bessel. En 1776, John Smeaton a publié un article sur des expériences concernant la puissance, le travail , la quantité de mouvement et l'énergie cinétique , et soutenant la conservation de l'énergie . En 1788, Joseph Louis Lagrange présente les équations du mouvement de Lagrange dans Mécanique Analytique , dans laquelle toute la mécanique s'organise autour du principe du travail virtuel. En 1789, Antoine Lavoisier énonce la loi de conservation de la masse . La mécanique rationnelle développée au XVIIIe siècle a reçu une brillante exposition à la fois dans l'ouvrage de Lagrange de 1788 et dans la Mécanique céleste (1799-1825) de Pierre-Simon Laplace .

Thermodynamique

Au cours du XVIIIe siècle, la thermodynamique s'est développée à travers les théories des "fluides impondérables" en apesanteur , tels que la chaleur ("calorique"), l' électricité et le phlogistique (qui a été rapidement renversé en tant que concept suite à l' identification par Lavoisier de l' oxygène gazeux à la fin du siècle) . En supposant que ces concepts étaient de vrais fluides, leur écoulement pouvait être tracé à travers un appareil mécanique ou des réactions chimiques. Cette tradition d'expérimentation a conduit au développement de nouveaux types d'appareils expérimentaux, tels que le Leyden Jar ; et de nouveaux types d'instruments de mesure, tels que le calorimètre , et des versions améliorées des anciens, tels que le thermomètre . Les expériences ont également produit de nouveaux concepts, tels que la notion de chaleur latente de l' expérimentateur de l' Université de Glasgow Joseph Black et la caractérisation par l' intellectuel de Philadelphie Benjamin Franklin du fluide électrique circulant entre les lieux d'excès et de déficit (un concept réinterprété plus tard en termes de positif et charges négatives ). Franklin a également montré que la foudre est de l'électricité en 1752.

La théorie acceptée de la chaleur au 18ème siècle la considérait comme une sorte de fluide, appelé calorique ; bien que cette théorie se soit révélée plus tard erronée, un certain nombre de scientifiques qui y adhèrent ont néanmoins fait d'importantes découvertes utiles dans le développement de la théorie moderne, notamment Joseph Black (1728-1799) et Henry Cavendish (1731-1810). A cette théorie calorique, qui avait été développée principalement par les chimistes, s'opposait la théorie moins acceptée datant de l'époque de Newton selon laquelle la chaleur est due aux mouvements des particules d'une substance. Cette théorie mécanique a été étayée en 1798 par les expériences de forage de canon du comte Rumford ( Benjamin Thompson ), qui a trouvé une relation directe entre la chaleur et l'énergie mécanique.

Bien qu'il ait été reconnu au début du XVIIIe siècle que trouver des théories absolues de la force électrostatique et magnétique semblables aux principes du mouvement de Newton serait une réalisation importante, aucune n'a été obtenue. Cette impossibilité n'a disparu que lentement à mesure que la pratique expérimentale s'est répandue et s'est raffinée dans les premières années du XIXe siècle dans des lieux tels que la Royal Institution nouvellement créée à Londres. Pendant ce temps, les méthodes analytiques de la mécanique rationnelle ont commencé à être appliquées aux phénomènes expérimentaux, avec le plus d'influence avec le traitement analytique du flux de chaleur du mathématicien français Joseph Fourier , tel que publié en 1822. Joseph Priestley a proposé une loi électrique de l'inverse du carré en 1767 , et Charles-Augustin de Coulomb a introduit la loi de l'inverse du carré de l' électrostatique en 1798.

À la fin du siècle, les membres de l' Académie française des sciences avaient acquis une nette domination dans le domaine. Dans le même temps, la tradition expérimentale établie par Galilée et ses disciples persistait. La Société royale et l' Académie française des sciences étaient des centres majeurs pour l'exécution et le compte rendu des travaux expérimentaux. Les expériences de mécanique, d'optique, de magnétisme , d'électricité statique , de chimie et de physiologie n'étaient pas clairement distinguées les unes des autres au cours du XVIIIe siècle, mais des différences significatives dans les schémas explicatifs et, par conséquent, la conception des expériences étaient en train d'émerger. Les expérimentateurs chimiques, par exemple, ont défié les tentatives d'imposer un schéma de forces newtoniennes abstraites aux affiliations chimiques, et se sont plutôt concentrés sur l'isolement et la classification des substances et réactions chimiques.

19ème siècle

Mécanique

En 1821, William Hamilton a commencé son analyse de la fonction caractéristique de Hamilton. En 1835, il énonça les équations canoniques du mouvement de Hamilton .

En 1813, Peter Ewart a soutenu l'idée de la conservation de l'énergie dans son article Sur la mesure de la force en mouvement . En 1829, Gaspard Coriolis introduisit les termes de travail (force multipliée par distance) et d'énergie cinétique avec le sens qu'ils ont aujourd'hui. En 1841, Julius Robert von Mayer , un scientifique amateur , écrivit un article sur la conservation de l'énergie, bien que son manque de formation académique conduise à son rejet. En 1847, Hermann von Helmholtz a formellement énoncé la loi de conservation de l'énergie.

