O R G A N O N 5 (1968) MISCELLANEA
J. G. D orfman (U.R.S.S.)
L ’EVOLUTION DE LA STRUCTURE DE LA PHYSIQUE
INTRODUCTION
Le problèm e de la stru ctu re générale des connaissances scientifiques a été le su jet de plusieurs études au cours des dernières années 1. Mais la stru c tu re des branches individuelles de la science n ’a presque pas a ttiré l ’attention ju sq u ’à présent.
Les historiens considèrent souvent la stru c tu re en ta n t que propriété extérieure de la science qui reflète, indirectem ent seulem ent, le déve loppem ent des idées scientifiques et qui, comme telle, ne m érite point une étude spéciale. La question de la stru c tu re de la physique et s u r to u t de, la physique m oderne était, à ce q u ’il me semble, posée pour la prem ière fois par A. F. Yoffé, en 1955. Il l ’a touchée to u t brièvem ent dans son article in titu lé «Physique», publié dans la Grande Encyclopédie Soviétique 2.
Je voudrais a ttire r l’attention su r une rem arque im portante de M. Planck: «Si nous nous posons la question su r l’indice ex térieu r le plus caractéristique d ’une phase donnée de développem ent d ’une science quelconque il n ’y a pas de réponse plus générale que l ’indication du mode à l’aide duquel cette science déterm ine ses notions fondam entales et comment est-elle divisée en branches séparées» 3. Quoique Planck ne prononce pas le term e «structure», il considère ici les élém ents de la structure.
Comme il est bien connu que les connaissances scientifiques globales sont caractérisées d ’une m anière bien concrète p ar leu r stru ctu re, il
1 Th. S. Kuhn, The Structure of Scientific R evolutions, Chicago 1963; D. P rice de, Science since Babylon, New Haven, 1961; L ittle Science, Big Science, New York, London 1963; G. Sarton, A Guide to the H istory of Sciences, W altham 1952; et autres.
2 БСЭ, II изд., т. 45, 1956.
206 J. G. Dorfman
est évident que la stru ctu re de chaque branche individuelle de la science caractérise non seulem ent les propriétés des sciences en général, mais aussi les propriétés spécifiques d ’une branche de la science donnée. Le fait que cette caractéristique change avec le tem ps suggère l ’idée q u ’elle po urrait être en quelque sorte un tra it caractéristique rep résen tatif de l ’évolution de la science elle-m êm e et, p ar conséquent, un chaînon essentiel d ’études de l ’histoire des sciences individuelles.
Pour élucider ces problèmes, nous avons essayé de suivre le dévelop pem ent de la stru ctu re de la physique au cours de deux siècles et demi. Mais, en nous posant ce problèm e essentiel, nous ne pouvons pas passer sous silence un au tre aspect de cette question. On ne peut oublier que la question de la stru ctu re d ’une science concrète devient au jo u rd ’ hui non seulem ent une question théorique, mais aussi une im portante question pratique, car elle peut servir de base à la planification des recherches scientifiques dans la branche donnée de la science.
Or, il est évidem m ent nécessaire de se baser su r la stru ctu re réelle de cette branche de la science, ainsi que sur les tendances de son déve- loppm ent fu tu r, aussitôt q u ’on veut s ’occuper du plan en perspective des recherches scientifiques, ou du plan de préparation des jeunes spé cialistes dans ce domaine, ou du plan de développem ent des institutions scientifiques, ou de l’index systém atique pour l’inform ation scientifique. Sans cela, tout le trav ail de planification peut échouer. Et ce n ’est pas par hasard que. A. F. Yoffé — le grand organisateur de la physique so viétique — s’est adressé au problèm e de la stru ctu re de la physique moderne.
La planification de la science est une loi organique des pays socia listes, mais elle commence à être adoptée, en quelque sorte, aussi par certains pays capitalistes. Ainsi, le problèm e de la stru ctu re d ’une b ran che de la science semble devenir au jo u rd ’hui un problèm e assez im portant.
