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Une science expérimentale
Une science théorique
L'Antiquité
La période classique
Les révolutions modernes
La physique actuelle
Principales branches
Principaux objets d'étude
La physique, les autres sciences et les techniques
(latin physica, du grec phusikê)
ArchimèdeConsulter aussi dans le dictionnaire : physique
Science qui étudie par l'expérimentation et l'élaboration de concepts les propriétés fondamentales de la matière et de l'espace-temps.
On peut dire que la physique est la science, ou la partie de la science, qui vise à la connaissance des aspects les plus généraux de la nature. La chimie ne s'occupe que de certaines transformations : celles dans lesquelles les agencements d'atomes, molécules et cristaux, subissent des remaniements. Mais elle ne s'occupe pas des réactions nucléaires. Quant à la biologie, elle prend pour objet une certaine catégorie de corps seulement : les corps vivants. La physique est plus générale, puisque ses lois s'appliquent aussi bien en chimie qu'en biologie. On peut même la dire universelle en ce que, en outre, ses lois sont tenues pour valables en toute région de l'Univers. Une définition de ce genre, comme on va le voir, ne doit toutefois pas être prise trop à la lettre. Elle est faite pour donner une première idée d'ensemble et non pour fixer un concept rigoureux.
Dire quels sont les objets que la physique étudie est plus délicat. Ils ont évolué au fur et à mesure du développement de cette science et, dans son état actuel, les notions qui devraient être les plus simples ne le sont pas vraiment. Quelques traits touchant à la méthode, au moins, offrent une certaine constance au cours des siècles.
La physique fait partie des sciences expérimentales. À ce titre, toutes ses lois, pour être acceptées, doivent être conformes aux résultats d'expériences, même si ce n'est que de façon indirecte. Il se peut qu'aucune expérience ne permette d'établir une loi, par exemple le principe d'inertie, mais qu'il y en ait qui soient en accord avec des conséquences de cette loi. Du principe d'inertie, combiné avec la loi de la chute des corps, il découle qu'une balle de tennis, dans le vide, doit suivre une trajectoire parabolique, et cela peut se vérifier expérimentalement.
La physique est également une science théorique, en ce sens que ses diverses lois peuvent s'organiser de manière déductive, c'est-à-dire que les unes peuvent être déduites des autres. Les prémisses des théories sont volontiers appelées des « principes ». Il s'agit bien entendu de lois soumises, tout autant que les autres, au verdict de l'expérience. La physique ne prend toutefois pas la forme d'une théorie unique. Elle a toujours été constituée de grands domaines. Il ne faut pas confondre ces principes avec ceux qui président à la méthode scientifique, par exemple qu'une expérience doit pouvoir être refaite.
Certaines lois sont qualitatives : des corps chargés de la même électricité se repoussent. Mais la plupart sont quantitatives. Elles ne portent pas directement sur les objets naturels (les corps) mais sur des grandeurs qui leur sont attachées : le volume, la masse, la charge électrique. D'autres grandeurs, comme la durée, concernent la nature de manière plus globale.
Les théories, comme dans toutes les sciences, ne sont pas faites que de formules et de lois. Elles portent sur des objets, à travers des concepts. Les plus importants d'entre eux sont ceux d'énergie, de matière, d'espace, etc.
L'histoire de la physique offre le spectacle d'un foisonnement qui prend tant bien que mal le chemin de l'unité. Diverses branches naissent, en effet, entre 1600 et 1900, et l'on observe qu'elles se rassemblent en deux grandes mouvances au cours du xixe s. : celle de la mécanique et celle de l'électromagnétisme. Aux environs de 1900, relativité et quanta viennent secouer les idées de base mais sans remettre en cause cet aspect d'ensemble.
Archimède
Dès l'Antiquité on voit posées les bases d'une étude à la fois mathématique et expérimentale de la nature. Quoique nous ne classions pas l' astronomie dans la physique et bien que pour les Grecs elle fît partie des mathématiques, elle combinait déjà l'observation systématique, les mesures et la recherche d'une description d'ensemble du cosmos qui tînt compte des lois ainsi établies.
D'autres études portèrent sur des objets plus proches : les phénomènes du son et de la vision donnèrent l'occasion de procéder à des observations, voire à quelques expérimentations. Les résultats prirent une forme arithmétique dans le cas de l'acoustique avec Pythagore (vie s. avant J.-C.), et géométrique dans le cas de l'optique avec Euclide (iiie s. avant J.-C.).
La science dont on peut le mieux dire qu'elle présente tous les caractères de ce que l'on appelle maintenant la physique, est sans conteste la statique, étude des équilibres. Ceux des corps pesants, en particulier, dans un système tel que la balance, mais également cet équilibre qu'est le flottement. Archimède (287-212 avant J.-C.) a laissé dans ces domaines des notions et des résultats que l'on peut qualifier de « scientifiques ».
Il est vrai que, hormis l'astronomie, tout cela était encore peu de chose, et le monde arabe n'y ajouta pas beaucoup.
Après la Renaissance, l'Europe s'est mise à cultiver avec ardeur la « philosophie naturelle ». Par ses succès, elle a rendu l'humanité, en trois siècles, maîtresse de la nature.
L'optique, devenue science de la lumière, hésita sur l'explication à donner à cette dernière. Après avoir été tenté d'y voir un mouvement de corpuscules, on finit par se rendre à l'idée qu'il s'agissait d'ondes. Le mystère le plus entier persista néanmoins sur la nature du milieu qui ondule. Le son, en revanche, a été ramené aux vibrations des milieux comme l'air qui peuvent être le siège de petites ondulations très rapides.
Ces deux cas témoignent de l'importance prise par la mécanique. La physique mécaniste, espoir cartésien de pouvoir tout expliquer par des mouvements, des rencontres et des poussées de corps entre eux, fut un échec : aucun mécanisme de ce genre n'a réussi à rendre compte des caractéristiques des forces qui, telle la pesanteur, s'observent dans la nature. La mécanique rationnelle, science générale du mouvement et des forces, a été le premier pilier de la physique classique. En éludant la question de la nature des actions et en s'appliquant à établir des relations mathématiques fines, elle a permis de découvrir les grandes forces à l'œuvre dans la nature et, surtout, leurs caractéristiques.
