Presses universitaires de Perpignan

Physique théorique et réalité

Développements des sciences physiques et actualité des grands courants de la pensée antique

Olivier Henri-Rousseau

DOI : 10.4000/books.pupvd.40206

Éditeur : Presses universitaires de Perpignan

Lieu d’édition : Perpignan

Année d’édition : 2018

Date de mise en ligne : 13 mai 2022

Collection : Études

EAN électronique : 9782354123574

https://books.openedition.org

Édition imprimée

EAN (Édition imprimée) : 9782354123062

Nombre de pages : 443

Référence électronique

HENRI-ROUSSEAU, Olivier. Physique théorique et réalité : Développements des sciences physiques et actualité des grands courants de la pensée antique. Nouvelle édition [en ligne]. Perpignan : Presses universitaires de Perpignan, 2018 (généré le 16 mai 2022). Disponible sur Internet : <http://books.openedition.org/pupvd/40206>. ISBN : 9782354123574. DOI : https://doi.org/10.4000/books.pupvd.40206.

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Résumés

Sans craindre de faire appel à des équations, l’auteur dresse un panorama historique des sciences physiques (physique classique, chimie, mécanique quantique, théories relativistes, particules élémentaires et cosmologie) allant de l’Antiquité jusqu’à nos jours.
Il y expose comment ces dernières, qui reposèrent longtemps sur le mécanisme cartésien, l’ont abandonné lors de l’avènement de la mécanique quantique. C’était le prix à payer pour expliquer les propriétés spécifiques des atomes et des molécules. Après différentes considérations d’ordre épistémologiques, il montre que l’intelligibilité est omniprésente dans la physique contemporaine et il termine en expliquant en quoi la philosophie antique garde son actualité.

Without fear of using equations, the author draws a historical overview of the physical sciences (classical physics, chemistry, quantum mechanics, relativistic theories, elementary particles and cosmology) from Antiquity to the present day. He exposes how these latter, which for a long time relied on the Cartesian mechanism, abandoned it on the advent of quantum mechanics. That was the price to be paid to explain the specific properties of atoms and molecules. After various epistemological considerations, he shows that the intelligibility is omnipresent in contemporary physics and concludes by explaining how antic philosophy remains always actual today.

Olivier Henri-Rousseau

Ancien professeur de chimie théorique à Perpignan, né en 1943 a fondé puis dirigé le laboratoire Mathématiques et Physique (LAMPS EA 4217). A interprété (en même temps que Houk aux USA) la régio-sélectivité des cycloadditions dipolaires 1, 3, puis forgé la théorie des spectres IR des liaisons- H faibles qui est à présent acceptée par la communauté scientifique. Auteur de Darwin et ses héritiers (Artège, 2009), et co-auteur de Quantum Oscillators (Wiley, 2011), a signé plus de 80 articles.

Former professor of theoretical chemistry at Perpignan University, born in 1943, and subsequently founded and then directed the laboratory of Mathematics and Physics (LAMPS EA 4217). Interpreted (at the same time as Houk in the USA) the regio-selectivity of 1,3 dipolar cycloadditions and then forging the theory of IR spectra of weak-H bonds which is now well accepted by the scientific community. Author of «Darwin and his heirs» (Artège, 2009), and co-author of «Quantum Oscillators» (Wiley, 2011), he has written more than 80 scientific articles.

Sommaire

Remerciements

Préface

Jean-Michel Maldamé

Avant propos

Introduction

But de l’ouvrage

Sommaire de l’ouvrage

Première partie de contenu scientifique

Seconde partie de nature philosophique

Conclusion générale

Postface

Chapitre I. Intuitions antiques et médiévales

Introduction

Platon et ses prédécesseurs

Les grandes intuitions d’Aristote

Démarches scientifiques antiques

Les écoles atomiste, épicurienne et stoïcienne

Le monde grec antique de la pensée

Jésus-Christ et le christianisme

Conclusion

Première partie. Développements des sciences physiques depuis le quinzième siècle jusqu’à nos jours