Dans cet essai, nous nous posons deux buts: prem ièrem ent d ’élaborer une m éthode pour révéler la stru ctu re de la physique à n ’im porte quel m om ent de son développem ent et, en second lieu, d ’élucider l’influence de la dynam ique de l’évolution de la physique sur sa stru ctu re.
LA STRUCTURE ET LA DYNAMIQUE DE LA SCIENCE
La stru ctu re de chaque science change évidem m ent avec le temps. Mais, le precessus historique de son évolution n ’est pas du to u t régulier: les périodes d ’une évolution lente sont suivies par des périodes im pétueuses de révolutions scientifiques, des périodes de catastrophes des conceptions adoptées. On peut s ’atten d re d ’avance à ce que la stru ctu re d ’une science deviendra plus stricte au cours des périodes qui suivent les époques de
L ’évolution de la structure de la physique 2 0 7 crises et de révolutions scientifiques, au cours des périodes où les succès nouveaux s ’afferm issent, lorsque les conceptions et les notions nouvelles se stabilisent et deviennent adoptées unanim em ent.
On peut donc adm ettre que l ’évolution de la stru c tu re d ’une science quelconque doit refléter, en principe, la dynam ique d u développem ent de la science comme telle, mais d ’une façon sinqulière p ar le changem ent des «découps historiques». Chacun d ’eux est statique p ar lui-m êm e, il représente l’état de la science pendant la période historique donnée. En com parant les divers «découps structurels», nous pouvons rem arq u er la dynam ique d u développem ent, de même q u ’une com paraison de divers cadres d ’un film perm et de voir le processus des m ouvements.
LE SCHEMA STRUCTUREL DE LA PHYSIQUE
La physique peut, à chaque m om ent donné, être caractérisée p ar un schéma contenant:
1) les méthodes utilisées au cours des expériences physiques et les résultats obtenus dans ces études;
2) les conceptions fondam entales, élaborées par la physique à ce mo m ent et par les théories développées su r cette base;
3) les jets de la physique vers d ’au tres dom aines de la science et vers la pratique.
Chaque élém ent de ce schéma contient, évidem m ent, quelques traits généraux, essentiels pour une branche quelconque de la science, ainsi que des traits spécifiques, caractéristiques de la physique seulem ent.
Dans l’étude suivante, nous allons nous occuper non seulem ent des propriétés qui distinguent la physique des autres branches de la science, mais de tous les traits, soit généraux soit individuels qui sont indispensa bles pour caractériser la physique.
Or, nous allons considérer plus attentiv em en t les élém ents du sché ma général avisé plus haut. Nous ne nous occuperons plus de la question des tra its de ressem blance ni de différence entre la stru ctu re de la p h y sique et celle des autres domaines de la science. La prise d ’une telle a tti tude nous semble com plètem ent justifiée, étan t donné que la stru ctu re d ’au tres sciences naturelles n ’est pas encore suffisam m ent étudiée.
Les m éthodes
Dans la connaissance de la physique existent deux genres de m éthodes: les méthodes em piriques et les méthodes théoriques.
Les m é t h o d e s e m p i r i q u e s . Les méthodes em piriques de la physique peuvent être divisées en différentes espèces selon le b u t q u ’elles se posent. De ce point de vue, on peut distinguer:
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a) méthodes d ’observation des phénom ènes physiques qui ont pour but l’aspect général qu alitatif des phénom ènes et la description de leurs propriétés qualitatives les plus caractérisiques.
fa) Méthodes de m esure des grandeurs physiques qui ont pour but la déterm ination q u antitativ e des param ètres qui caractérisent les pro cessus et les phénomènes, ainsi que l’élaboration des procédés des mo des d ’opération et de l’appareillage, destinés à ce but.