James Clerk Maxwell
Créée par le Britannique Isaac Newton (1642-1727), la mécanique intégra d'emblée la statique. Mais Newton s'en servit avant tout pour établir la théorie de l'attraction universelle et pour en tirer les premières conséquences : théorie de la Lune, théorie des marées, etc. La mécanique céleste ne fit ensuite qu'aller de succès en succès.
Cent ans plus tard, ce fut au tour de la science du magnétisme et, surtout, à celle de l'électricité de prendre leur essor. Elles bénéficièrent elles aussi des lois de la mécanique rationnelle et tentèrent de ressembler à la théorie de l'attraction universelle. Cette attente-là fut déçue : leurs lois prirent d'autres formes que celle de la gravitation. Il apparut en outre qu'il ne s'agissait pas de deux sciences indépendantes, mais que l'électricité et le magnétisme sont des phénomènes intimement liés. Ainsi se constitua l'électromagnétisme, dont le Britannique James Maxwell (1831-1879) réduisit les principes à quelques formules, et ce qu'elles disaient de la propagation du champ électromagnétique conduisit à la conclusion que la lumière n'est qu'un cas particulier de rayonnement électromagnétique : l'optique se trouva ainsi intégrée au nouveau domaine. On n'en découvrit pas plus pour autant l'« éther », cet hypothétique milieu imperceptible dont les vibrations auraient expliqué la nature de ce rayonnement.
À la même époque, après que les concepts de température et de chaleur eurent été soigneusement définis, ces deux phénomènes donnèrent lieu à une nouvelle science, la thermodynamique. Son nom est justifié par les liens intimes que le phénomène de la chaleur entretient avec ceux qui, comme la pression des gaz, relèvent de la mécanique. C'est de la thermodynamique qu'est venu l'intérêt pour l'idée d'énergie, notion qui allait envahir la physique. Une fois bien établi que le travail des forces peut devenir chaleur, et inversement, il suffisait d'inventer cette grandeur censée se manifester sous différentes formes mais qui, tout comme la masse, se conserve au cours des transformations des systèmes.
Ludwig Boltzmann
Alors même que l'existence des atomes relevait encore de la simple hypothèse, il apparut que les lois de la thermodynamique pouvaient s'expliquer en termes mécaniques. Toutefois, en considérant qu'un gaz est constitué de particules en mouvement, il ne saurait être question de décrire son état par le menu. Seule une approche d'ensemble est envisageable, ce qui relève de la mécanique statistique, créée à cette occasion par l'Autrichien Ludwig Boltzmann (1844-1906).
Quelques grands traits de cette période ont été relevés en passant : rôle majeur de la notion de force, concurrencée ensuite par celles de champ et d'énergie ; importance des phénomènes ondulatoires également, le succès des théories mathématiques pouvant s'accompagner de l'échec des tentatives mécanistes d'explication. Galilée, Dialogus de systemate mundi
Un autre trait dominant de la physique classique est l'affirmation du déterminisme : si l'on connaît des lois qui s'appliquent à un système, ainsi que sa situation exacte à un instant donné, on peut prévoir son évolution avec toute la précision voulue ; ceci sous la double réserve de pouvoir résoudre les équations qui se présenteraient et d'avoir la patience d'effectuer les calculs. En d'autres termes, rien ne peut venir modifier le cours nécessaire des choses. Un dernier aspect qui mérite d'être relevé est l'unité attribuée au cosmos. Quoique la science sache se passer de l'hypothèse de l'existence d'une divinité législatrice, elle admet que la nature est soumise à des lois universellement valides. C'est un grand changement par rapport à ce qui avait prévalu jusqu'à la Renaissance. Dans la tradition aristotélicienne, ce qui se passe sur la Terre et dans tout le monde sublunaire est à peu près insaisissable, à l'opposé du monde mathématisable qui est celui des astres. C'est à Galilée et à Descartes que l'on doit d'avoir promu, au début du xviie s., la nouvelle conception du monde.
Au début du xxe s., un premier bouleversement a résulté de l'élaboration des théories de la relativité par Albert Einstein (1879-1955). La relativité restreinte est une nouvelle mécanique, à laquelle l'électromagnétisme fournit une partie de ses bases. Elle a débouché sur la maîtrise de l'énergie nucléaire et elle s'est révélée indispensable dans les expériences où les particules n'ont pas une vitesse négligeable par rapport à celle de la lumière. La relativité générale se présente, quant à elle, comme une nouvelle conception des rapports entre espace et matière.
Une seconde révolution, non moins importante, est venue à la suite de la découverte des atomes et de leurs constituants. Elle a emprunté deux voies, qui se sont rapidement rejointes, la mécanique ondulatoire et la mécanique quantique, cette dernière imposant son nom. Il est apparu que la description des édifices atomiques et de leurs interactions avec les ondes électromagnétiques exigeait une mécanique toute nouvelle, dans laquelle la grandeur qui prime est celle d'énergie. Cette dernière, surtout, ne peut plus varier continûment, mais seulement par quantités bien déterminées. Ces quanta purent être mis en relation avec différents aspects des atomes. Ils livrèrent notamment la clef des spectres d'émission des corps et de leur caractère discret.
Louis de Broglie
D'autre part, Einstein ayant établi que le rayonnement électromagnétique n'est pas seulement une onde, mais qu'il possède aussi un aspect corpusculaire, Louis de Broglie (1892-1987) appliqua l'idée à la matière en l'inversant : à toute particule il fallait désormais associer une onde. Cette mécanique ondulatoire une fois confirmée expérimentalement, tout – matière et rayonnement – était à la fois onde et corpuscule, apparaissant sous l'une ou l'autre des deux formes selon l'expérience effectuée.
