Grand oral du bac : Sciences HISTOIRE DE LA PHYSIQUE

La théorie de la relativité

En 1905, le physicien allemand Albert Einstein (1879-1955) présenta sa théorie de la relativité restreinte. Il infirma l’existence de l’éther en montrant que la lumière peut être définie comme un flot de particules, et pas seulement comme une onde; elle se déplace donc dans le vide. Il calcula aussi que la vitesse de la lumière est toujours égale à 300000 km/s, vitesse maximale d’un mobile. Einstein engloba, en outre, les notions d’espace et de temps dans un système à quatre dimensions. D’après la théorie de la relativité restreinte, la gravitation est une conséquence de la géométrie de l’espace-temps. Le physicien introduisit également le principe d’équivalence entre la masse et l’énergie (E = mc2), montrant ainsi que tout mobile a une vitesse inférieure à celle de la lumière. Dans sa théorie de la relativité générale, exposée en 1916, il considéra les référentiels en accélération les uns par rapport aux autres. La mécanique relativiste s’applique aux corps dont la vitesse est voisine de celle de la lumière; la physique classique intervient pour les autres corps.

La théorie quantique

En 1900, le physicien allemand Max Planck (1858-1947) supposa, à la suite de son étude du corps noir (entité théorique qui, maintenue à température constante, absorbe les rayonnements qu’elle reçoit), que la matière ne peut absorber ou émettre l’énergie rayonnante que par unités discrètes, les quanta. Einstein montra leur existence, en particulier celle des «grains» de lumière, appelés photons, en 1929. Planck détermina que leur énergie e est liée à la fréquence y de la lumière correspondante par: e = hy, h étant la constante de Planck. Les photons ne sont ni des ondes ni des corpuscules, mais des entités différentes de ces deux concepts. Ainsi, la théorie quantique, qui se trouvait en discontinuité avec la physique classique, devint le fondement de la physique moderne. Dans les années 1920, l’Autrichien Erwin Schrôdinger (1887-1961), l’Allemand Werner Heisenberg (1901-1976) et le Français Louis de Broglie (1892—1987) établirent les fondements de la mécanique quantique grâce à la notion de dualité onde-particule selon laquelle tout corpuscule se comporte comme une onde et réciproquement. Cette hypothèse fut confirmée par l’Italien Enrico Fermi (1901-1954) et le Britannique Paul Dirac (1902-1984), qui l’utilisèrent pour prévoir l’existence du neutrino et du positron.

L’atome de Bohr

En 1913, le physicien danois Niels Bohr (1885-1962) proposa un modèle atomique selon lequel l’atome est entouré d’électrons gravitant autour de lui sur des couches particulières, les

ATOME DE BOHR

couches électroniques. Grâce à la mécanique quantique, les physiciens déterminèrent les couches permises, calculèrent leur distance du noyau atomique et leur énergie. Bohr put ainsi expliquer la forme du spectre de l’hydrogène, ce qui fut considéré comme une preuve magistrale de la théorie quantique. Le Britannique James Chadwick (1891-1974) découvrit le neutron en 1932, ce qui permit d’approfondir la connaissance sur la structure du noyau atomique et de rendre compte de la radioactivité.

La physique des particules

À partir des années 1930, la physique progressa considérablement, surtout avec l’avènement de la physique des particules, après la Seconde Guerre mondiale. Vers 1930, le Britannique John Cockcroft (1897—1967) et l’Irlandais Ernest Walton mirent au point un accélérateur de particules atteignant près de 700000 électronvolts. D’autre part, grâce au développement des détecteurs de particules, les physiciens purent déterminer la trajectoire des particules élémentaires. En 1932 fut découvert le positron par l’Américain Cari David Anderson (1905-1991).