Électromagnétisme

En 1800, Alessandro Volta inventa la pile électrique (appelée pile voltaïque ) et améliora ainsi la manière dont les courants électriques pouvaient également être étudiés. Un an plus tard, Thomas Young démontra la nature ondulatoire de la lumière, fortement soutenue expérimentalement par les travaux d' Augustin-Jean Fresnel, et le principe d'interférence. En 1820, Hans Christian Ørsted a découvert qu'un conducteur porteur de courant engendre une force magnétique qui l'entoure, et moins d'une semaine après la découverte d'Ørsted en France, André-Marie Ampère a découvert que deux courants électriques parallèles exerceraient des forces l'un sur l'autre. En 1821, Michael Faraday a construit un moteur électrique, tandis que Georg Ohm a énoncé sa loi de résistance électrique en 1826, exprimant la relation entre la tension, le courant et la résistance dans un circuit électrique.

En 1831, Faraday (et indépendamment Joseph Henry ) a découvert l'effet inverse, la production d'un potentiel ou courant électrique par magnétisme – connu sous le nom d'induction électromagnétique ; ces deux découvertes sont respectivement à la base du moteur électrique et du générateur électrique.

Lois de la thermodynamique

Au 19ème siècle, le lien entre la chaleur et l'énergie mécanique a été établi quantitativement par Julius Robert von Mayer et James Prescott Joule , qui ont mesuré l'équivalent mécanique de la chaleur dans les années 1840. En 1849, Joule a publié les résultats de sa série d'expériences (y compris l'expérience de la roue à aubes) qui montrent que la chaleur est une forme d'énergie, un fait qui a été accepté dans les années 1850. La relation entre la chaleur et l'énergie était importante pour le développement des machines à vapeur, et en 1824 les travaux expérimentaux et théoriques de Sadi Carnot ont été publiés. Carnot a capturé certaines des idées de la thermodynamique dans sa discussion sur l'efficacité d'un moteur idéalisé. Les travaux de Sadi Carnot ont fourni une base pour la formulation de la première loi de la thermodynamique - une réaffirmation de la loi de conservation de l'énergie - qui a été énoncée vers 1850 par William Thomson , plus tard connu sous le nom de Lord Kelvin, et Rudolf Clausius . Lord Kelvin, qui avait étendu le concept de zéro absolu des gaz à toutes les substances en 1848, s'est inspiré de la théorie de l'ingénierie de Lazare Carnot , Sadi Carnot et Émile Clapeyron - ainsi que de l'expérimentation de James Prescott Joule sur l'interchangeabilité de la mécanique, formes de travail chimiques, thermiques et électriques - pour formuler la première loi.

Kelvin et Clausius ont également énoncé la deuxième loi de la thermodynamique , qui a été formulée à l'origine en fonction du fait que la chaleur ne s'écoule pas spontanément d'un corps plus froid vers un corps plus chaud. D'autres formulations ont rapidement suivi (par exemple, la deuxième loi a été exposée dans l' ouvrage influent de Thomson et Peter Guthrie Tait , Treatise on Natural Philosophy ) et Kelvin en particulier a compris certaines des implications générales de la loi. La deuxième loi était l'idée que les gaz sont constitués de molécules en mouvement avait été discutée en détail par Daniel Bernoulli en 1738, mais était tombée en disgrâce, et a été reprise par Clausius en 1857. En 1850, Hippolyte Fizeau et Léon Foucault ont mesuré la vitesse de la lumière dans l'eau et constate qu'elle est plus lente que dans l'air, à l'appui du modèle ondulatoire de la lumière. En 1852, Joule et Thomson ont démontré qu'un gaz en expansion rapide refroidit, appelé plus tard effet Joule-Thomson ou effet Joule-Kelvin. Hermann von Helmholtz avance l'idée de la mort thermique de l'univers en 1854, l'année même où Clausius établit l'importance de dQ/T ( théorème de Clausius ) (bien qu'il ne nomme pas encore la quantité).

Mécanique statistique (une approche fondamentalement nouvelle de la science)

En 1859, James Clerk Maxwell découvrit la loi de distribution des vitesses moléculaires . Maxwell a montré que les champs électriques et magnétiques se propagent vers l'extérieur à partir de leur source à une vitesse égale à celle de la lumière et que la lumière est l'un des nombreux types de rayonnement électromagnétique, ne différant que par la fréquence et la longueur d'onde des autres. En 1859, Maxwell a élaboré les mathématiques de la distribution des vitesses des molécules d'un gaz. La théorie ondulatoire de la lumière était largement acceptée à l'époque des travaux de Maxwell sur le champ électromagnétique, et par la suite l'étude de la lumière et celle de l'électricité et du magnétisme étaient étroitement liées. En 1864, James Maxwell a publié ses articles sur une théorie dynamique du champ électromagnétique et a déclaré que la lumière est un phénomène électromagnétique dans la publication de 1873 du Traité de Maxwell sur l'électricité et le magnétisme . Ce travail s'est inspiré des travaux théoriques de théoriciens allemands tels que Carl Friedrich Gauss et Wilhelm Weber . L'encapsulation de la chaleur dans le mouvement des particules et l'ajout de forces électromagnétiques à la dynamique newtonienne ont établi un fondement théorique extrêmement solide pour les observations physiques.

La prédiction que la lumière représentait une transmission d' énergie sous forme d' onde à travers un « éther luminifère » , et la confirmation apparente de cette prédiction avec la détection de rayonnement électromagnétique par l' étudiant de Helmholtz Heinrich Hertz en 1888 , a été un triomphe majeur pour la théorie physique et a soulevé la possibilité que des théories encore plus fondamentales basées sur le domaine pourraient bientôt être développées. La confirmation expérimentale de la théorie de Maxwell a été fournie par Hertz, qui a généré et détecté des ondes électriques en 1886 et vérifié leurs propriétés, préfigurant en même temps leur application à la radio, à la télévision et à d'autres appareils. En 1887, Heinrich Hertz découvre l' effet photoélectrique . La recherche sur les ondes électromagnétiques a commencé peu de temps après, avec de nombreux scientifiques et inventeurs menant des expériences sur leurs propriétés. Entre le milieu et la fin des années 1890, Guglielmo Marconi a développé un système de télégraphie sans fil basé sur les ondes radio (voir invention de la radio ).

La théorie atomique de la matière avait été de nouveau proposée au début du 19ème siècle par le chimiste John Dalton et est devenue l'une des hypothèses de la théorie cinétique-moléculaire des gaz développée par Clausius et James Clerk Maxwell pour expliquer les lois de la thermodynamique.

La théorie cinétique a à son tour conduit à une approche révolutionnaire de la science, la mécanique statistique de Ludwig Boltzmann (1844-1906) et Josiah Willard Gibbs (1839-1903), qui étudie les statistiques des micro-états d'un système et utilise les statistiques pour déterminer l'état d'un système physique. En mettant en relation la vraisemblance statistique de certains états d'organisation de ces particules avec l'énergie de ces états, Clausius a réinterprété la dissipation d'énergie comme étant la tendance statistique des configurations moléculaires à passer vers des états de plus en plus probables, de plus en plus désorganisés (inventant le terme « entropie » pour décrire la désorganisation d'un État). Les interprétations statistiques versus absolues de la deuxième loi de la thermodynamique ont mis en place un conflit qui durera plusieurs décennies (produisant des arguments tels que " le démon de Maxwell "), et qui ne sera considéré comme définitivement résolu que lorsque le comportement des atomes sera fermement établi. au début du 20e siècle. En 1902, James Jeans a trouvé l'échelle de longueur requise pour que les perturbations gravitationnelles se développent dans un milieu statique presque homogène.

Autres développements

En 1822, le botaniste Robert Brown découvre le mouvement brownien : des grains de pollen dans l'eau subissent un mouvement résultant de leur bombardement par les atomes ou molécules en mouvement rapide dans le liquide.

En 1834, Carl Jacobi a découvert ses ellipsoïdes auto-gravitationnels à rotation uniforme (l' ellipsoïde de Jacobi ).

En 1834, John Russell a observé une vague d'eau solitaire non décroissante ( soliton ) dans le canal Union près d' Édimbourg et a utilisé un réservoir d'eau pour étudier la dépendance de la vitesse des vagues d'eau solitaire sur l'amplitude et la profondeur de l'eau. En 1835, Gaspard Coriolis examine théoriquement le rendement mécanique des roues hydrauliques, et en déduit l' effet Coriolis . En 1842, Christian Doppler proposa l' effet Doppler .

En 1851, Léon Foucault montra la rotation de la Terre avec un énorme pendule ( pendule de Foucault ).

Il y a eu d'importants progrès en mécanique des milieux continus dans la première moitié du siècle, à savoir la formulation de lois d'élasticité pour les solides et la découverte des équations de Navier-Stokes pour les fluides.

20e siècle : naissance de la physique moderne

A la fin du 19ème siècle, la physique avait évolué au point où la mécanique classique pouvait faire face à des problèmes très complexes impliquant des situations macroscopiques ; la thermodynamique et la théorie cinétique étaient bien établies; l'optique géométrique et physique pourrait être comprise en termes d'ondes électromagnétiques ; et les lois de conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement (et de la masse) étaient largement acceptées. Ces développements et d'autres étaient si profonds qu'il était généralement admis que toutes les lois importantes de la physique avaient été découvertes et que, désormais, la recherche s'occuperait de résoudre des problèmes mineurs et en particulier d'améliorer les méthodes et les mesures. Cependant, vers 1900, de sérieux doutes surgissent quant à l'exhaustivité des théories classiques - le triomphe des théories de Maxwell, par exemple, est compromis par des insuffisances qui commencent déjà à apparaître - et leur incapacité à expliquer certains phénomènes physiques, comme la répartition de l'énergie dans le rayonnement du corps noir et l' effet photoélectrique , tandis que certaines des formulations théoriques ont conduit à des paradoxes lorsqu'elles ont été poussées à la limite. Des physiciens éminents tels que Hendrik Lorentz , Emil Cohn , Ernst Wiechert et Wilhelm Wien pensaient qu'une certaine modification des équations de Maxwell pourrait fournir la base de toutes les lois physiques. Ces lacunes de la physique classique ne devaient jamais être résolues et de nouvelles idées étaient nécessaires. Au début du 20e siècle, une révolution majeure a secoué le monde de la physique, ce qui a conduit à une nouvelle ère, généralement appelée physique moderne .