Le physicien allemand Werner Heisenberg (1901-1976) montra que cette nouvelle mécanique comportait un aspect indéterministe : la position et le mouvement d'une particule ne peuvent être connus ensemble avec toute la précision voulue. Cet aspect disparaît au niveau macroscopique, celui de nos perceptions, où les objets sont composés d'un nombre très grand de particules. La mécanique quantique est appropriée au microscopique, c'est-à-dire à l'atome et aux particules qui le constituent.
Les particules ont été, tout au long du xxe s., l'objet privilégié de la physique : elle les a classées et elle a souvent prévu leur existence avant de la vérifier expérimentalement.
Compte tenu des diverses réorganisations qui ont touché la physique, voici le tableau que l'on peut brosser de l'état actuel de cette science.
La mécanique utilisée est, selon les situations étudiées, rationnelle (ou newtonienne), statistique, relativiste (en deux sens différents) ou encore quantique. De cette dernière relève la science des atomes et des particules subatomiques, mais aussi, un peu, le rayonnement électromagnétique. On sait que l'acoustique et la statique ne sont plus que de toutes petites branches dans cet ensemble, alors que la thermodynamique peut être vue comme un prolongement de quelque importance.
L'électromagnétisme, de son côté, reste la science des phénomènes qui lui ont donné son nom. L'intégration de l'optique en a fait une branche de grand poids, une sorte de rivale de la mécanique, capable d'imposer à l'occasion la prééminence de ses lois.
La physique atomique étudie la structure de l'édifice atomique, des molécules et des cristaux. Le cortège électronique, responsable des liaisons entre atomes, en constitue donc un domaine de choix. La physique nucléaire se consacre à la constitution des noyaux, et donc au proton et au neutron, qui sont ses deux constituants principaux ; la radioactivité en relève puisqu'elle consiste en des transformations de noyaux. À un autre échelon, la physique des particules étudie les constituants des nucléons, les six quarks principalement. Elle porte aussi sur des particules qui ne sont pas des constituants mais qui accompagnent systématiquement les phénomènes d'interaction qui se produisent entre les autres nucléons.
On peut remarquer que l'astronomie a gagné son autonomie. Elle est l'application de la physique à l'univers céleste, avec tout ce que celui-ci a de singulier, alors que la physique se veut science du général. Pour ce qui est de la cosmologie, c'est une tentative pour se faire une idée de l'Univers dans sa globalité, y compris son évolution.
La chimie s'occupe quant à elle, au delà des apparences sensibles (ou macroscopiques), des arrangements d'atomes. Dans une réaction chimique, les molécules et autres modes de groupements des atomes sont transformés : les uns disparaissent, d'autres apparaissent. Les atomes, en revanche, sont conservés. Tout au plus gagnent-ils ou perdent-ils des électrons. Ainsi la chimie se présente-t-elle, dans une visée toute théorique, comme un prolongement de la physique atomique. Elle n'est pas la science du plus petit puisque c'est la physique nucléaire qui est en charge de la transformation des noyaux, et que l'on trouve, en dessous de celle-ci, le niveau des particules dites « élémentaires ».
La physique prend pour objets d'étude des corps, immenses ou minuscules. Dans ce dernier cas, elle les appelle corpuscules, ou particules. Mais elle ne peut pas les appréhender comme des corps qui seraient seulement très petits. Non seulement les propriétés ne se retrouvent pas toutes, mais il faut les aborder à l'aide de théories différentes : mécanique quantique et non plus newtonienne. Outre cela, il faut associer des aspects dont on ne sait pas vraiment comment les intégrer : les corpuscules semblent être aussi des ondes. Inversement, des objets d'étude tels que la lumière, à l'aspect ondulatoire incontestable, en sont venus à se présenter aussi comme des particules. Sous ce rapport les ondes ont pris une importance imprévue, et l'unité de la physique en a été mise à mal.
Les physiciens étudient aussi les interactions, c'est-à-dire les forces que l'on rencontre universellement : la gravité entre les masses ; l'interaction électromagnétique, entre les charges ; l'interaction forte entre les quarks et entre les nucléons ; l'interaction faible entre des particules légères. Chacune suit ses lois, mais on a commencé d'unifier ce domaine. Les physiciens ont bon espoir de parvenir à une théorie unique des interactions. Le champ, objet apparu au xixe s., est corrélatif de l'interaction puisque c'est une région de l'espace, éventuellement vide de matière, où une particule subit une force lorsqu'on l'y place.
La liste des objets principaux de la physique ne serait pas complète sans cette grandeur singulièrement protéiforme qu'est l'énergie. Les corps en possèdent, de divers types ; les ondes aussi. Mais elle n'est plus tout à fait cette grandeur qui se conserve en toutes circonstances puisque la masse peut disparaître en donnant de l'énergie, et inversement.
LHC, Cern, Genève
Accélérateur de particules linéaire
La physique a toujours entretenu une relation d'échange avec les mathématiques. Celles-ci, par leurs développements, l'aident à avancer et, dans l'autre sens, la physique est source de problèmes à résoudre. Certains, comme le problème des trois corps, résistent encore : dans le cas général, on ne sait toujours pas trouver les équations exactes des trajectoires de trois corps interagissant par l'attraction universelle.
Avec les sciences de la nature, la physique est plutôt donneuse. Si l'astronomie a apporté une contribution décisive à la conception de la Nature, puis à la découverte de l'attraction universelle, elle profite grandement depuis des progrès de la physique. À toutes les sciences, la physique apporte d'abord ses lois, auxquelles elles doivent se plier mais sur lesquelles elles peuvent aussi s'appuyer. C'est elle également qui est en charge désormais de la métrologie, science des mesures. Le mètre et la seconde se définissent maintenant par l'atome et par le rayonnement.