Chapitre II. Fondation de la physique moderne

Avènement du mécanisme : figure et mouvement

Introduction

Cadre historique moderne

La révolution copernicienne

La physique prénewtonnienne

La physique newtonienne

Incidences sur l’histoire de la pensée

La philosophie critique de Kant

Conclusion

Chapitre III. Apogée de la physique classique

Triomphe du continu et du déterminisme

Introduction

Quelques bases théoriques pré requises

Reformulations de la mécanique

Le déterminisme laplacien et la physique

La théorie électromagnétique de Maxwell

La théorie de la relativité restreinte

La Thermodynamique

Développement des techniques

Conclusion

Chapitre IV. Physique et chimie se rencontrent

Revanche de l’individualité et de la spécificité sur la figure et le mouvement

Introduction

Les développements de la chimie

La physique statistique

Une réalité physique hiérarchisée

Conclusion

Chapitre V. La mécanique quantique

Revanche de la contingence sur le mécanisme déterministe

Introduction

Origine de la mécanique quantique

La mécanique quantique

Conséquences physiques des postulats

La mécanique ondulatoire

Applications de la mécanique quantique

Systèmes à plusieurs degrés de liberté

Conclusion

Chapitre VI. La mécanique ondulatoire accorde le droit de cité aux substances physiques et chimiques

Introduction

L’opérateur hamiltonien, base de l’étude

Hydrogène atomique et hydrogénoïdes

Les atomes polyélectroniques

Les molécules polyatomiques

Multiples causes, effet simple et unique

Noyaux atomiques et chimie nucléaire

Conclusion

Chapitre VII. Mécanique quantique et théorie des particules élémentaires

Introduction

Equation de Klein Gordon

Equation de Dirac

Théorie de la double quantification

Groupes de symétrie géométrique

Les particules élémentaires

Conclusion

Chapitre VIII. Théorie générale de la relativité

Cosmologie et expansion de l’univers. Cosmogénèse intégrant la théorie de l’évolution

Introduction

Bases mathématiques

La théorie de la relativité générale

Système solaire en géométrie de Riemann

Hypothèse de l’expansion de l’univers

La cosmogénèse contemporaine

Conclusion

Seconde partie. Considérations philosophiques sur les sciences physiques

Préambule

Connaissance et connaissances

Sagesse, philosophie, science et sciences

Les conceptions empiristes et rationalistes

Conclusion

Chapitre IX. Considérations épistémologiques. Interrogations philosophiques

Introduction

Notions épistémologiques de base

Les grands modèles physiques théoriques

Les différentes physiques axiomatiques

Intelligibilité des réalités physiques

Intelligibilité de la physique et intelligence

Questions soulevées par le Big Bang

La cosmogénèse contemporaine à la mode

Conclusion

Chapitre X. Richesse foisonnante de la réalité en physique

Introduction

Abandon du mécanisme cartésien

Matière et énergie ne sont pas la réalité

Spécificité des grandeurs de la physique

Le monde sui generis des particules de base

Infinie diversité atomique et moléculaire

Conclusion

Chapitre XI. Cosmos et finalité au sein de l’univers

Introduction

Différents points de vue sur la finalité

Le cosmos et le principe anthropique

Finalité et rapports de convenance

Conclusion

Chapitre XII. Mouvement et réalité en physique. Actualité d’Aristote

Introduction

Causalité et dynamique physique

Analyse du mouvement au sens large

Contingence et nécessité en physique

Passage de la puissance à l’acte des essences

La réalité physique n’est pas univoque

Analogie de l’être

Conclusion

Conclusion générale

Annexe générale

Glossaire

Bibliographie

Remerciements

À mon ami Paul Blaise, vieux compagnon de route depuis 1975.

Avant tout propos, je tiens à remercier les Pères Jean-Michel Maldamé, membre de l’Académie Pontificale des Sciences, Louis-Marie de Blignères et Basile Valuet, ainsi que l’Abbé Bernard Lucien pour leurs remarques portant sur les parties philosophiques concernant Aristote et Saint Thomas d’Aquin. Mes remerciements vont également à mon frère Nicolas pour les discussions que j’ai eues avec lui sur les questions portant sur les finalités interne et externe et sur le déterminisme.

J’exprime aussi ma gratitude, pour leurs remarques et leurs corrections concernant les parties scientifiques, envers les professeurs Philippe Durand (Physique), Paul Blaise (Chimie physique, et présentation du manuscrit), Hamid Kachkachi (particules élémentaires et cosmologie) et les docteurs Pierre Villalongue (Mathématiques), Robert Brouzet (Mathématiques et philosophie) et Pierre-Michel Déjardin (Mécanique quantique et relativité).