Expériences de rayonnement

Au XIXe siècle, des expérimentateurs commencent à détecter des formes inattendues de rayonnement : Wilhelm Röntgen fait sensation avec sa découverte des rayons X en 1895 ; en 1896, Henri Becquerel découvre que certaines matières émettent des radiations d'elles-mêmes. En 1897, JJ Thomson découvrit l' électron , et de nouveaux éléments radioactifs découverts par Marie et Pierre Curie soulevèrent des questions sur l'atome prétendument indestructible et la nature de la matière. Marie et Pierre ont inventé le terme « radioactivité » pour décrire cette propriété de la matière, et ont isolé les éléments radioactifs radium et polonium . Ernest Rutherford et Frederick Soddy ont identifié deux des formes de rayonnement de Becquerel avec des électrons et l'élément hélium . Rutherford a identifié et nommé deux types de radioactivité et, en 1911, a interprété les preuves expérimentales comme montrant que l'atome est constitué d'un noyau dense chargé positivement entouré d'électrons chargés négativement. La théorie classique, cependant, prédisait que cette structure devrait être instable. La théorie classique avait également échoué à expliquer avec succès deux autres résultats expérimentaux apparus à la fin du XIXe siècle. L'une d'entre elles était la démonstration d' Albert A. Michelson et d' Edward W. Morley - connue sous le nom d' expérience Michelson-Morley - qui a montré qu'il ne semblait pas y avoir de cadre de référence préféré, au repos par rapport à l' éther luminifère hypothétique , pour décrivant les phénomènes électromagnétiques. Les études sur les radiations et la désintégration radioactive ont continué d'être un objectif prépondérant pour la recherche physique et chimique jusqu'aux années 1930, lorsque la découverte de la fission nucléaire par Lise Meitner et Otto Frisch a ouvert la voie à l'exploitation pratique de ce qu'on a appelé l'énergie « atomique ». .

La théorie de la relativité d'Albert Einstein

En 1905, un physicien allemand de 26 ans nommé Albert Einstein (alors commis aux brevets à Berne , en Suisse) a montré comment les mesures du temps et de l'espace sont affectées par le mouvement entre un observateur et ce qui est observé. La théorie radicale de la relativité d'Einstein a révolutionné la science. Bien qu'Einstein ait fait de nombreuses autres contributions importantes à la science, la théorie de la relativité représente à elle seule l'une des plus grandes réalisations intellectuelles de tous les temps. Bien que le concept de relativité n'ait pas été introduit par Einstein, sa contribution majeure a été la reconnaissance du fait que la vitesse de la lumière dans le vide est constante, c'est-à-dire la même pour tous les observateurs, et une limite physique absolue pour le mouvement. Cela n'a pas d'impact sur la vie quotidienne d'une personne puisque la plupart des objets se déplacent à des vitesses beaucoup plus lentes que la vitesse de la lumière. Pour les objets voyageant près de la vitesse de la lumière, cependant, la théorie de la relativité montre que les horloges associées à ces objets fonctionneront plus lentement et que les objets raccourcissent en longueur selon les mesures d'un observateur sur Terre. Einstein a également dérivé la célèbre équation, E = mc ² , qui exprime l' équivalence de la masse et de l'énergie .

Relativité restreinte

Einstein a soutenu que la vitesse de la lumière était une constante dans tous les référentiels inertiels et que les lois électromagnétiques devaient rester valides indépendamment du référentiel - des affirmations qui rendaient l'éther "superflu" à la théorie physique, et qui soutenaient que les observations de temps et de longueur variaient relativement à la façon dont l'observateur se déplaçait par rapport à l'objet mesuré (ce qu'on a appelé la « théorie de la relativité restreinte »). Il s'ensuit également que la masse et l'énergie sont des quantités interchangeables selon l'équation E = mc ² . Dans un autre article publié la même année, Einstein affirmait que le rayonnement électromagnétique était transmis en quantités discrètes (" quanta "), selon une constante que le physicien théoricien Max Planck avait posée en 1900 pour arriver à une théorie précise de la distribution du rayonnement du corps noir. — une hypothèse qui expliquait les étranges propriétés de l' effet photoélectrique .