Quant aux applications d'ordre technique, nous les voyons déferler – à l'échelle de l'histoire de l'humanité, le mot n'est pas trop fort – dans tous les aspects matériels qui conditionnent nos vies : maîtrise de l'énergie et des transports, télécommunications, électronique, etc., sont des retombées directes des découvertes réalisées par les physiciens. Les techniques, à leur tour, fournissent des outils nouveaux à la physique expérimentale : instruments de mesure, machines, véhicules spatiaux. Le cas le plus remarquable actuellement est sans doute celui des accélérateurs, installations vastes et complexes nécessaires pour briser les particules. Les pays industrialisés n'ont guère lésiné, ces dernières décennies, pour les réaliser.
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Premières utilisations du levier, du coin et du plan incliné.vers 2800 avant J.-C. Premières balances à deux plateaux suspendus à un fléau (Égypte).IXe s. avant J.-C. Premières poulies (Assyrie).Ve s. avant J.-C. Les philosophes grecs Leucippe et Démocrite développent une conception atomique de la matière.vers 287 avant J.-C. Naissance d'Archimède, à Syracuse.Ier s. Vie de Héron d'Alexandrie, mathématicien et mécanicien grec, inventeur de diverses machines (éolipile, fontaine de Héron).vers 965-1039 Vie du mathématicien, physicien et astronome arabe Ibn al-Haytham (Alhazen). Parmi ses 92 ouvrages connus se trouvent des commentaires critiques d'Aristote, de Galien, d'Euclide et de Ptolémée. En optique, il énonce les lois de la propagation rectiligne, de la réflexion et de la réfraction de la lumière. Sa pensée inspirera Bacon, Kepler, Descartes, Huygens.deuxième moitié du XIe s. Première mention de l'aiguille aimantée (ancêtre de la boussole), en Chine.vers 1220-1292 Vie de Roger Bacon, philosophe et savant anglais : contribution à l'avènement de la méthode expérimentale, première connaissance de la chambre noire, détermination du foyer des miroirs sphériques, théorie de l'arc-en-ciel, formule chimique de la poudre à canon.1269 Epistola de magnete (Lettre sur l'aimant), de Pierre Pèlerin de Maricourt, qui pose les bases du magnétisme et de la méthode expérimentale.1452-1519 Vie de Léonard de Vinci, artiste et savant (mécanique, mathématiques, anatomie) italien.1592 Invention du thermomètre par Galilée.1600 De magnete, du physicien anglais W. Gilbert, traité de magnétisme et d'électrostatique.1620 Énoncé de la loi de la réfraction par l'astronome et mathématicien hollandais W. Snellius (Snel van Royen).1622 Invention du réticule par l'Italien Cornelio Malvasia.1632 Énoncé de la loi de la chute des corps dans le vide par Galilée.1637 Discours de la méthode, ouvrage philosophique de Descartes, où il expose ses idées sur Dieu, l'âme, la physique et la médecine.1638 Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze, principal ouvrage scientifique de Galilée. Il y dévellope la loi du mouvement du pendule et celle du mouvement parabolique des projectiles dans le vide).1643 Expérience de Torricelli, dont dérive l'invention du baromètre.1654 Otto von Guericke effectue l'expérience des hémisphères de Magdebourg, mettant en évidence la pression atmosphérique.1665 Invention du baromètre à cadran par l'Anglais R. Hooke.1666 Premières expériences d'I. Newton sur la dispersion de la lumière blanche par le prisme.1670 Balance à deux fléaux de Roberval.1673 C. Huygens définit la force centrifuge et donne les lois du pendule composé.1676 Première mesure de la vitesse de la lumière par le Danois O. Römer.1676 Énoncé de la loi de compressibilité des gaz par le Français E. Mariotte.1679 Invention de la soupape de sûreté par D. Papin, qui met au point son « digesteur » (marmite de Papin), ancêtre de l'autoclave.1687 Philosophiae naturalis principia mathematica, d'I. Newton. Loi de l'attraction universelle, calcul intégral.1690 Théorie ondulatoire de la lumière de C. Huygens.1703 Le physicien français G. Amontons propose de mesurer la température non plus par la dilatation de l'air mais par sa pression à volume constant ; cette idée le conduit à la notion de zéro absolu de température.1705 Invention du manomètre par le mathématicien P. Varignon.1714 Échelle de température à deux points fixes de l'Allemand D. G. Fahrenheit.1722 Le physicien français René Antoine Ferchault de Réaumur étudie au microscope la constitution des métaux, fondant ainsi la métallographie.1725 Énoncé de la règle de composition des forces concourantes par P. Varignon.1727 Découverte de l'aberration de la lumière par le Britannique J. Bradley.1729 Découverte de l'électrisation par contact et premières expériences de transport d'électricité par le Britannique S. Gray.1729 Le Français P. Bouguer pose les bases de la photométrie.1729 Construction de la première lentille achromatique par le Britannique C. M. Hall.1732 Invention par H. Pitot du tube qui porte son nom, permettant de mesurer la pression dans un fluide et qui, combiné avec une prise de pression statique, permet de calculer la vitesse de l'écoulement d'un fluide, notamment de l'air.1733 Découverte de deux types d'électrisation (positive et négative) par C. F. de Cisternay Du Fay.1734 Invention du dynamomètre par le Français J. Le Roy.1736 Traité complet de mécanique de L. Euler, premier grand ouvrage où l'analyse est appliquée à la science du mouvement.1736 Naissance de Ch. de Coulomb, J. L. de Lagrange et J. Watt.1738 Mesure de la vitesse du son dans l'air effectuée entre la butte Montmartre à Paris et Montlhéry par C. F. Cassini de Thury, N. L. de La Caille et G. D. Maraldi.1738 Hydrodynamica, du Suisse D. Bernoulli : traité d'hydrodynamique, fondements de la théorie cinétique des gaz.1742 Invention, par le Britannique B. Robins, du pendule balistique, pour mesurer la vitesse des projectiles.1742 Échelle thermométrique centésimale du Suédois A. Celsius.1743 Traité de dynamique, du Français J. Le Rond d'Alembert.1744 P. L. 