Exemples de physique moderne

Physique Cela a beaucoup changé au cours de son histoire. Au fil des années, de nouvelles théories et modèles physiques ont émergé, expliquant de plus en plus les lois de l’univers dans lequel nous vivons et les utilisant pour construire de grandes prouesses technologiques.

Le XXe siècle a connu ce qui fut sûrement la plus grande splendeur de la physique de tous les siècles, donnant naissance à une bonne partie de la physique moderne que nous connaissons aujourd’hui.

Vouloir en savoir plus sur ce qu'est la physique moderne et quelles branches sont incluses ?

Restez avec nous et nous vous l'expliquerons !

Nous définissons la physique moderne comme toutes les théories qui ont émergé à la fin du 19ème siècle, tout au long du 20ème siècle et jusqu'à présent au 21ème siècle.

Toute la physique qui a suivi les célèbres lois de Newton est considérée comme des théories de la physique moderne.

Newton a révolutionné le monde avec ses trois lois de Newton et la loi de la gravitation universelle. Nous pourrions expliquer le mouvement des fluides, prédire le mouvement des corps célestes et prédire le mouvement de n’importe quel objet dans notre univers.

Pendant de nombreuses années, on a pensé que nous étions déjà capables de calculer et de prédire tous les phénomènes qui se produisaient dans notre univers.

Les physiciens, heureux d'avoir une explication complète de l'univers, commencèrent à étudier le plus petit monde, celui des atomes, et le plus grand, celui des galaxies.

Et surprise....

Nous avions tort, les lois de Newton ont été enfreintes à des échelles plus petites et plus grandes. Nous n'avions toujours pas une explication complète de notre monde.

Au cours du XXe siècle, la plupart des théories physiques modernes ont été formulées grâce à la relativité générale et à la mécanique quantique.

Dans la section suivante, nous verrons les branches qui composent la physique actuelle et comment elles ont émergé.

Resterez-vous avec nous pour le découvrir ?

Le XXe siècle a été un siècle de splendeur sans précédent en physique. Les meilleurs génies de cette branche de la science vivaient à cette époque. Les plus belles théories ont vu le jour et toute la physique moderne de notre époque remonte à ces années-là.

Il y a un fait qui me fascine, c'est que les connaissances que l'humanité a acquises au cours de ce siècle sont supérieures à celles de toute l'histoire de l'humanité.

N'est-ce pas incroyable ?

La mécanique quantique a commencé à se développer au début du XXe siècle grâce à des génies tels que Max Planck, Louis de Broglie et Werner Heisenberg.

En 1925, le physicien autrichien Erwin Schrödinger, lors d'une retraite dans une station thermale en Suisse, utilisa les équations d'ondes déjà connues à l'époque pour formuler l'équation de Schrödinger. Cette équation nous a permis d’expliquer tout ce qui se passe dans le monde quantique comme une fonction d’onde évoluant dans le temps.

Pour tester son équation, il a théoriquement calculé le spectre énergétique de l’atome d’hydrogène, prédisant ainsi les résultats expérimentaux de manière satisfaisante.

Parallèlement, Werner Heisenberg formule la mécanique quantique d’un point de vue matriciel. Il y avait donc la formulation ondulatoire de Schrödinger et la formulation matricielle de Heisenberg. Qui avait raison ?

Des années plus tard, Paul Dirac montra que ces deux formulations du monde quantique étaient équivalentes.

À la même époque, Albert Einstein a formulé la relativité restreinte et la relativité générale. Grâce à ces deux théories nous avons compris que le temps et l'espace sont unis à travers l'espace-temps. Notre univers tout entier est immergé dans ce tissu spatio-temporel. La matière déforme ce tissu et la courbure qu'elle génère est à l'origine de l'attraction gravitationnelle.

Nous avions déjà la théorie qui décrivait le monde le plus petit, celui des atomes, et la théorie qui décrivait le monde le plus grand, celui des galaxies et des étoiles.

Mais... Que se passe-t-il lorsque des effets quantiques et des effets relativistes se produisent en même temps ?

Dans les atomes plus lourds, le nombre d’électrons en orbite autour du noyau est plus grand. La répulsion entre eux les fait se déplacer plus rapidement, atteignant des vitesses proches de celle de la lumière. Dans cette situation, les effets relativistes sont très pertinents.

Nous avons besoin d’une théorie qui relie la relativité au quantique !

Paul Dirac a réussi à formuler une équation reliant l'équation de Schrödinger à l'équation énergétique de la relativité restreinte. De cette fusion est née la célèbre équation de Dirac, capable de décrire les effets de la relativité restreinte dans le monde quantique.

Peu à peu, la théorie quantique des champs a commencé à émerger. Cette théorie quantique relativiste décrivait les différentes interactions fondamentales de l'univers à travers les champs quantiques, leurs énergies et certaines symétries qui leur sont associées.

De ces travaux est née la chromodynamique quantique. Théorie quantique des champs qui décrit la forte interaction nucléaire, cette force capable de maintenir les noyaux atomiques bien ensemble.

La théorie quantique des champs qui décrit l'interaction électromagnétique, l'électrodynamique quantique, a également été formulée. Dans cette formulation, la force électromagnétique est décrite comme l’échange de photons entre particules chargées.

Nous l'avons presque eu !

Nous avons créé une théorie capable de décrire les effets relativistes avec la mécanique quantique, mais qu'en est-il de la gravité ?

Nous devons adapter la théorie de la relativité générale à la physique quantique. De nombreux physiciens célèbres comme Stephen Hawking ou Albert Einstein sont morts sans avoir réalisé leur rêve : la théorie du tout.

Dans les années 1960, un physicien italien nommé Gabriele Veneziano a découvert une fonction qui a permis d'expliquer certains résultats expérimentaux sur l'interaction nucléaire forte. Cette fonction n'était ni plus ni moins que la fonction bêta d'Euler.

Quelques années plus tard, les physiciens Leonard Susskind et Yoichiru Nambu ont interprété la découverte de Veneziano comme un modèle de cordes vibrantes relativistes.

Différents modes de vibrations de ces cordes donneraient naissance aux différentes particules subatomiques que nous connaissons. C’est là qu’est née la théorie des cordes.

Les scientifiques ont compris que pour que la théorie des cordes soit conforme aux règles de la mécanique quantique, elles devraient exister dans un monde à 26 dimensions. Cela a provoqué certains doutes parmi les physiciens de l’époque et cette théorie a perdu de sa force.

Quelques années plus tard, en appliquant ce qu’on appelle la supersymétrie, la théorie fut réduite à 10 dimensions. Ils ont réalisé certaines avancées dans la théorie des cordes qui ont encouragé les physiciens à poursuivre leurs recherches.

Au début des années 90, il existait 5 théories différentes sur les supercordes.

Comment est-ce possible?

Entre 1994 et 1997 a eu lieu ce que l’on appelle la deuxième révolution de la théorie des cordes.

Il a été démontré que les 5 théories existantes sur les supercordes étaient en fait les différentes faces d’une même médaille. Tous étaient équivalents et liés par des opérations mathématiques appelées dualités.