c) M éthodes d ’action sur la m atière p ar des facteurs physiques qui ont pour but de changer son é ta t et l ’élaboration des procédés, des mo des d ’opération et de l ’appareillage qui serven t à ce but, indépendam m ent de l ’étude des résu ltats de l’action elle-m êm e (par exemple, les méthodes pour obtenir un vacuum , les hautes ou les basses tem péra tures, ou les hautes pressions, ou les grandes vitesses ou les hautes énergies, etc.).
d) M éthodes de préparation spéciale des objets d ’étude qui ont pour but que cet objet corresponde à des conditions déterm inées d ’avance (par exemple, les m éthodes pour obtenir des m onocristaux, des films très minces, des isotopes, des m atériaux ex tra-purs, etc.).
Chacune de ces espèces de méthodes p eu t être, elle aussi, divisée en une quan tité de sous-espèces, selon les caractéristiques qualitatives ou quantitatives.
Les m é t h o d e s t h é o r i q u e s . A ce mom ent, il n ’existe pas en physique une classification de méthodes d ’études théoriques générale m ent admise. Nous allons suivre la classification proposée p ar E. Ma- delung 4, quelque peu modifiée, qui nous p a ra ît être la plus conséquente quoique, à notre avis, elle n ’est pas privée de défauts.
M adelung distingue les différentes théories physiques d ’après les «moyens de description» q u ’elles emploient, en des espèces suivantes:
1) Les «théories ponctuelles» ou théories d ’action à distance, dans lesquelles les grandeurs physiques ne sont déterm inées que p ar des points discrets de l ’espace tridim ensionnel où les champs ne représentent que des images m athém atiques auxilières (des champs potentiels).
2) Les «théories continuelles» (théories des champs ou théories d ’action directe), dans lesquelles les grandeurs physiques sont d éter minées à chaque point de l’espace, les champs ont un sens physique et sont représentés p ar des champs m athém atiques.
3) Les «combinaisons des théories ponctuelles et continuelles», dans lesquelles les grandeurs représen tan t des champs et des points sont utilisées sim ultaném ent pendant que ces deux sortes de grandeurs sont liées fonctionnem ent dans les points; les points peuvent être consi dérés comme des singularités du champ, obéissants aux lois spéciales. 4) Les «théories de systèmes», dans lesquelles les grandeurs
physi-4 E. Madelung, Die m athem atischen H ilfsm ittel des P hysikers, Trad. russe:
P la n ch e
L es s e c tio n s s tr u c tu r e lle s de la p h y siq u e
A nnée
L es m éthodes Les conceptions
L es théories dirigeantes La sub d ivision interne de la physique
Les Rejetons
A nnée
L es m éthodes empiriques L es m éthodes théoriques L a classification des espèces
vers les sciences vers la technique Les découvertes de la période antécédante L es découvertes d e la p ériode antécédante de la m atière des processus
1730 L es o b se r v a ti o n s q u a li ta ti ti v e s L es me sur es d e s grandeurs p h y si q u e s La therm om étrie (1730) L ’électroscope (1730)
L ’in duction électrostatique (1729)
La m é th o d e p o n c tu e ll e La m é th o d e de sy st è m e s
La m écanique du p oin t et du corps solid e (1687) L i théorie du calorique (1721)
_ ( solides
, CC7 * fluides (pesants) | a éro .dales
feu = caloriq u e = lumière
m écaniques et acoustiques
du feu — dea la chaleur — de la lu mière
électriques m agnétiques
M écanique O ptique géom étrique T héorie de la m atière du feu
La m écanique et les propriétés m écaniques des corps L e son
L e feu et la lum ière
La D iop triq u e et la C athoptrique L ’electricité. Les aim ants L ’air et la m étéorologie
L ’optiques p hysiologiq u e La m écanique appliquée 1730
1765 L ’a ct io n su r la m a ti è r e La b outeille d e L eyd e (1746) L ’Electricité atm osphérique (1752) La calorim étrie (1760) La m é th o d e c o n ti n u e ll e
La théorie du fluide électrique (1759) L a théorie du fluide m agnétique (1759) L a théorie du m ouvem ent des fluides (1765)
_ ( solides , C° rP: l fluides (pesants) 1 . 1 aéroidales fe u = ca lo riq u e= lumière fluides électriques ± fluides m agnétiques N S
m écaniques et acou stiques
d u feu — de la chaleur — de la lu m ière
électriques m agnétiques
M écanique O ptique géom étrique T héorie de la m atière du feu
T héorie des fluides électriques et m agnétiques T héorie corpusculaire d e la
lum ière
L a m écanique et les propriétés m écaniques des corps L e son
L e feu et la lum ière
La D iop triq u e et la C athoptrique L ’electricité le m agnétism e L ’air et la m étéorologie
L ’électrobiologie La physique de la chaleur appliquée L ’optique appliquée L ’H ydraulique La B allistique 1765 1800 Le systèm e m étrique (1795) L a lo i d e C oulom b (1795) La p ile de V o lta (1799)
L a théorie de la com b u stion (1785) L a m écanique analytique (1788)
C orps (solid es, fluides, gazeux) Lumière Fluides C alorique im pondérables Electriques ±
M agnétiques N S
m écaniques et acou stiques
therm iques électriques et galvaniques m agnétiques lum ineux
M écanique T héorie du calorique
T héorie des fluides électriques et m agnétiques T héorie corpusculaire d e la lum ière
L a m écanique et les propriétés m écaniques des corps L e son
L e feu et le calorique L a lumière
L ’Electricité L e M agnétism e
L a m étéorologie La navigation aérienne La défense con tre le tonnerre
1800
1835 Les lois des gaz (1811)
Les tableaux des constantes physiques (1816) L ’electrom agnétism e (1820— 35)
L’op tiq u e des ondes (1819) L ’E lectrom agnétism e (1820)
L a théorie du courant galvanique (1833)
Corps (états de la m atière) Fluides im pondérables: L’éther
L e calorique L ’electrique ±
m écaniques et acoustiques
therm iques électrostatiques et électro dynam iques
optiques
M écanique
T héorie d ’électricité et du galvanism e L ’électrom agnétism e
T héorie du calorique
T héorie ondulatoire de la lum ière
La m écanique et les propriétés m écaniques des corps L e son
L e calorique et ses effets La lum ière
L ’électricité et le galvanism e L e M agnétism e
La m étrologie L’électrochim ie
L ’épreuve m écanique des m atériaux 1835
1855 L ’équivalent m écanique de la chaleur (1845) L ’analyse spectrale (1855)
La lo i de la conservation d ’energie (1847) L e secon d principe de la therm odynam ique (1850)
Corps (états d e la matière) Fluide im pondérable — l’éther Fluides électriques ±
m écaniques et acoustiques
therm odynam iques électrostatigues et éle ctrodynam iques optiques
M écanique. T herm odynam ique L’électrostatique et l ’électrodynam ique La théorie ondulatoire de l ’éther élastique
L a m écanique et les propriétés m écaniques des corps L ’acoustique
L a C haleur et la th erm od yn am iq ue L ’électricité et l ’électrom agnétism e L ’optique
L a théorie d ’élasticité L e géom agnétism e
L ’hydrodynam ique des fluides visueaux
L’électrophysique appliquée 1855
1880 La lo i périodique (1869)
L ’équation de l ’état des vapeurs (1869— 77)
La m é th o d e st a ti st iq u e
L a th éorie du cham p électrom agnétique et des ondes (1864) L a physiques statistique (1877)
Corps (états d e la matière) Fluide im pondérable — l ’éther Fluides électriques ±
m écaniques et acoustiques
therm odynam iques statistico-m oléculaires électriques et électrom agnétiques
M écanique Therm odynam ique T héorie statistique des gaz
L ’électrodynam ique et la théorie électrom agnétique d e la lum ière
La m écanique et les propriétés m écaniquues des corps L ’acoustique
L a chaleur et la therm odynam ique L a théorie cynétique des gaz L ’électricité et l ’électrom agnétism e L ’optique
La chim ie physique L ’aerodynam ique L ’acoustique p hysiologiq u e
L ’électrotechnique 1880
1900 Les ondes électrom agnétiques (1888) Les rayons X (1895) L a radioactivité (1896) L ’électron (1897) La méth od e p o n c tu e ll e — c o n ti n u e ll e
L a théorie du rayonnem ent therm ique (1884) La théorie des électrons (1895)
C orps (états de la matière) A tom es, m olécules Ions ±
E lectrons —•
L ’éther — fluide im pondérable
m échaniques et acoustiques