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Il introduit les notions de chaleur spécifique et de chaleur latente de changement d'état.1785 Le Français Ch. de Coulomb énonce la loi des forces électrostatiques.1788 Mécanique analytique de J. L. de Lagrange.1790 Le mètre est défini comme la dix millionième partie du quart de la longueur du méridien terrestre.1795 Institution du système métrique en France.1795 Invention du télémètre par le Français A. de Rochon.1800 Invention de la pile électrique par l'Italien A. Volta.1800 Découverte du rayonnement infrarouge par W. Herschel.1801 Découverte des interférences lumineuses par T. Young.1801 Découverte du rayonnement ultraviolet par J. W. Ritter.1802 Le Français L. J. Gay-Lussac énonce la loi de dilatation des gaz.1805 L. J. Gay-Lussac énonce les lois sur les rapports des volumes de gaz entrant en combinaison.1807 T. Young introduit la notion d'énergie mécanique.1808 Le Français É. L. Malus découvre la polarisation de la lumière.1809 J.-B. Biot mesure la vitesse du son dans divers solides et élabore une théorie mathématique de sa propagation.1811 Découverte de la polarisation chromatique et de la polarisation rotatoire de la lumière par les Français F. Arago et J.-B. Biot.1811 L'Italien A. Avogadro fait l'hypothèse de la constance du nombre de molécules dans des volumes égaux de gaz différents.1814 Invention du spectroscope par l'Allemand J. von Fraunhofer qui, grâce à ce nouveau dispositif, découvre les raies d'absorption (raies sombres) du spectre solaire.1814 J.-B. Biot découvre le pouvoir rotatoire de certains liquides, comme l'essence de térébenthine et les solutions sucrées : ces liquides possèdent la propriété de faire tourner le plan de polarisation de la lumière qui les traverse.1814 Le Britannique D. Brewster découvre les lois de la polarisation par réflexion.1819 Le Français A. Fresnel publie un mémoire sur la diffraction où il décrit le dispositif connu depuis sous le nom de miroir de Fresnel et prouve que la théorie ondulatoire de la lumière peut seule expliquer les phénomènes d'interférences lumineuses.1820 F. Arago découvre l'aimantation du fer placé au voisinage d'un courant électrique.1820 Le Danois H. C. Œrsted découvre les effets magnétiques du courant électrique ; A. M. Ampère établit la théorie du phénomène.1820 J.-B. Biot et F. Savart déterminent la valeur du champ magnétique engendré par un courant rectiligne et énoncent la loi du phénomène.1821 A. M. Ampère émet l'hypothèse que les molécules des corps sont l'objet de courants de particules que l'aimantation peut diriger, se montrant ainsi un précurseur de la théorie électronique de la matière.1822 Publication du Traité des propriétés projectives des figures, du Français J. V. Poncelet, qui fonde la géométrie projective, et de la Théorie analytique de la chaleur, du Français J. Fourier, qui introduit les séries trigonométriques dites « de Fourier ».1822 Mesure de la vitesse du son dans l'air par F. Arago et M. Riche de Prony.1824 Publication des Réflexions sur la puissance motrice du feu et les machines propres à développer cette puissance, de N. L. Sadi Carnot, où se trouve énoncé le deuxième principe de la thermodynamique.1827 A. M. Ampère publie son mémoire Sur la théorie mathématique des phénomènes électrodynamiques uniquement déduite de l'expérience, qui crée la théorie de l'électrodynamique et le vocabulaire de l'électricité (notamment les mots « courant » et « tension »).1827 L'Allemand G. S. Ohm établit la loi fondamentale du courant électrique (relation qui lie la tension entre deux points d'un circuit et le courant qui y passe), et définit la résistance.1827 Le Britannique R. Brown observe au microscope le mouvement désordonné de fines particules de pollen en suspension dans l'eau (mouvement brownien) : ce phénomène, imputable au mouvement d'agitation des molécules du fluide, ne sera compris qu'un demi-siècle plus tard.1828 Le Britannique P. Barlow invente un dispositif qui montre l'action d'un champ magnétique sur un courant électrique (roue de Barlow).1828 Le Britannique W. Nicol invente le prisme polariseur qui porte son nom.1831 Découverte de l'induction électromagnétique par M. Faraday.1832 Découverte de l'auto-induction par l'Américain J. Henry.1832 Invention du magnétomètre par C. F. Gauss.1833 Le Russe H. F. E. Lenz établit la loi donnant le sens des courants induits (loi de Lenz).1834 Mise en évidence par le Français G. Coriolis de la force qui porte son nom.1834 Le Français J. Ch. Athanase Peltier découvre l'effet thermoélectrique selon lequel le courant, à travers la jonction de deux matériaux, provoque, dans cette jonction, le dégagement ou l'absorption d'une quantité de chaleur qui, par unité de temps, est proportionnelle au courant (effet Peltier).1834 Le Français É. Clapeyron publie un mémoire sur la force motrice de la chaleur, qui contribue à la fondation de la thermodynamique.1837 M. Faraday étudie la polarisation des diélectriques (distribution des charges sur les corps isolants) et introduit la notion de lignes de force électriques.1841 Le Britannique J. Pr. Joule découvre l'échauffement qui se produit lors du passage d'un courant électrique dans un conducteur (effet Joule).1842 L'Allemand J. R. von Mayer établit le premier principe de la thermodynamique.1842 L'Autrichien C. Doppler découvre la modification de fréquence des vibrations sonores émises par une source en déplacement (effet