LA SCIENCE PHYSIQUE

<= Notes sur les pratiques techniques

Définition: Description mathématique de phénomènes et d'expériences reproductibles. Cela ne permet pas d'expliquer certains processus fondamentaux, mais permet de rattacher de manières logique et clairement formulée nombre de phénomènes observables à quelques principes de base, i.e. les causes premières restent inexpliquées, mais les effets sont formulés, donc prévisibles.
Le concept en science physique: L’élaboration des concepts en sciences physiques est très différente de celle des notions de base des mathématiques. En mathématiques, une fois posés les concepts fondamentaux, les développements suivent, alors que le physicien doit sans cesse renouveler l’effort de conceptualisation. La découverte de concepts physiques exigent un rapport itératif avec l’expérience, de sorte qu’une théorie physique se présente comme le résumé ou modèle mathématiques de l’expérience, mais jamais comme une axiomatique associée à un calcul formel (on parle de postulat et non d’axiomes). La complexité et l’infini richesse du réel sensible n’en facilite aucunement la conceptualisation. Notons à ce sujet qu’il y a une intuition physique et une intuition mathématiques, on aurait tord de les confondre.

On a renoncé au troisième âge de la science à fonder une théorie scientifique à l’aide des principes de la logique; on demande néanmoins à l’axiomatique physique d’avoir les qualités suivantes :

L’espace: On doit distinguer:

L’espace de l’enfant se construit. Au début existe autant d’espace que de sphères sensorielles (espace buccal, visuel, tactile…), l’espace homogène se construit ensuite par unifications successives. L’espace géométrique euclidien à 3 dimensions n’est donc pas une donnée, mais le fruits d’un long parcours.

Kant pense l’espace comme intuition pure à priori (i.e. structure de l’esprit humain), fondant ainsi la géométrie:

L’espace n’est donc pas pour lui un concept empirique, dérivant d’expériences extérieures. Néanmoins les géométries non euclidiennes et l’espace-temps d’Einstein font voler actuellement en éclat les catégories kantiennes.

Le temps: On distingue là aussi:

Irréversibilité: on ne se baigne jamais deux fois dans le même fleuve – Héraclite

Les êtres éternels ne vivent pas dans le temps - Aristote. De fait nous avons deux éternités :

Remarque: ce temps objectif n’est pas la durée concrète de notre existence

Kant pense le temps comme intuition pure à priori (i.e. structure de l’esprit humain), qui n’est pas tirée de l’expérience:

La réversibilité n’est pas incluse dans cette structure, la forme pure est indépendante de tout avant et de tout après. Elle se trouve en revanche dans la notion de causalité de Kant: il n’y a pas de causalité vraie sans succession irréversible.

Postulats de la physique classique: Un postulat est un acte de foi, inspiré de l’expérience quotidienne.

Déterminisme universel: ce postulat stipule que tout les faits matériels sont régis par des lois déterminées et immuables dans l’espace et dans le temps, ces cadres étant homogènes à l’infini. Cela revient à dire que les mêmes causes produisent les mêmes effets.

Tiers exclu expérimental: issu de la logique aristotélicienne à deux valeurs ce principe conduit à distinguer radicalement matière et énergie. Ce principe explique notamment la résistance à l’idée que la lumière puisse être à la fois onde et corpuscule, et l’aspect contradictoire du continu et du discontinu.

Objectivité: on peut atteindre une réalité objective indépendamment des conditions d’observations

Localité: si deux systèmes A et B sont en interactions, mais que cette interaction cesse, tout changement qui interviendrait dans A n’a aucune conséquence dans B (et vice versa).

Expérimentation: Toute observation suppose, avant d’être entreprise, une définition des conditions de méthodes et des objectifs possibles. L’observation n’est donc jamais absolument neutre, mais une pensée toujours un peu abstraite la conditionne toujours

Postulats de la physique quantique: La physique quantique repose sur des principes épistémologiques qui bouleversent les modes de pensées classiques (indéterminisme, complémentarité, non localité):

Ordre, désordre, symétrie: Le monde est apparemment complexe, désordonné, contingent. La physique classique pensait que ce désordre pouvait de réduire à une seule réalité matérielle, ordonnée et nécessaire. La mécanique quantique a renversé cette vision des choses: les particules dont est constitué la matière sont dans un état de désordre permanent, imprévisible et indescriptible. Certains systèmes de particules sont stables: ce sont ceux que la science, justement, étudie.

Théorie de la forme: C’était d’abord une théorie de la perception. Le tout (forme) est plus et autre chose que la somme de ses parties. La forme est caractérisée par sa structure et possède la propriété d’être transposable. (e.g. on reconnaît au clair de la lune en do majeur ou en sol, etc.). La loi de la meilleure forme stipule que lorsque plusieurs organisations du champs perceptifs sont possibles, il est structuré par la meilleure forme (la plus stable, la plus en rapport avec mes habitudes, etc.).

Les physiciens ont démontré qu’il existe des formes physiques, c’est à dire des systèmes matériels qui sont plus et autre chose que la somme de leur phénomènes élémentaires. D’une manière générale, les ensembles statiques en équilibres, comme les états stationnaires ou quasi stationnaires, sont des meilleures formes.

Exemple de la thermodynamique: Les états d’un système macroscopique comme les mélanges de gaz, décrit par des variables d’états, sont le résultat de l’agitation moléculaires dont les gaz sont le siège. L’ensemble de ces paramètres définit un macro-état, dont certains sont des macro-états d’équilibre (i.e. meilleure forme). La description du système se fait comme suit :

Ordre: Le désordre est impensable, la science ne peut étudier correctement que des systèmes ordonnés et leur degré d’ordre. Elle peut aussi tenir compte du nombre d’états possibles pour mesurer le désordre. Le désordre est mesuré grâce à la fonction entropie:

S=k*Ln(Ω) avec S entropie, Ω nombre total d’états accessibles du système et k constante de Boltzmann.

Cette fonction entropie est croissante pour les systèmes isolés.

Symétrie: En thermodynamique un système est en équilibre si ses états possibles sont équiprobables ; l’équivalent géométrique de l’équiprobabilité est la symétrie. La symétrie bien sur est d’abord une notion géométrique (e.g. symétrie plane); on peut l’élargir à des éléments non géométriques (ensembles, matrices, topologie, etc.). Ces notions donnent les théories des invariants en physique.

Le cercle néopositiviste de Vienne: Leur idée fondamentale est que les termes et les propositions du langage scientifique remontent, de proche en proche, à des termes et à des propositions décrivant nos expériences spatio-temporelles fondamentales. Le programme néopositiviste consiste à essayer d’exprimer ces données premières et montrer par quel processus logique on peut réduire à ces fondements l’univers du discours scientifique. Ils posèrent le problème de la science sous la forme suivante:

La construction de la science parfaite doit donc se faire en plusieurs étapes: