D'où vient la physique quantique ?

Bernard Pourprix — 2009-03-01T17:12:00Z

La physique quantique paraissant en rupture totale avec la physique classique, on voudrait croire que les premiers acteurs de cette révolution scientifique ont tout de suite renoncé aux anciens modes de pensée. Il n'en est rien.

Ce livre retrace l'histoire de la théorie des quanta dans le premier quart du XXe siècle jusqu'à l'avènement de la mécanique quantique.

Elle se déroule en trois étapes.

Dans un premier temps, l'auteur remonte à la source de la problématique des quanta, c'est-à-dire aux difficultés rencontrées à la fin du XIXe siècle par les chercheurs qui essaient d'expliquer les phénomènes d'émission et d'absorption de la lumière par les atomes ou, plus généralement, les phénomènes d'interaction rayonnement-matière.

Racontant ensuite comment les quanta furent découverts, l'auteur détruit quelques mythes : Planck a-t-il vraiment introduit une discontinuité quantique en 1900 ? Einstein a-t-il utilisé ses quanta de lumière pour promouvoir un nouveau paradigme ?

Il s'attarde enfin sur la théorie atomique de Bohr pour dévoiler sa genèse, exposer son développement et en décrire a crise au début des années 1920. Bohr fut amené à exposer un principe de correspondance entre les descriptions classique et quantique des phénomènes atomiques. S'appuyant sur ce principe, Heisenberg ébaucha la mécanique quantique des matrices, théorie qui n'a plus grand chose à voir celle que Bohr avait conçue à l'origine. On verra qu'alors, la tension entre continuité et rupture était devenue extrême.

Au fil du récit, on rencontrera les plus éminents physiciens qui, pendant le premier quart du XX° siècle, contribuèrent à la description des phénomènes atomiques. La plupart d'entre eux figurent sur la photo de groupe du célèbre congrès de Solvay de 1927, en couverture de ce livre.

Einstein

Planck

L'aube de la physique de l'énergie

Bernard Pourprix, Jacqueline Lubet — 2004-08-31T22:00:00Z

Dans la première moitié du XIXe siècle, on se rend compte que la dynamique newtonienne, sur laquelle on croyait pouvoir s'appuyer pour expliquer l'ensemble des phénomènes de la nature, présente des défauts irrémédiables. Des questions simples restent sans réponses : que devient le mouvement lorsqu'il paraît s'annihiler lors d'un choc ? comment expliquer l'échauffement des corps qui sont entrés en collision ? De toute évidence, la dynamique newtonienne n'offre, pour ce genre de questions, rien de comparable à ce qu'elle a apporté dans l'explication des mouvements célestes. C'est dans la perspective ouverte par ce vide théorique qu'apparaissent l'originalité et l'intérêt des recherches d'Helmholtz au milieu du XIXe siècle. Renouant avec la tradition leibnizienne, Helmholtz propose une explication dynamique nouvelle des phénomènes, qui ouvre la voie à la physique de l'énergie. Il publie son travail en 1847 sous le titre Über die Erhaltung der Kraft (Sur la conservation de la Force). Ce mémoire est considéré aujourd'hui comme une étape importante dans la découverte du principe de la conservation de l'énergie. Ce principe, exprimé sous une forme ou sous une autre, est un des piliers de la physique. Il n'a pas été découvert, un beau jour, par un savant génial, mais il a lentement émergé au travers de multiples travaux dans des domaines divers menés par des chercheurs de cultures et de traditions différentes, qui souvent ne percevaient pas de liens entre leurs recherches respectives.
Ce livre fait revivre un chercheur travaillant à la charnière de deux époques bien différentes, celle de la physique de la force d'inspiration newtonienne (Laplace, par exemple) et celle de la physique de l'énergie (Thomson et Maxwell, par exemple). Il fait découvrir le " chantier de construction " du concept d'énergie et apporte ainsi un nouvel éclairage sur un grand tournant de l'histoire de la physique. Le lecteur est convié à une sorte de visite guidée d'une partie du " laboratoire épistémologique ". Il voit la science se faire, il observe un scientifique au travail et pénètre dans les détails de sa pratique : conceptualisation, mathématisation, expérimentation, trois opérations coordonnées, mises en cohérence par l'intermédiaire de ses conceptions du monde et de la science (conceptions d'inspiration kantienne, dans le cas présent). Il voit aussi comment la réception du travail d'un scientifique par ses contemporains, les débats et controverses auxquels il donne lieu, peuvent faire évoluer ses idées, sa pratique et les principes philosophiques qui la sous-tendent. Ainsi le lecteur s'initie à une certaine manière de pratiquer l'histoire des sciences et l'épistémologie. Chemin faisant, il prend conscience du grand décalage entre la science qu'on lui a enseignée et la science qui se pratique dans les laboratoires. Ce livre peut l'aider à prendre du recul par rapport à certaines conceptions plus ou moins mythiques de la science et de l'activité scientifique.

Le public concerné

Les questions de physique traitées dans cet ouvrage correspondent aux programmes enseignés au lycée et à l'université. Le formalisme mathématique est réduit à sa plus simple expression. La réflexion épistémologique utilise un langage simple.
L'ouvrage s'adresse d'abord aux enseignants, et notamment ceux de sciences physiques (intéressés par l'histoire de leur discipline), ceux de mathématiques (intéressés par les liens entre mathématiques et sciences physiques, par exemple les animateurs des IREM), ceux de philosophie (intéressés par une réflexion sur des cas concrets).
Bien entendu les enseignants en formation sont concernés. L'histoire des sciences commence d'être enseignée dans les IUFM. La formation des futurs enseignants doit passer par une démystification du " savoir scientifique ", et une meilleure compréhension des modes de construction de ce savoir. Cet ouvrage peut y contribuer.
L'ouvrage s'adresse aussi aux étudiants de 2ème et 3ème cycles, car l'histoire des sciences est maintenant enseignée dans de nombreuses universités scientifiques.
Enfin les historiens des sciences trouveront dans cet ouvrage une synthèse des nombreuses analyses du mémoire d'Helmholtz Sur la Conservation de la Force, et peut-être un nouvel éclairage sur une œuvre considérée aujourd'hui comme une étape majeure dans la découverte du principe de la conservation de l'énergie.

ADAPT - Éditions

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L'aube de la physique de l'énergie