Doppler).1843 J. Pr. Joule introduit la notion d'équivalent mécanique de la chaleur.1844 Invention du baromètre anéroïde par le Français L. Vidie.1845 M. Faraday découvre l'action d'un champ magnétique sur la lumière polarisée.1847 Découverte des courants telluriques par le Britannique P. Barlow.1847 L'Allemand H. von Helmholtz introduit la notion d'énergie potentielle et énonce le principe de la conservation de l'énergie.1848 Le Britannique W. Thomson (lord Kelvin) propose l'échelle de température thermodynamique (aujourd'hui échelle Kelvin), dont le zéro correspond à - 273 °C.1848 H. Fizeau établit la théorie de l'effet Doppler.1849 H. Fizeau mesure la vitesse de la lumière, qu'il trouve égale à 315 500 km/s.1849 Invention du manomètre métallique par le Français E. Bourdon.1850 Invention des jumelles à prismes par l'Italien I. Porro.1850 L'Allemand R. Clausius donne un nouvel énoncé du second principe de la thermodynamique et introduit la notion d'entropie.1850 Le Français L. Foucault mesure la vitesse de la lumière, qu'il trouve égale à 298 000 km/s dans l'air et à 221 000 km/s dans l'eau.1851 L. Foucault met en évidence le mouvement de rotation de la Terre à l'aide d'un pendule suspendu à la coupole du Panthéon, à Paris.1851 Invention de la bobine d'induction par l'Allemand H. D. Ruhmkorff.1852 Invention du gyroscope par L. Foucault.1853 W. Thomson (lord Kelvin) donne la théorie des circuits oscillants.1857 L'Allemand R. E. Clausius développe la théorie cinétique des gaz.1857 L'Allemand H. Geissler réalise la première pompe à vide à mercure.1858 Naissance du physicien allemand M. Planck.1858 L'Italien S. Cannizzaro introduit la notion de nombre d'Avogadro.1858 Découverte de la fluorescence produite par les rayons cathodiques par l'Allemand J. Plücker.1859 Découverte de la cataphorèse (migration de particules colloïdales en direction de la cathode sous l'action d'un courant électrique) par l'Allemand G. H. Quincke.1859 G. R. Kirchhoff définit le « corps noir ».1859 Les Allemands G. R. Kirchhoff et R. Bunsen créent l'analyse spectrale.1865 Le Britannique J. C. Maxwell formule la théorie électromagnétique de la lumière, unifiant les phénomènes électriques, magnétiques et lumineux.1868 Invention par le Français G. Leclanché de la pile électrique utilisant comme électrolyte le chlorure d'ammonium et comme dépolarisant le bioxyde de manganèse.1869 Découverte des rayons cathodiques par l'Allemand J. W. Hittorf.1871 J. C. Maxwell développe la théorie cinétique des gaz, selon laquelle la pression d'un gaz est due au choc des molécules qui le constituent et sa température est fonction de la vitesse de ces molécules.1871 Découverte du phénomène de regel de la glace par l'Irlandais J. Tyndall.1873 Le Néerlandais J. D. Van der Waals établit la continuité des états liquide et gazeux.1875 L'Américain J. W. Gibbs énonce la règle des phases, qui fixe la variance d'un système physico-chimique.1876 L'Américain H. A. Rowland montre qu'une charge électrique mobile crée un champ magnétique, mettant ainsi en évidence l'identité des électricités statique et dynamique.1876 J. W. Gibbs étend la thermodynamique à la chimie et introduit la notion de potentiel chimique.1877 L'Autrichien L. Boltzmann crée la mécanique statistique.1879 H. von Helmholtz montre que l'électricité a une structure granulaire.1879 Le Britannique W. Crookes étudie les décharges électriques dans les gaz raréfiés.1880 L'Américain E. H. Hall découvre l'effet qui porte son nom (apparition d'un champ électrique dans un conducteur ou un semi-conducteur soumis à un champ magnétique).1880 Découverte de l'hystérésis magnétique par l'Allemand E. Warburg.1880 Découverte de la piézoélectricité par les Français Pierre et Jacques Curie.1881 Première expérience des Américains A. Michelson et E. W. Morley sur la vitesse de la lumière, pour mettre en évidence un éventuel déplacement de la Terre par rapport à l'éther dans lequel les ondes lumineuses étaient censées se propager.1882 Le Français F. Raoult énonce les lois de la cryométrie et de l'ébulliométrie.1882 Étude, par l'Écossais J. A. Ewing, du phénomène d'hystérésis, découvert indépendamment par E. Warburg en 1880.1885 Découverte des courants électriques polyphasés par N. Tesla.1887 Fin des expériences de A. Michelson et E. W. Morley, qui établissent la constance de la vitesse de la lumière.1887 L'Allemand H. Hertz découvre l'effet photoélectrique et confirme la théorie électromagnétique de Maxwell en découvrant expérimentalement des ondes électromagnétiques et en montrant qu'elles possèdent toutes les propriétés de la lumière.1891 L'Irlandais G. J. Stoney nomme « électron » le corpuscule élémentaire d'électricité, dont il a postulé l'existence dès 1874, et tente d'en calculer la charge.1895 Découverte des rayons X par l'Allemand W. C. Röntgen.1896 Invention par les Français Ch. Fabry et A. Pérot de l'interféromètre qui porte leur nom.1896 Découverte par le Néerlandais P. Zeeman de la modification du spectre d'émission d'un corps sous l'action d'un champ magnétique.1896 Découverte de la radioactivité naturelle (de l'uranium) par H. Becquerel.1897 Le Britannique J. J. Thomson mesure le rapport de la charge à la masse de l'électron.1898 Les Français Pierre et Marie Curie découvrent le polonium et le radium.1899 Découverte des cristaux liquides par l'Allemand O. Lehmann.1900 L'Allemand M. Planck fait l'hypothèse des quanta d'énergie pour expliquer le rayonnement du corps noir.1900 Découverte des rayons gamma par le Français P. Villard.1902 L'Américain A. E. Kennelly et le Britannique O. Heaviside, pour expliquer la transmission de signaux radioélectriques par-dessus l'Atlantique, font