La théorie de la relativité restreinte est une formulation de la relation entre les observations physiques et les concepts d'espace et de temps. La théorie est née de contradictions entre l'électromagnétisme et la mécanique newtonienne et a eu un grand impact sur ces deux domaines. La question historique originale était de savoir s'il était significatif de discuter de l'"éther" porteur d'ondes électromagnétiques et du mouvement par rapport à celui-ci et aussi si l'on pouvait détecter un tel mouvement, comme cela a été tenté sans succès dans l'expérience Michelson-Morley. Einstein a démoli ces questions et le concept d'éther dans sa théorie de la relativité restreinte. Cependant, sa formulation de base n'implique pas de théorie électromagnétique détaillée. Il naît de la question : « Qu'est-ce que le temps ? Newton, dans les Principia (1686), avait donné une réponse sans ambiguïté : « Le temps absolu, vrai et mathématique, de lui-même et de sa propre nature, coule également sans relation avec quoi que ce soit d'extérieur, et sous un autre nom est appelé durée. » Cette définition est à la base de toute la physique classique.

Einstein a eu le génie de le remettre en question et a trouvé qu'il était incomplet. Au lieu de cela, chaque "observateur" utilise nécessairement sa propre échelle de temps, et pour deux observateurs en mouvement relatif, leurs échelles de temps seront différentes. Ceci induit un effet connexe sur les mesures de position. L'espace et le temps deviennent des concepts entremêlés, fondamentalement dépendants de l'observateur. Chaque observateur préside à son propre cadre spatio-temporel ou système de coordonnées. Comme il n'y a pas de cadre de référence absolu, tous les observateurs d'événements donnés font des mesures différentes mais également valables (et conciliables). Ce qui reste absolu est énoncé dans le postulat de la relativité d'Einstein : « Les lois fondamentales de la physique sont identiques pour deux observateurs qui ont une vitesse relative constante l'un par rapport à l'autre.

La relativité restreinte a eu un effet profond sur la physique : commencée en repensant la théorie de l'électromagnétisme, elle a trouvé une nouvelle loi de symétrie de la nature, maintenant appelée symétrie de Poincaré , qui a remplacé l'ancienne symétrie galiléenne .

La relativité restreinte a exercé un autre effet durable sur la dynamique . Bien qu'initialement on lui attribue « l'unification de la masse et de l'énergie », il est devenu évident que la dynamique relativiste établissait une distinction ferme entre la masse au repos , qui est une propriété invariante (indépendante de l'observateur) d'une particule ou d'un système de particules, et l' énergie et impulsion d'un système. Les deux derniers sont conservés séparément dans toutes les situations mais non invariants vis-à-vis des différents observateurs. Le terme masse en physique des particules a subi un changement sémantique et, depuis la fin du 20e siècle, il désigne presque exclusivement la masse restante (ou invariante ) .

Relativité générale

En 1916, Einstein a pu généraliser davantage cela, pour traiter tous les états de mouvement, y compris l'accélération non uniforme, qui est devenue la théorie générale de la relativité. Dans cette théorie, Einstein a également spécifié un nouveau concept, la courbure de l'espace-temps, qui décrivait l'effet gravitationnel en chaque point de l'espace. En fait, la courbure de l'espace-temps a complètement remplacé la loi universelle de la gravitation de Newton. Selon Einstein, la force gravitationnelle au sens normal est une sorte d'illusion causée par la géométrie de l'espace. La présence d'une masse provoque une courbure de l'espace-temps au voisinage de la masse, et cette courbure dicte le chemin espace-temps que doivent suivre tous les objets en mouvement libre. Il a également été prédit à partir de cette théorie que la lumière devrait être soumise à la gravité - ce qui a été vérifié expérimentalement. Cet aspect de la relativité expliquait les phénomènes de courbure de la lumière autour du soleil, les trous noirs prédits ainsi que les propriétés du rayonnement de fond de micro-ondes cosmique – une découverte rendant des anomalies fondamentales dans l'hypothèse classique de l'état stable. Pour ses travaux sur la relativité, l'effet photoélectrique et le rayonnement du corps noir, Einstein a reçu le prix Nobel en 1921.

L'acceptation progressive des théories de la relativité d'Einstein et de la nature quantifiée de la transmission de la lumière, et du modèle de l'atome de Niels Bohr ont créé autant de problèmes qu'ils en ont résolus, conduisant à un effort à grande échelle pour rétablir la physique sur de nouveaux principes fondamentaux. En élargissant la relativité aux cas de référentiels accélérés (la " théorie générale de la relativité ") dans les années 1910, Einstein a posé une équivalence entre la force d'inertie d'accélération et la force de gravité, conduisant à la conclusion que l'espace est courbe et de taille finie, et la prédiction de phénomènes tels que la lentille gravitationnelle et la distorsion du temps dans les champs gravitationnels.