Par ailleurs, ma reconnaissance va au Pr. Mircéa Sofonéa, Directeur du LAMPS pour le soutien financier apporté par son laboratoire à l’édition du présent ouvrage ainsi qu’aux Presses Universitaires de Perpignan.

Enfin je ne saurais oublier dans ces remerciements mon fils Pierre1 pour la série de portraits réalisés dans cet ouvrage.

Notes

1  Pierre Henri-Rousseau, né en 1991 à Perpignan, arrière petit-fils du peintre orientaliste Henri Rousseau (1875-1933), formé à l’Atelier de la Renaissance de Lyon, est peintre, ainsi que copiste et restaurateur de tableaux anciens sous le nom de Hacher.

Préface

Jean-Michel Maldamé

Le titre donné à l’ouvrage « Physique théorique et réalité » éveille le lecteur à une question que peu de gens osent poser. Il est en effet admis que la science est source de vérité et qu’en étant conforme à ses leçons on accèdera à la connaissance du monde et que l’action humaine fondée sur elle sera heureuse pour un développement durable. La science comme telle reste dans sa situation de reine du savoir rigoureux, pour la nature, mais aussi pour l’humanité. Les courants dits « antiscience » sont portés par le souci de promouvoir la qualité de la vie ; on leur rétorque souvent que ce sont des erreurs humaines et les propos éthiques portent sur les applications technologiques. Ces débats montrent comment la culture dominante en Occident reste au seuil d’une interrogation sur la nature même de ce savoir où la physique constitue la base de la formation de l’esprit scientifique. L’interrogation portée par le titre de l’ouvrage ouvre sur une question plus radicale : le rapport au réel. C’est très ambitieux. L’emploi du terme « réalité » est en effet polémique, tant chez les philosophes des sciences que chez ceux qui fondent la grandeur de l’humanité sur la raison ; les uns et les autres ayant le souci d’écarter l’imaginaire ou l’usage d’une méthode insuffisante. Sans mépris aucun pour ces exigences, Olivier Henri-Rousseau entend développer une argumentation dont le but est de retrouver une relation pacifiée au réel mieux connu par les sciences avec une tradition de pensée qui veut être plus profonde.

En ouvrant le livre le lecteur perçoit sa qualité pédagogique. La distinction entre des parties techniques, qui ne sont accessibles qu’à un public formé par les universités ou les grandes écoles, et celles qui reposent sur un formalisme et des résultats acquis pour le baccalauréat permettra d’avancer sans se perdre et de rester dans le droit fil du propos. L’écriture des formules mathématiques ne sera pas un obstacle ; elle permettra de vérifier les assertions fondatrices. La présentation des résultats de manière historique permet aussi de voir comment la science se construit par un chemin qui connaît des bouleversements. Ceux-ci demandent que l’esprit ne s’enferme jamais dans des acquis qu’il considèrerait comme définitifs. Le chemin est ouvert et l’ouvrage invite à accueillir l’imprévisible nouveauté.

L’essentiel du propos n’est cependant pas d’histoire des sciences, mais comme l’indique bien le titre, de philosophie. Il s’agit plus exactement de renouer avec une tradition d’interaction entre les savoirs. Olivier Henri-Rousseau entend promouvoir la tradition aristotélicienne développée en chrétienté. Démarche courageuse ! En effet, si aujourd’hui tout le monde universitaire s’accorde à reconnaître la valeur des travaux d’Aristote pour l’étude des vivants, peu de gens osent affronter l’effet de la rupture entre l’aristotélisme et la physique moderne qui a choisi avec la mathématisation une toute autre manière de se rapporter à la nature. Le risque encouru est grand, aussi l’étude de la science se veut minutieuse dans l’histoire de sa constitution et prudente dans la présentation de ses bouleversements. Les chapitres développent le devenir du savoir scientifique ; au fil du propos, le lecteur découvre les options métaphysiques qui les accompagnent. Un des ressorts de la démonstration est de montrer que le gain de puissance est corrélatif d’une formalisation dont le corollaire est de laisser dans l’ombre des éléments de la pensée. On voit donc comment la question du réel se pose : la précision dans l’observation, dans le calcul et dans la théorisation se paie au prix fort. Mise en procès ? On peut le dire, parce qu’0livier Henri-Rousseau constate que cette mise à l’écart porte essentiellement sur la notion de finalité ; c’est un point décisif que cette mise à distance, voire ce rejet, de ce qui était pour Aristote la cause des causes, puisque cela change profondément la notion de nature et donc la compréhension du réel.

