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L'avènement de la relativité et des quanta

Publié le 22/02/2012

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Si l'aube du XXe siècle apparaît, dans l'histoire scientifique, le début d'une époque, c'est en raison non pas essentiellement de la nouveauté, pourtant surprenante, des horizons apparus, mais plutôt du renouvellement des modes même de se représenter les choses. Dans les quatre siècles qui nous séparent de la Renaissance se sont constituées les trois grandes synthèses de la Physique classique : la mécanique, qualifiée plus tard de rationnelle, avec ses deux branches indépendantes, la dynamique de Galilée, la gravifique de Newton ; la thermodynamique de Carnot, Mayer et Joule ; l'électromagnétisme, dont Maxwell devait faire la synthèse et poser le couronnement, lui annexant du coup toute l'optique de Fresnel. Cette grande époque, qui atteignit au XIXe siècle un éclatant apogée, est tout entière dominée par l'esprit et l'idéal de la mécanique rationnelle. Celle-ci prétendait alors à l'hégémonie sur toutes les autres sciences. Elle croyait prêter seulement à l'électromagnétisme les notions de force et d'énergie, qu'elle avait tirées au clair ; elle considérait comme son bien propre la cinématique, science abstraite du mouvement et des rapports entre eux de l'espace et du temps, qui est le cadre de la Physique entière. Vers la fin du XIXe siècle, se posant en héritière de la dynamique et prenant, avec Ostwald et Duhem, le nom d'énergétique, la thermodynamique abstraite s'essayait à régenter toute la physique, sans obtenir un succès décisif. En même temps, avec Maxwell, Boltzmann, Gibbs, s'alliant au calcul des probabilités et prenant le nom de mécanique statistique, la mécanique rationnelle s'attaquait au domaine de la thermodynamique, et remportait là de fort beaux succès, avant de se heurter à l'apparition des nouvelles, et surprenantes, conditions de quanta. Finalement, en trois siècles de labeur, un véritable amas de trésors avait été tiré au jour, au moyen de théories qui avaient fait la preuve d'un pouvoir explicatif remarquable ; mais une pensée suivie ainsi dans la même ligne finissait par révéler des signes de fatigue.

« des vues très hardies de Louis de Broglie, une confirmation directe et saisissante.

A la même époque, Schrödinger,s'inspirant de Louis de Broglie, et Heisenberg, élève de Bohr, établirent concurremment le formalisme de la nouvelledoctrine. De l'emprise qu'exerçait ainsi la science des ondes sur la mécanique allaient résulter, pour les cadres mêmes de lapensée, de surprenantes et fondamentales conséquences.

Lorsqu'on passe de l'optique géométrique à l'optiqueondulatoire, la notion de rayon s'évanouit ; celle de trajectoire ne peut qu'en faire autant lorsqu'on passe à lamécanique proprement ondulatoire, et aux phénomènes correspondant à la diffraction.

Heisenberg ainsi démontra,par des raisonnements d'optique ondulatoire associée à la mécanique broglienne, et aussi par des raisonnementsplus abstraits, son fameux principe d'incertitude ; Bohr, élargissant et multipliant ce genre de raisonnements, aboutità sa notion de la complémentarité.

Certainement, les relations d'incertitude et la notion de complémentarité sont decelles qui donnent au premier abord le vertige ; elles dissocient le faisceau des attributs dont l'ensemble faisait, entermes traditionnels, un objet ; elles obligent à substituer à la logique classique une subtile logique decomplémentarité, que certains auteurs cherchent à formuler en termes d'une logique du tiers non exclu. La place ici manque pour qu'on s'étende sur la richesse des acquisitions de la mécanique ondulatoire et quantiquedans les années 50, sur la nouvelle conception, par exemple, de l'identité des particules qui les rend proprementindiscernables, ou sur les nouvelles statistiques liées au spin.

Toutes ces notions ont du intervenir lorsqu'il s'est agide forcer les secrets du noyau de l'atome, de mettre ainsi la main sur un nouveau feu prométhéen, celui même quialimente le rayonnement des étoiles.

En 1950, on ne fait encore que les premiers pas dans le fabuleux domaine de lamicrophysique, celui des ondes matérielles, de leurs résonances et de leurs interférences.

La place manque aussi,d'ailleurs, pour parler comme il faudrait de la prodigieuse extension qu'Einstein a donnée, à partir de 1915, et sous lenom de relativité générale, à sa propre théorie ; celle-ci procède d'une identification fort remarquable entre lesnotions de masse inerte, ou galiléenne, et de masse grave, ou newtonienne, d'où résulte pour la première fois lasynthèse de la dynamique et de la gravifique, qui se fait dans le cadre de la géométrie de Riemann ; la relativitégénérale est une théorie essentiellement astronomique, et ses développements sont poursuivis en liaison avec lesproblèmes que pose l'Univers considéré aux plus grandes échelles atteintes par les télescopes. Presque contemporaines, sOeurs par l'extrême nouveauté de leurs conceptions et par leur difficulté, sOeurs aussipar l'appel fondamental qu'elles font à l'optique, sOeurs encore par l'extrême évidence où elles mettent le rôle del'observateur-expérimentateur, pourtant la relativité et les quanta connaissent finalement des sorts différents.

Lapremière, signée d'un nom qui est celui d'un astre exceptionnel de la pensée, forme une synthèse fermée de purstyle cartésien ; si, d'abord, elle semble estomper la notion traditionnelle de l'objectivité, c'est pour la rétablirpleinement dans le cadre de la géométrie spatio-temporelle à quatre dimensions ; finalement, toute la Physiqueclassique vient s'insérer dans le cadre des théories de la relativité.

La théorie des quanta, procédant de ladécouverte d'une nouvelle constante universelle (h) s'est développée à travers toute une série de contributionsdiverses, et hautement remarquables ; elle a ouvert l'accès à un monde nouveau.. »

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