l'hypothèse de la présence d'une couche conductrice dans la haute atmosphère, l'ionosphère, ayant la propriété de réfléchir les ondes hertziennes.1902 Travaux des Britanniques E. Rutherford et F. Soddy sur la radioactivité naturelle.1903 Prix nobel de physique pour Pierre et Marie Curie (Marie obtiendra le prix nobel de chimie en 1911).1903 L'Autrichien R. Zsigmondy et l'Allemand H. Siedentopf construisent le premier ultramicroscope.1904 Publication par le Néerlandais H. A. Lorentz des formules de transformation reliant les distances, les masses et le temps de deux systèmes en mouvement rectiligne uniforme l'un par rapport à l'autre.1905 La Connaissance et l'Erreur, ouvrage de E. Mach.1905 L'Allemand A. Einstein explique l'effet photoélectrique et le mouvement brownien et énonce la théorie de la relativité restreinte.1906 Énoncé par l'Allemand W. Nernst du troisième principe de la thermodynamique (à la température du zéro absolu, l'entropie de tous les systèmes est nulle).1906 Découverte de la chromatographie (méthode de séparation des constituants d'un mélange) par le Russe M. S. Tsvet.1907 Le Français P. Weiss crée la théorie du ferromagnétisme.1907 Découverte de l'isotopie par le Britannique F. Soddy.1908 L'Américain G. Hale découvre le magnétisme des taches solaires.1908 Le Néerlandais H. Kamerlingh Onnes liquéfie l'hélium (à - 269 °C).1911 Mesure de la charge de l'électron par l'Américain R. A. Millikan.1911 Modèle planétaire d'atome proposé par E. Rutherford.1911 Découverte de la supraconductivité par H. Kammerlingh Onnes.1912 L'Américain (d'origine autrichienne) V. Hess découvre le rayonnement cosmique (dont l'existence avait été établie indirectement dès 1910 par le Suisse A. Gockel).1912 Le Britannique Ch. T. R. Wilson invente la chambre humide à condensation (détecteur de particules) qui porte son nom.1912 L'Allemand M. von Laue étudie la diffraction des rayons X par les cristaux.1913 Découverte par l'Américain W. D. Coolidge du tube à cathode pour la production de rayons X.1913 Découverte par l'Allemand H. Geiger du compteur de particules qui porte son nom.1913 Découverte par l'Allemand J. Stark de la décomposition des raies spectrales émises ou absorbées par un atome, sous l'influence d'un champ électrique.1913 F. Soddy établit l'existence des isotopes, que le Suédois G. Hevesy de Heves utilise comme marqueurs radioactifs dans les réactions chimiques.1913 Le Britannique J. J. Thomson crée la spectrographie de masse.1913 Premier modèle quantique d'atome, proposé par le Danois N. Bohr.1915 L'Allemand A. Sommerfeld applique à l'atome la mécanique relativiste conjointement à la théorie des quanta et réussit ainsi à expliquer la structure fine des raies spectrales.1916 Théorie de la relativité générale, de l'Allemand A. Einstein.1919 Le Britannique A. S. Eddington vérifie, lors d'une éclipse totale du Soleil, que la lumière des étoiles lointaines est courbée par le champ de gravitation du Soleil, conformément aux prévisions de la théorie de la relativité.1920 Les Français F. Holweck et J. Thibaud établissent expérimentalement, indépendamment l'un de l'autre, la continuité entre le rayonnement ultraviolet et les rayons X.1923 L'Américain A. Compton observe la diffusion des rayons X par les électrons des atomes (effet Compton).1924 Le Français L. de Broglie crée la mécanique ondulatoire, qui unifie les conceptions corpusculaire et ondulatoire des objets quantiques.1925 Les Américains (d'origine néerlandaise) S. A. Goudsmit et G. Uhlenbeck définissent le spin de l'électron.1925 L'Allemand W. K. Heisenberg expose les bases du formalisme matriciel de la mécanique quantique.1926 L'Autrichien E. Schrödinger trouve l'équation d'onde régissant le mouvement des objets quantiques.1927 Les Américains C. J. Davisson et L. Germer, d'une part, le Britannique G. P. Thomson, d'autre part, montrent expérimentalement le caractère ondulatoire des électrons.1927 Le Belge G. Lemaître propose un modèle relativiste d'univers en expansion.1927 W. K. Heisenberg formule les relations d'incertitude stipulant qu'il est impossible de mesurer simultanément la position et la vitesse d'un même objet quantique.1928 Les Américains G. Lewis et I. Langmuir expliquent la formation des molécules par mise en commun de doublets d'électrons.1928 L'Indien Chandrasekhara Venkata Raman met en évidence la diffusion de la lumière par les molécules et les ions.1928 Les Allemands H. Geiger et E. W. Müller perfectionnent le compteur de particules qui porte leur nom.1928 Le Britannique P. Dirac formule l'équation d'onde qui porte son nom, première formulation de la théorie quantique compatible avec le principe de relativité.1929 P. Dirac prédit l'existence du positron.1929 L'Allemand F. Wankel pose les bases théoriques du moteur thermique à piston rotatif.1930 Invention de l'accélérateur électrostatique de particules par l'Américain R. J. Van de Graaff.1930 Invention du cyclotron par l'Américain E. O. Lawrence.1930-1942 Les travaux de H. A. Krebs, B. Éphrussi et M. Delbrück permettent la jonction entre la biologie, la chimie et la physique.1931 Découverte de l'émission radioélectrique du centre galactique par l'Américain K. Jansky.1931 L'Américain (d'origine autrichienne) W. Pauli, sur des bases théoriques, émet l'hypothèse du neutrino.1931 Théorie cosmologique de l'atome primitif par G. Lemaître.1932 Le Britannique J. Chadwick découvre le neutron et l'Américain C. Anderson le positron (électron positif) dans les rayons cosmiques.1933 Invention du microscope électronique par les Allemands E. Brüche, M. Knoll et E. Ruska.1934 Travaux de l'Italien E. Fermi sur la fission nucléaire.1934 Le Soviétique P. A. Tcherenkov découvre