Liée à cette ambition, une autre perspective est ouverte par l’étude : le souci de l’unité. En effet, la construction de la science est fondée sur une exigence d’explication de tout ce qui se donne à observer. Le progrès du savoir et les nécessités de franchir des seuils comme celui qui passe de la mécanique classique à la mécanique quantique et l’exigence pour renouveler le formalisme de la physique attestent bien cette ambition qui n’est autre que l’expression du désir qui caractérise l’être humain désireux de passer outre les frontières de ce qui est acquis. Le passage de ces étapes n’est jamais facile, car il implique des renoncements et aussi le risque de l’erreur. C’est à faire un tel pas qu’Olivier Henri-Rousseau invite son lecteur au seuil du dernier chapitre quand il l’invite à sortir du cloisonnement qui a accompagné la naissance de la physique classique au XVIIe siècle (physique galiléenne) ou au XXe siècle (physique quantique). Il ne s’agit pas de revenir au passé, comme le voudrait le néo-thomisme, mais d’aller de l’avant sous la pression des découvertes de manière à rendre raison des nouveautés apportées par les développements de la physique.

L’ouvrage atteste la nécessité du recours à la transcendance dans la conduite de la pensée. La science est liée à une conceptualisation qui ne se laisse pas réduire à sa formulation mathématique et à sa mise en forme logique dans l’exposé des résultats selon l’ordre des raisons. Les échecs le montrent également. Ils ne sont pas ici évoqués, mais le lecteur voit bien que l’enchaînement des chapitres n’est pas seulement l’exposé d’un approfondissement, mais la présentation raisonnée d’un dépassement. Olivier Henri-Rousseau s’arrête sur ce point. Le dernier chapitre cite des auteurs traditionnels ; ils sont très différents et pour une part leurs doctrines ou leurs constructions thématiques sont incompatibles. Mais ils ont en commun d’insister sur l’ouverture de l’esprit humain sur un au-delà de la « possession du monde ».

Dans le mouvement actuel qui habite le dialogue entre science et philosophie, l’ouvrage apporte des éléments à prendre en compte. Il faut en effet pour que le dialogue soit possible que les esprits ne soient pas enfermés dans le subjectivisme ou le spiritualisme et que les scientifiques puissent situer leurs options méthodologiques dans un cadre plus général qui leur permette de voir qu’il ne suffit pas à rendre raison de tout ce qui se donne à être et à penser. Ces deux exigences concernent donc l’accès à une même réalité. Elle est donnée de manière radicale, car le scientifique comme le philosophe sont une part de ce donné. Ils parlent de leur vie, de leur enracinement, de leur développement quand ils progressent dans le domaine de leur compétence. La science n’est pas un spectacle, mais une action. La question de la transcendance se pose à l’intérieur de son développement et de sa mise en forme où les exigences de rigueur et d’universalité sont un aiguillon pour un éveil à la beauté inscrite dans la complexité des événements et au dynamisme qui s’épanouit dans l’esprit.

Avant propos

Précisions concernant le public

Le présent ouvrage s’adresse à un public cultivé divers :

Des physiciens, des chimistes et des physicochimistes désireux de ne pas se laisser absorber par leur spécialité, mais souhaitant élargir leur regard, et curieux par ailleurs de mieux connaître l’origine de leur science.

Des biologistes parfois convaincus de ce que la biologie pourrait se réduire aux phénomènes physicochimiques, et qui souhaiteraient se faire une idée de la complexité sous-jacente à ces derniers.

Des esprits de culture philosophique ou littéraire qui seraient intéressés par l’architecture théorique de la physique contemporaine, et par le point de vue selon lequel la pensée des Anciens serait susceptible d’apporter un éclairage aux paradoxes de la physique contemporaine.

Des personnes curieuses souhaitant mieux connaître les aspects historiques du développement de la physique depuis l’Antiquité.

Précisions concernant la présentation

Comme l’ouvrage s’adresse à des lecteurs disposant de formations variées, sa présentation a été choisie de manière à leur permettre de survoler les parties qui leur paraîtraient trop techniques (équations, développements abstraits).

Si les deux premiers chapitres et les quatre derniers sont globalement accessibles à un public ne disposant que d’une faible culture mathématique, les chapitres III à VIII requièrent au contraire des connaissances mathématiques plus ou moins délicates, tout particulièrement la seconde partie du VII faisant appel aux développements de la physique de la seconde partie du 20ème siècle.

Précisons que les répétitions sont voulues afin de permettre de lire les différentes parties de l’ouvrage, sans avoir à se reporter trop fréquemment en arrière.

Précisions concernant les auteurs cités

Les philosophes et savants seront toujours cités avec leurs dates de naissance et de mort, afin de fournir des repères chronologiques aux exposés ayant parfois l’inconvénient de se chevaucher partiellement dans le temps. Seront précisés les prix Nobel décernés afin d’attirer l’attention sur leur importance. (Il faudra cependant se souvenir, ce qui relativise cette précision, que ce prix est toujours accordé du vivant du récipiendaire, à la condition expresse, pour les théoriciens, que leurs prévisions aient déjà été confirmées par l’expérience2).

Hymne à Zeus

« O toi Jupiter (…) souverain de la nature qui gouvernes tout, qui soumets tout à une loi (…).
« Tout ce qui qui vit, tout ce qui rampe, tout ce qui existe de mortel sur la terre, nous
naquimes de toi, nous sommes de toi une fidèle image. »
« Je t’adresserai donc mes hymnes, et je ne cesserai de te chanter. »
« Cet univers suspendu sur nos têtes, et qui semble rouler autour de la terre, c’est à toi qu’il
obéit il marche et se laisse en silence gouverner par ton ordre (…). »
« Tu diriges l’esprit universel qui anime tout, et vis dans tous les êtres, tant, o vrai dieu
suprême ! Ton pouvoir est illimité et souverain. »
« Génie de la nature dans les cieux, sur la terre, sur les mers, rien ne se fait, ne se produit sans toi, excepté le mal, qui sort du cœur du méchant. »
« Par toi, la confusion devient l’ordre par toi les éléments qui se combattent s’unissent par un heureux accord, tu fonds tellement ce qui est bien avec ce qui ne l’est pas, qu’il s’établit dans le tout une harmonie générale et éternelle (…). »
« Seuls parmi tous les êtres, les méchants rompent cette grande harmonie du monde (…) Ils
n’apperçoivent point la loi universelle, qi en les éclairant, les rendraient, à la fois tous bons. »

Cléanthe (330-232).

Notes

2  C’est ainsi que l’abbé Lemaître le fondateur de la théorie d’expansion de l’univers n’a jamais obtenu un prix Nobel amplement mérité, du fait que la première confirmation de son modèle n’a eu lieu qu’au moment de sa mort.

Introduction

But de l’ouvrage

Ce travail se veut une enquête philosophique portant sur le fonctionnement et les résultats théoriques des sciences physiques. Nous voudrions la mener à la lumière des grands penseurs de la philosophia perennis que furent en particulier Platon, Aristote, et leurs continuateurs chrétiens saint Augustin et saint Thomas d’Aquin. A cette fin, une place importante sera consacrée au développement et à l’approfondissement théorique de la physique allant de la Renaissance jusqu’à nos jours. Précisons que notre enquête sera menée en veillant à distinguer les exposés d’ordre scientifique de nos considérations et réflexions de nature philosophique, voire religieuse.

Sommaire de l’ouvrage

L’ouvrage débute par une introduction historique (chapitre I) puis se développe selon deux grandes parties, la première se situant sur un terrain scientifique objectif, et la seconde se plaçant d’un point de vue philosophique qui est celui de l’auteur. Présentons sommairement le contenu des douze chapitres, en en précisant les divers degrés de difficulté à l’aide d’un nombre d’étoiles *qui leur soit proportionnel

Chapitre I

Il expose rapidement les principales intuitions philosophiques antiques et médiévales qui seront le terreau sur lequel se développeront aux temps modernes les sciences physiques. Y sont abordés plus particulièrement les différents points suivants :

Les présocratiques.

La perception mathématisante du pythagorisme, puis Platon et sa théorie des Idées éternelles.