Mécanique quantique

Bien que la relativité ait résolu le conflit des phénomènes électromagnétiques démontré par Michelson et Morley, un deuxième problème théorique était l'explication de la distribution du rayonnement électromagnétique émis par un corps noir ; L'expérience a montré qu'à des longueurs d'onde plus courtes, vers l'extrémité ultraviolette du spectre, l'énergie approchait de zéro, mais la théorie classique prédisait qu'elle deviendrait infinie. Cette divergence flagrante, connue sous le nom de catastrophe ultraviolette , a été résolue par la nouvelle théorie de la mécanique quantique . La mécanique quantique est la théorie des atomes et des systèmes subatomiques. Environ les 30 premières années du 20e siècle représentent l'époque de la conception et de l'évolution de la théorie. Les idées de base de la théorie quantique ont été introduites en 1900 par Max Planck (1858-1947), qui a reçu le prix Nobel de physique en 1918 pour sa découverte de la nature quantifiée de l'énergie. La théorie quantique (qui reposait auparavant sur la « correspondance » à grande échelle entre le monde quantifié de l'atome et les continuités du monde « classique ») a été acceptée lorsque l' effet Compton a établi que la lumière transporte l'impulsion et peut disperser les particules, et lorsque Louis de Broglie a affirmé que la matière peut être considérée comme se comportant comme une onde de la même manière que les ondes électromagnétiques se comportent comme des particules ( dualité onde-particule ).

En 1905, Einstein a utilisé la théorie quantique pour expliquer l'effet photoélectrique, et en 1913 le physicien danois Niels Bohr a utilisé la même constante pour expliquer la stabilité de l'atome de Rutherford ainsi que les fréquences de la lumière émise par l'hydrogène gazeux. La théorie quantifiée de l'atome a cédé la place à une mécanique quantique à grande échelle dans les années 1920. Les nouveaux principes d'une mécanique « quantique » plutôt que « classique », formulés sous forme matricielle par Werner Heisenberg , Max Born et Pascual Jordan en 1925, étaient basés sur la relation probabiliste entre des « états » discrets et niaient la possibilité de causalité . La mécanique quantique a été largement développée par Heisenberg, Wolfgang Pauli , Paul Dirac et Erwin Schrödinger , qui ont établi une théorie équivalente basée sur les ondes en 1926 ; mais le « principe d'incertitude » de Heisenberg de 1927 (indiquant l'impossibilité de mesurer précisément et simultanément la position et la quantité de mouvement ) et « l'interprétation de Copenhague » de la mécanique quantique (du nom de la ville natale de Bohr) ont continué à nier la possibilité d'une causalité fondamentale, bien que des opposants comme Einstein affirmerait métaphoriquement que « Dieu ne joue pas aux dés avec l'univers ». La nouvelle mécanique quantique est devenue un outil indispensable dans l'investigation et l'explication des phénomènes au niveau atomique. Toujours dans les années 1920, les travaux du scientifique indien Satyendra Nath Bose sur les photons et la mécanique quantique ont jeté les bases des statistiques de Bose-Einstein , la théorie du condensat de Bose-Einstein .

Le théorème de la statistique du spin a établi que toute particule en mécanique quantique peut être soit un boson (statistiquement Bose-Einstein) soit un fermion (statistiquement Fermi-Dirac ). Il a été découvert plus tard que tous les bosons fondamentaux transmettent des forces, comme le photon qui transmet l'électromagnétisme.

Les fermions sont des particules "comme les électrons et les nucléons" et sont les constituants habituels de la matière . Les statistiques de Fermi-Dirac ont trouvé plus tard de nombreuses autres utilisations, de l'astrophysique (voir Matière dégénérée ) à la conception de semi-conducteurs .

Physique contemporaine et des particules

Théorie quantique des champs

Alors que les philosophes continuaient à débattre de la nature fondamentale de l'univers, les théories quantiques continuaient à être produites, à commencer par la formulation par Paul Dirac d'une théorie quantique relativiste en 1928. Cependant, les tentatives de quantification complète de la théorie électromagnétique ont été bloquées tout au long des années 1930 par formulations théoriques produisant des énergies infinies. Cette situation n'a pas été considérée comme suffisamment résolue avant la fin de la Seconde Guerre mondiale , lorsque Julian Schwinger , Richard Feynman et Sin-Itiro Tomonaga ont indépendamment proposé la technique de renormalisation , qui a permis l'établissement d'une électrodynamique quantique robuste (QED).

Pendant ce temps, de nouvelles théories des particules fondamentales ont proliféré avec la montée de l'idée de la quantification des champs par des « forces d'échange » régulées par un échange de particules « virtuelles » à courte durée de vie , qui ont été autorisées à exister selon les lois régissant les incertitudes inhérentes. dans le monde quantique. Notamment, Hideki Yukawa a proposé que les charges positives du noyau soient maintenues ensemble grâce à une force puissante mais à courte portée médiée par une particule avec une masse comprise entre celle de l' électron et du proton . Cette particule, le « pion », a été identifiée en 1947 comme faisant partie de ce qui est devenu une flopée de particules découvertes après la Seconde Guerre mondiale. Initialement, ces particules ont été trouvées sous forme de rayonnement ionisant laissé par les rayons cosmiques , mais de plus en plus, elles ont été produites dans des accélérateurs de particules plus récents et plus puissants .

En dehors de la physique des particules, les avancées significatives de l'époque étaient :

• l'invention du laser ( prix Nobel de physique 1964 ) ;
• les recherches théoriques et expérimentales de la supraconductivité , en particulier l'invention d'une théorie quantique de la supraconductivité par Vitaly Ginzburg et Lev Landau (prix Nobel de physique 1962) et, plus tard, son explication via les paires de Cooper (prix Nobel de physique 1972). La paire de Cooper était un exemple précoce de quasiparticules .