therm odynam iques statistico-m oléculaires électriques et électrom agnétiques électroniques
radioactives
M écanique Therm odynam ique T héorie statistique
L ’électrodynam ique et la théorie des électrons
L a m écanique et les propriétés m écaniques des corps L ’acoustique
L a chaleur et la therm odynam ique La théorie statistique
L ’électricité et l ’électrom agnétism e Les ondes électrom agnétiques L ’optique. L ’électronique L a radioactivité
La seism ologie La therm otechnique L ’aérodynam ique appliquée La radiophysique appliquée
1900
1915 L ’invariabilité de la vitesse de la lum ière (1904)
La diffraction des rayons X (1912) La supraconductibilité (1911) La cham bre de W ilson (1912)
La théorie des quanta (1900) L e principe de la R elativité (1905)
L e troisièm e principe de la therm odynam ique (1906) Le m odèle de l’atom e (1913)
C orps (états de la matière) A tom es, m olécules Io n s ±
E lectrons Ph oton s
m écaniques et acoustiques statistico-m oléculaires therm odynam iques électrom agnétiques électroniques, ion iq u es quantiques atom iques L e théorie de relativité L ’électrodynam ique La théorie des électrons La théorie statistique La théorie des quanta L a théorie de l ’atom e
La m écanique et les propriétés m écaniques des corps La théorie d e la relativité
L a physique m oléculaire
La physique statistique et le therm odynam ique
L ’électricité, l ’électrom agnétism e et les ondes électrom agnétiques L es phénom ènes électroniques
L ’optique
La physique atom ique
L ’astrophysique L a radiotechnique L ’aviotechnique L ’acoustique appliquée L ’optotechnique L ’electronique 1915 1935 La prépa rati on d e s o b je ts d ’é tu d e
La diffraction des électrons (1927) L e cyclotron (1930) Le p ositron (1932) L e neutron (1934) La radioactivité artificielle (1934) L e spin d ’électron (1925) L a m écanique quantique (1926) L ’electrodynam ique quantique (1927) L e m od èle du noyau (1934)
L a théorie de la B -désintégration (1934)
Corps (états d e la matière) A to m es, m olécu les, ion s ± N o y a u x atom iques E lectrons, positrons Protons N eu tron s N eu trin o P h oton s. m écaniques et acoustiques statistico-m oléculaires électrom agnétiques quanto-m écaniques nucléaires
T héorie de la relativité et d e la gravitation L a m écanique et l ’électrodynam ique quantique L a théorie des atom es et des m olécules L a théorie du noyau atom ique
L a m écanique et l ’acou stiq ue La théorie de la relativité
La physique statistique et la therm odynam ique L ’électrodynam ique et la théorie électronique L ’optique
L a m écanique quantique
La physique des ato m es des m olécu les, des io n s et des électrons L a physique des corps solid es
L e noyau atom ique
L a m étéorologie dynam ique L a physique ch im ique (cynétique) L ’hydrodynam ique des fluides com pressibles L a biophysique
L a radioélectronique
La p hysiqu e appliquée des m étaux
Les m éthodes p hysiques p our l ’analyse et le contrôle des m atériaux et des produits
1955 La réaction atom iq u e en chaîne (1945) Les n , JT-mesons (1949)
L ’antiproton (1955)
L es générât eurs quantiques (1954)
%
La théorie quantique des cham ps (1 9 3 3 —49) La m agnéto-hydrodynam ique (1951)
C orps (états de la matière) A to m es, m olécu les, ion s ± N o y a u x atom iques Le plasm a Particules subnucléaires et cham ps m écaniques et acoustiques statistico-m oléculaires électrom agnétiq ues quanto-m écaniques nucléaires subnucléaires gravifiques
T héorie de la R elativité et de la gravitation M écanique quantique
L ’électrodynam ique quantique Statistique quantique T h éo rie des cham ps quantisés
L a m écanique et la th éorie d ’élasticité L a théorie du cham p
L a m écanique et l ’électrodynam ique quantiques L ’optique
L a physique statistique et la therm odynam ique L a physique des gaz et des fluides
L a physique du plasm a L a physique des corps solides
La physique des atom es, des m olécu les, des i o n s ± L a physique des n o y a u x atom iques
La physique des particules subnucléaires et des cham ps.