La philosophie d’Aristote (hylémorphisme, puissance et acte, finalité, quatre causes…).

Le stoïcisme et son déterminisme, puis l’atomisme.

Les sciences antiques (en particulier Eudoxe, Euclide et Archimède).

La pensée chrétienne concernant la dépendance dans son être de la création par Dieu qui dit de lui-même, qu’il est (versets de l’Ecriture, saint Augustin et saint Thomas).

Première partie de contenu scientifique

Le premier chapitre était comme le lever de rideau (antique et médiéval) ouvrant aux temps modernes sur les développements des sciences physiques en Europe.

Chapitre II*

Il est dédié à la fondation de la physique durant les temps modernes. Il relate comment cette physique, qui était imprégnée d’une inspiration platonicienne visant à élucider l’intelligibilité mathématique de l’univers, a abandonné la pensée médiévale scholastique nourrie d’Aristote pour se tourner exclusivement vers la figure et le mouvement.

Plus précisément il commence par exposer les apports des savants suivants :

Copernic, et son introduction de l’héliocentrisme en astronomie.

Galilée et sa physique expérimentale conduisant à des lois de nature mathématique.

Kepler et ses trois lois mathématiques régissant le mouvement des planètes.

Il expose ensuite la mécanique fondée par Newton consistant à calculer, à partir de quelques postulats, les trajectoires de points matériels régis par des équations différentielles, et montre comment cette manière de procéder s’inscrit parfaitement dans le mécanisme professé par Descartes selon lequel tout se réduit à la figure et au mouvement. Il rapporte enfin comment les succès de la mécanique céleste newtonienne ont conduit au triomphe du mécanisme.

Chapitre III**

Il est consacré aux développements de la physique se situant dans le prolongement de celle de Newton. Il traite dans l’ordre les points suivants.

Les versions lagrangienne et hamiltonienne de la mécanique classique de Newton.

Les lois de l’électromagnétisme se récapitulant dans les équations de Maxwell

La théorie de la relativité restreinte qui modifie en profondeur la mécanique classique,

La thermodynamique, discipline qui vient enrichir la physique avec les phénomènes calorifiques.

Au cours de ces exposés, il est souligné que ces nouvelles branches de la physique reposent sur un déterminisme sans faille, et un postulat de continuité, en bref sur le mécanisme.

Chapitre IV

Il met en évidence comment le réel concret, discontinu et qualitatif cher à Aristote, et dont se désintéressait plus ou moins la physique classique, va prendre sa revanche, avec le développement prodigieux de la chimie au 19ème siècle.

Il montre comment dans ses tentatives de rationalisation des résultats empiriques mettant en évidence des propriétés chimiques spécifiques, la chimie a été conduite à prendre en compte la discontinuité, en émettant l’hypothèse (renouant ainsi avec l’atomisme des Grecs) que les substances chimiques pures sont formées de myriades de molécules microscopiques identiques, elles-mêmes constituées de quelques atomes appartenant ou non à la même espèce.

Il se termine en relatant comment certains physiciens de la seconde moitié du 19ème siècle, reprenant à leur compte l’atomisme des anciens ont fondé la mécanique statistique, afin de traiter le comportement d’un nombre immense de molécules en mouvement aléatoire.

Chapitre V****

Il commence par aborder la suite de crises qu’a traversées la physique classique, au tournant du 19ème et du 20ème siècle, crises qui sont en lien avec la résistance opposée au continu de la physique classique par les faits concrets liés au caractère corpusculaire des réalités physicochimiques.

Il expose ensuite (dans des sections relativement abstraites) les principes axiomatiques de la mécanique quantique qui ont rompu avec la notion de trajectoire sous-entendant continuité et déterminisme strict, pour les remplacer par les relations d’incertitude d’Heisenberg, portant ainsi un coup fatal au mécanisme cartésien qui avait jusqu’alors régné en maître en physique.

Chapitre VI**

Il relate comment ce sont précisément ces renoncements au continu et au déterminisme qui ont permis à la mécanique quantique appliquée aux atomes et aux molécules, de rendre compte quantitativement, via la résolution de l’équation de Schrödinger, de leurs propriétés spécifiques essentielles stables et universelles (autrement dit nécessaires) permettant de les classer.