Théories des champs unifiés

Einstein a estimé que toutes les interactions fondamentales dans la nature peuvent être expliquées dans une seule théorie. Les théories des champs unifiés étaient de nombreuses tentatives de « fusionner » plusieurs interactions. L'une des nombreuses formulations de ces théories (ainsi que des théories des champs en général) est une théorie de jauge , une généralisation de l'idée de symétrie. Finalement, le modèle standard (voir ci-dessous) a réussi à unifier les interactions fortes, faibles et électromagnétiques. Toutes les tentatives d'unifier la gravitation avec autre chose ont échoué.

Modèle standard

Lorsque la parité a été rompue dans les interactions faibles par Chien-Shiung Wu dans son expérience , une série de découvertes ont été créées par la suite. L'interaction de ces particules par diffusion et désintégration a fourni une clé pour de nouvelles théories quantiques fondamentales. Murray Gell-Mann et Yuval Ne'eman ont mis de l'ordre dans ces nouvelles particules en les classant selon certaines qualités, à commencer par ce que Gell-Mann a appelé la " Voie octuple ". Alors que son développement ultérieur, le modèle des quarks , a d'abord semblé insuffisant pour décrire des forces nucléaires fortes , permettant l'essor temporaire de théories concurrentes telles que la S-Matrix , l'établissement de la chromodynamique quantique dans les années 1970 a finalisé un ensemble de particules fondamentales et d'échange, qui a permis l'établissement d'un « modèle standard » basé sur les mathématiques de l' invariance de jauge , qui a réussi à décrire toutes les forces à l'exception de la gravitation , et qui reste généralement accepté dans son domaine d'application.

Le modèle standard, basé sur la théorie de Yang-Mills, regroupe la théorie de l' interaction électrofaible et la chromodynamique quantique dans une structure notée par le groupe de jauge SU(3)×SU(2)×U(1). La formulation de l'unification des interactions électromagnétiques et faibles dans le modèle standard est due à Abdus Salam , Steven Weinberg et, par la suite, Sheldon Glashow . La théorie électrofaible a ensuite été confirmée expérimentalement (par l'observation de courants faibles neutres ), et distinguée par le prix Nobel de physique 1979 .

Depuis les années 1970, la physique fondamentale des particules a fourni des informations sur la cosmologie de l' univers primitif , en particulier la théorie du Big Bang proposée comme conséquence de la théorie de la relativité générale d'Einstein . Cependant, à partir des années 1990, les observations astronomiques ont également fourni de nouveaux défis, tels que le besoin de nouvelles explications de la stabilité galactique (« matière noire ») et de l' accélération apparente de l'expansion de l'univers (« énergie noire »).

Alors que les accélérateurs ont confirmé la plupart des aspects du modèle standard en détectant les interactions de particules attendues à diverses énergies de collision, aucune théorie conciliant la relativité générale avec le modèle standard n'a encore été trouvée, bien que la supersymétrie et la théorie des cordes aient été considérées par de nombreux théoriciens comme une voie prometteuse. . Le Grand collisionneur de hadrons , cependant, qui a commencé à fonctionner en 2008, n'a pas trouvé la moindre preuve qui appuie la supersymétrie et la théorie des cordes.

Cosmologie

On peut dire que la cosmologie est devenue une question de recherche sérieuse avec la publication de la théorie de la relativité générale d'Einstein en 1915, bien qu'elle ne soit entrée dans le courant scientifique dominant qu'à la période connue sous le nom d'« âge d'or de la relativité générale ».

Environ une décennie plus tard, au milieu de ce qui a été surnommé le « Grand Débat », Hubble et Slipher ont découvert l' expansion de l'univers dans les années 1920 en mesurant les décalages vers le rouge des spectres Doppler des nébuleuses galactiques. En utilisant la relativité générale d'Einstein, Lemaître et Gamow ont formulé ce qui allait devenir la théorie du big bang . Un rival, appelé la théorie de l'état stationnaire, a été conçu par Hoyle , Gold , Narlikar et Bondi .

Le rayonnement de fond cosmique a été vérifié dans les années 1960 par Penzias et Wilson , et cette découverte a favorisé le big bang au détriment du scénario d'état stationnaire. Des travaux ultérieurs ont été réalisés par Smoot et al. (1989), parmi d'autres contributeurs, en utilisant les données des satellites Cosmic Background Explorer (CoBE) et Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) qui ont affiné ces observations. Les années 1980 (la même décennie des mesures COBE) ont également vu la proposition de la théorie de l' inflation par Alan Guth .