l'émission de lumière par des particules chargées se déplaçant dans un milieu à une vitesse supérieure à celle de la lumière dans ce milieu (effet Tcherenkov).1934 Découverte de la radioactivité artificielle par les Français Irène et Jean Frédéric Joliot-Curie.1935 Le Japonais Yukawa Hideki, sur des bases théoriques, prédit l'existence du méson.1937 Création du palais de la Découverte, à Paris, par J. Perrin.1938 Les Allemands O. Hahn et F. Strassmann découvrent la fission de l'uranium.1938 Invention du magnétron (tube à vide générateur ou amplificateur de courants de très haute fréquence, utilisé notamment dans les radars et les relais hertziens) par le Français M. Ponte.1938 L'Allemand H. A. Bethe découvre le cycle de réactions thermonucléaires de fusion de l'hydrogène en hélium à l'origine de l'énergie rayonnée par les étoiles chaudes.1939 L'Autrichienne L. Meitner et le Britannique (d'origine autrichienne) O. Frisch élucident le mécanisme de la fission nucléaire.1939 Découverte de la réaction nucléaire en chaîne par F. Joliot-Curie.1942 L'Italien E. Fermi dirige à Chicago la construction de la première pile atomique.1943 Invention du synchrocyclotron par le Britannique M. L. E. Oliphant.1945 Premières bombes atomiques, mises au point aux États-Unis (tir d'essai le 16 juillet dans le désert d'Alamogordo, au Nouveau-Mexique ; lancement le 6 août sur Hiroshima et le 9 août sur Nagasaki, au Japon) ; capitulation du Japon (14 août).1945 Le Néerlandais H. Van de Hulst, sur des bases théoriques, prédit l'existence d'une émission radioélectrique de l'hydrogène interstellaire à 21 cm de longueur d'onde.1946 Construction du premier synchrotron par les Américains E. M. McMillan et M. L. E. Oliphant.1948 Les Américains R. Feynman et J. S. Schwinger, le Japonais Tomonaga Shinichiro fondent l'électrodynamique quantique.1948 Introduction de la méthode de datation d'échantillons par le carbone 14, par l'Américain W. F. Libby.1951 Observation de la raie d'émission à 21 cm de l'hydrogène neutre interstellaire par des équipes américaines, australiennes et néerlandaises.1952 Invention par l'Américain D. A. Glaser de la chambre à bulles, pour la détection des particules chargées de haute énergie.1952 Explosion à Eniwetok (îles Marshall) de la première bombe à hydrogène, mise au point aux États-Unis.1954 Invention du maser par l'Américain Ch. H. Townes, qui suggère aussi le principe du laser.1955 Découverte de l'antiproton par les Américains O. Chamberlain et E. Segrè.1955 Première centrale nucléaire, mise en service à Calder Hall (Grande-Bretagne).1956 Les Américains J. Bardeen, L. Cooper et J. R. Schrieffer expliquent le phénomène de supraconductivité (disparition de la résistance électrique dans les métaux à très basse température).1958 L'Allemand R. Mössbauer découvre l'absorption et l'émission résonnante sous recul des rayons gamma par certains noyaux atomiques engagés dans un solide et le rayonnement qui en résulte (effet Mössbauer).1960 Construction du premier laser (à rubis) par l'Américain T. H. Maiman.1961 En Italie, premier anneau de collision pour l'étude des protons et des électrons.1962 Le Britannique B. D. Josephson découvre que le courant électrique peut franchir une mince barrière isolante placée entre deux métaux supraconducteurs (effet Josephson).1966 L'Américain M. Gell-Mann postule l'existence des quarks, constituants élémentaires des protons et des neutrons.1967 L'Américain S. Weinberg et le Pakistanais A. Salam proposent une théorie permettant d'unifier l'interaction électromagnétique responsable de la cohésion des atomes et l'interaction faible qui explique les désintégrations spontanées (théorie électrofaible).1971 Au Cern, près de Genève, mise en service des anneaux de collision à intersection (ISR) permettant d'accélérer des protons avec une énergie de 28 GeV par faisceau.1972 Mise en service du synchrotron à protons de 500 GeV au Fermilab, à Chicago (États-Unis).1972 Premières fibres optiques, réalisées par la firme américaine Corning Glassworks.1974 Découverte, aux États-Unis, par les équipes de B. Richard et de S. Twig, des premières particules charmées (particules J ou psi).1977 Mise en service au Cern du supersynchrotron à protons (SPS) de 400 GeV.1980 Commercialisation des premiers paliers magnétiques actifs par la Société de mécanique magnétique.1981 Mise au point de la microscopie par effet tunnel par l'Allemand G. Binnig et le Suisse H. Röhrer aux laboratoires IBM de Zurich.1983 Découverte au Cern, près de Genève, des particules W et Zo, bosons chargés prévus par la théorie électrofaible.1983 Mise en service du JET (Joint European Torus), réacteur européen pour l'étude de la fusion thermonucléaire contrôlée, à Culham (Grande-Bretagne).1984 Lancement du programme technologique européen Esprit.1986 Catastrophe nucléaire de Tchernobyl.1986 Premiers robots lasers utilisés dans les ateliers de mécanique.1989 Mise en service au Cern du LEP (Large Electron-Positron collider).1989 Des expériences effectuées au Cern et à Stanford (É.-U.) établissent qu'il n'existe pas plus de trois familles de particules dans l'Univers.1991 Le tokamak (machine à confinement magnétique stationnaire) du JET atteint pendant 2 secondes une température proche de 300 millions de degrés, en dégageant une énergie de 1,5 à 2 mégawatts.1993 Deux équipes françaises élaborent des matériaux présentant certains des critères de la supraconductivité à des températures proches des températures ambiantes (et à plus de 100 degrés au-dessus des précédents records).2012 Le Français Serge Haroche est colauréat du prix Nobel de physique pour ses travaux sur la physique quantique et les photons (9 octobre).