Il insiste en particulier sur la possibilité qu’a cette nouvelle mécanique de pouvoir reproduire théoriquement les spectres d’absorption ou d’émission des atomes et des molécules, la forme géométrique de ces dernières, ainsi que le tableau périodique des éléments atomiques de Mendeleïev. Le chapitre se termine par un exposé concernant la physique nucléaire qui introduit de nouveaux types d’interaction faisant intervenir l’interaction faible et les forces nucléaires.

Chapitre VII****

Le plus abstrait, et le plus complexe, il expose comment les conséquences de la théorie de la relativité restreinte sont incorporées à la mécanique quantique, pour constituer une nouvelle discipline, la mécanique quantique relativiste, dont la pièce maîtresse est l’équation de Dirac. Il poursuit en en explicitant les conséquences fondamentales que sont le spin et la distinction entre particules et antiparticules, et en précisant comment le spin des particules permet de les classer en deux grandes classes qui sont celle des fermions et celle des bosons.

Il continue en montrant comment l’utilisation de symétries locales permet de dégager les forces d’interaction entre fermions véhiculées par des bosons (interactions fortes, faibles et électromagnétiques).

Il se termine par un exposé portant sur la classification des différentes espèces de particules élémentaires.

Chapitre VIII**

Ce chapitre, qui est le dernier à traiter explicitement de physique, décrit le fonctionnement de la théorie de la relativité générale laquelle, étend aux mouvements accélérés les principes d’invariance introduits en relativité restreinte, et permet de réduire les forces de gravitation à des propriétés de géométrie, ce qui est dans le prolongement des grands développements de la physique classique.

Il expose ensuite comment la théorie générale de la relativité, combinée avec la constatation de la fuite isotrope des galaxies, implique une cosmologie où l’univers est non plus statique, comme le supposait implicitement la physique, mais au contraire dynamique et subissant une expansion. Il se termine par un résume de la théorie visant à reconstituer la chronologie des débuts de cette expansion de l’univers depuis une singularité originaire (Big Bang).

Seconde partie de nature philosophique

Préambule

La seconde grande partie de l’ouvrage vouée à une réflexion approfondie sur le contenu des sciences physiques commence par un bref préambule visant à éviter des malentendus de vocabulaire et précisant pour cela les définitions des différentes notions philosophiques de base auxquelles il sera fait appel par la suite.

Chapitre IX

Ce chapitre quitte le terrain de la physique pour se placer sur celui de l’épistémologie. Il commence par exposer les deux grands modèles théoriques de la physique contemporaine que sont la théorie corpusculaire (allant des particules les plus élémentaires jusqu’aux macromolécules, en passant par les atomes) et la théorie cosmologique (allant du Big Bang jusqu’à nos jours).

Il se continue par l’examen des grandes théories physiques axiomatisées, et montre que la physique théorique actuelle fait appel dans le cadre de son fonctionnement axiomatique à plusieurs dizaines de postulats indépendants.

Il montre ensuite la place éminente jouée par les propriétés de symétries dans la compréhension approfondie des réalités physiques. Il en profite enfin pour donner la parole à de nombreux savants éminents qui se sont interrogés sur le caractère mystérieux de l’intelligibilité mathématique du monde physique.

Chapitre X

Ce nouveau chapitre devient foncièrement philosophique et non plus seulement épistémologique. Il s’interroge sur le réel que tendent à atteindre les sciences physiques. Il commence par mettre en évidence la richesse prodigieuse du contenu matériel des sciences physiques. Il s’efforce de montrer que la réalité physique ne repose pas sur des grandeurs qui se conserveraient, comme la masse ou l’énergie, lesquelles ne sont que des abstractions, mais sur des entités concrètes dotées de propriétés mathématiques les spécifiant. Il souligne ainsi que la matière, loin d’être le soubassement éminemment réel des choses, n’est qu’un concept relevant du nominalisme.

Chapitre XI

Ce chapitre se situant dans le prolongement du précédent porte son attention sur la finalité en physique. Il montre comment la finalité externe que l’on croyait définitivement bannie de la physique est revenue en force (en particulier avec le principe anthropique) à l’occasion de questions qui se sont posées concernant le pourquoi des valeurs numériques des constantes physiques dites universelles. A la lecture de ce chapitre, il apparaît une harmonie entre différents aspects de la physique qui invite à percevoir l’univers comme un être vivant organisé, le cosmos, dans lequel se seraient retrouvés les anciens grecs, exception faite des atomistes.