Récemment, les problèmes de la matière noire et de l'énergie noire se sont hissés au sommet de l'agenda de la cosmologie.

le boson de Higgs

Le 4 juillet 2012, des physiciens travaillant au Grand collisionneur de hadrons du CERN ont annoncé qu'ils avaient découvert une nouvelle particule subatomique ressemblant beaucoup au boson de Higgs , une clé potentielle pour comprendre pourquoi les particules élémentaires ont une masse et en fait l'existence de la diversité et de la vie dans l'univers. Pour l'instant, certains physiciens l'appellent une particule "de type Higgs". Joe Incandela , de l' Université de Californie à Santa Barbara , a déclaré : « C'est quelque chose qui pourrait, en fin de compte, être l'une des plus grandes observations de tout nouveau phénomène dans notre domaine au cours des 30 ou 40 dernières années, remontant à la découverte des quarks , par exemple." Michael Turner , cosmologiste à l'Université de Chicago et président du conseil d'administration du centre de physique, a déclaré :

« C'est un grand moment pour la physique des particules et un carrefour. Sera-ce le point culminant ou sera-ce la première de nombreuses découvertes qui nous orienteront vers la résolution des très grandes questions que nous avons posées ? »

—  Michael Turner , Université de Chicago

Peter Higgs était l'un des six physiciens, travaillant dans trois groupes indépendants, qui, en 1964, inventèrent la notion de champ de Higgs (« mélasse cosmique »). Les autres étaient Tom Kibble de l' Imperial College de Londres ; Carl Hagen de l' Université de Rochester ; Gerald Guralnik de l'Université Brown ; et François Englert et Robert Brout , tous deux de l' Université libre de Bruxelles .

Bien qu'ils n'aient jamais été vus, les champs de Higgs comme jouent un rôle important dans les théories de l'univers et dans la théorie des cordes. Dans certaines conditions, selon l'étrange comptabilité de la physique einsteinienne, ils peuvent être imprégnés d'une énergie qui exerce une force antigravitationnelle. De tels champs ont été proposés comme la source d'une énorme explosion d'expansion, connue sous le nom d'inflation, au début de l'univers et, peut-être, comme le secret de l'énergie noire qui semble maintenant accélérer l'expansion de l'univers.

Sciences physiques

Avec une accessibilité et une élaboration accrues des techniques analytiques avancées au 19ème siècle, la physique a été définie autant, sinon plus, par ces techniques que par la recherche des principes universels du mouvement et de l'énergie, et la nature fondamentale de la matière . Des domaines tels que l' acoustique , la géophysique , astrophysique , l' aérodynamique , la physique des plasmas , la physique à basse température et physique de l' état solide jointes optique , la dynamique des fluides , électromagnétisme et mécanique en tant que domaines de la recherche physique. Au 20e siècle, la physique est également devenue étroitement liée à des domaines tels que l' ingénierie électrique , aérospatiale et des matériaux , et les physiciens ont commencé à travailler dans les laboratoires gouvernementaux et industriels autant que dans les milieux universitaires. Après la Seconde Guerre mondiale, la population de physiciens a considérablement augmenté et s'est concentrée sur les États-Unis, tandis que, au cours des dernières décennies, la physique est devenue une activité plus internationale qu'à aucun autre moment de son histoire précédente.

Publications séminales de physique

Voir également

Remarques

Les références

Sources

Lectures complémentaires

• Buchwald, Jed Z. et Robert Fox, éd. The Oxford Handbook of the History of Physics (2014) 976pp; extrait
• Byers, Nina ; Williams, Gary (2006). De l'ombre : Contributions des femmes du vingtième siècle à la physique . La presse de l'Universite de Cambridge. ISBN 0-521-82197-5.
• Cropper, William H. (2004). Grands physiciens : la vie et l'époque des principaux physiciens de Galilée à Hawking . Presses de l'Université d'Oxford. ISBN 0-19-517324-4.
• Cher, Pierre (2001). Révolutionner les sciences : la connaissance européenne et ses ambitions, 1500-1700 . Princeton : Princeton University Press. ISBN 0-691-08859-4. OCLC  46622656 ..
• Gamow, George (1988). Les grands physiciens de Galilée à Einstein . Publications de Douvres. ISBN 0-486-25767-3.
• Heilbron, John L. (2005). Le guide d'Oxford à l'histoire de la physique et de l'astronomie . Presses de l'Université d'Oxford. ISBN 0-19-517198-5.
• Nye, Mary Jo (1996). Avant Big Science: La poursuite de la chimie et de la physique modernes, 1800-1940 . New York : Twayne. ISBN 0-8057-9512-X. OCLC  185866968 ..
• Segrè, Emilio (1984). Des corps tombants aux ondes radio : les physiciens classiques et leurs découvertes . New York : WH Freeman. ISBN 0-7167-1482-5. OCLC  9943504 ..
• Segrè, Emilio (1980). Des rayons X aux quarks : les physiciens modernes et leurs découvertes . San Francisco : WH Freeman. ISBN 0-7167-1147-8. OCLC  237246197 ..
• Weaver, Jefferson H. (éditeur) (1987). Le monde de la physique . Simon et Schuster. ISBN 0-671-49931-9.CS1 maint : texte supplémentaire : liste des auteurs ( lien )Une sélection de 56 articles, écrits par des physiciens. Commentaires et notes de Lloyd Motz et Dale McAdoo.
• de Haas, Paul, "Documents historiques en physique (20e siècle)"

Liens externes

• "Oeuvres sélectionnées sur Isaac Newton et sa pensée" du projet Newton .