Chapitre XII

Ce dernier chapitre analyse comment les grandes intuitions de Platon (via les Idées mathématiques éternelles), Aristote (via la distinction entre puissance et acte, l’hylémorphisme et les quatre causes), saint Augustin (via l’exemplarisme) et saint Thomas d’Aquin (via l’analogie de l’être), sont susceptibles d’apporter un éclairage à ceux qui s’intéresseraient à une lecture philosophique des développements actuels de la physique.

Il montre en particulier comment c’est grâce à son abandon du mécanisme cartésien, que la mécanique quantique a été capable de rendre compte du caractère nécessaire de la spécificité des choses physiques, ce qui répond à ce qu’attendait Descartes d’une science digne de ce nom. Il se termine en tentant de montrer en quoi l’analogie de l’être est susceptible d’éclairer les réalités physiques auxquelles ont accédé les théoriciens de la physique contemporaine.

Conclusion générale

Elle rassemble toutes les idées qui se sont dégagées de la seconde partie, et se termine par une interrogation sur la pertinence spirituelle de ce qui guida depuis Pythagore jusqu’à Abdou Salam la pléiade de très nombreux savants ayant contribué aux connaissances actuelles du monde physique.

Postface

Cette postface fournit quelques informations sur les convictions des grands savants européens ayant contribué à la formation des sciences physicochimiques (du Moyen Age à l’orée du 20ème siècle) qui manifestent plus chez eux un prolongement de l’inspiration religieuse antique (pythagoricienne et platonicienne) que la discontinuité, voire la rupture que l’on aurait pu imaginer. Elle se termine par de brèves informations sur les prix Nobel décernés depuis l’origine jusqu’à 2016 (convictions religieuses, pays d’origine).

Chapitre I. Intuitions antiques et médiévales

Dieu est la mesure de toutes choses. La lumière vient du Bien.
Platon.

Introduction

Ce chapitre propose un rappel des grandes intuitions philosophiques et religieuses (souvent solidaires) que nous ont léguées l’antiquité grecque et le christianisme, intuitions sans lesquelles il n’est pas possible de bien comprendre comment la physique est née, puis s’est développée. Il y sera traité rapidement des penseurs présocratiques, dont en particulier les pythagoriciens et Platon qui influenceront la physique de la Renaissance et de l’école des atomistes, laquelle n’est pas étrangère aux débuts des théories moléculaires des fondateurs de la chimie et de la physique statistique. Une place importante sera accordée à la philosophie d’Aristote dont les intuitions furent écartées pendant longtemps de la physique, car l’un des objets du présent ouvrage est de montrer l’actualité de ce penseur à qui veut réfléchir sur la physique contemporaine. Le chapitre se prolongera par le renouvellement de la vision philosophique apportée par le christianisme dont les implications conduiront à l’exemplarisme augustinien d’esprit platonicien, ainsi qu’à saint Thomas d’Aquin et à sa philosophie de l’être.

Platon et ses prédécesseurs

Commençons notre présentation de la philosophie antique grecque par Platon et ses prédécesseurs qui sont connus sous le nom de présocratiques.

Les philosophes dits présocratiques

Pythagore, pythagorisme et orphisme

Pheriekide de Syros maître de Pythagore

Proclus rapporte3 l’enseignement suivant de Pheriekide de Syros dans les Cyclades (585-499) qui fut le maître de Pythagore :

« Zeus, sur le point de créer s’est changé en amour, car en composant l’ordre du monde à partir des contraires il a conduit à l’accord et à l’amitié, et il a semé en toutes choses l’identité et cette unité qui s’étend à travers tout. »

Pythagore, le premier des sages appelé philosophe, et son école

Poursuivons avec Pythagore et ses disciples, dont la descendance intellectuelle n’est pas éteinte, puisque la mathématisation des sciences trouve son origine chez lui. Pythagore né à Samos en 578 fonda en Italie du sud une communauté religieuse austère et hiérarchisée apparentée à l’orphisme, éprise de pureté, vivant dans la pauvreté, consacrée à la prière, adonnée à la recherche des vertus, accordant une large place au silence et à la musique à laquelle elle attribuait le privilège de purifier les âmes.

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