La m agnétohydrodynam ique L a dynam ique des gaz La physique d e l ’espace
L a théorie d ’élasticité des dislocations L a chim ie quantique
La technique nucléaire
L e physique appliquée des sem i-conducteurs Les m éthodes physiques d e production et de contrôle
des processus d e la production
L ’évolution de la structure de la physique 2 0 9
ques ne correspondent pas aux points, mais aux systèm es étendus dans l’espace.
5) Les «théories statistiques», dans lesquelles les grandeurs physi ques qui caractérisent l’ensemble des systèm es monotypes sont mis dans la dependence d ’un nom bre fini ou infini des possibilités bien déterm inées pour chacune de ces systèmes.
O utre ces cinq espèces de théories M adelung distingue encore des théories: 6) quasi-ponctuelles et 7) quasi-continuelles.
Toutefois, ces deux dernières espèces ne sont, à notre avis, que des variantes des types de théories déjà énum érés qui n ’ont pas besoin d ’un nom spécial. M adelung considère p ar exem ple la hydrodynam ique com me une théorie quasi-continuelle et la m écanique des corps solides com me une théorie quasi-ponctuelle. Mais on p o u rrait bien considérer l ’hydrodynam ique comme une variante de la théorie continuelle et la m écanique du corps solide, comme une varian te de la théorie des sy stè mes, dans laquelle — contrairem ent, par exemple, à la therm odynam i que — les grandeurs physiques sont les fonctions des coordonées. Ainsi, à notre avis, les cinq espèces de théories sont suffisantes pour la des- scription des types fondam entaux des théories lorsqu’on adm et la possi bilité de variantes différents à l ’intérieur de chaque espèce.
Or, nous divisons les méthodes utilisées dans la physique théorique en cinq espèces principales, c’est-à-dire en méthodes: 1. ponctuelle; 2. con tinuelle; 3. ponctuelle-continuelle; 4. de systèmes; 5. statistique:
Les conceptions
L ’état de la physique peut être, à chaque moment, caractérisé p ar le systèm e des conceptions adoptées dans la physique qui se compose de: 1) la classification des espèces de la m atière, 2) la classification des espè ces des processus physiques, 3) l’ensemble des théories dirigeantes, 4) la subdivision in tern e de la physique en domaines séparés.
Sous le nom de la classification des espèces de la m atière, nous en ten dons la classification généralem ent reconnue dans la science au m om ent donné. Elle reflète évidem m ent le niveau des connaissances su r la stru cture, su r les types et su r les états de la m atière, ainsi que les opi nions théoriques qui servent de base à la classification. Sous le nom de la classification «des espèces des processus physiques» nous entendons la classification généralem ent reconnue dans la physique au m om ent donné.
Sous le nom des «théories dirigeantes» nous entendons quelques théories seulem ent, mais les plus im portantes, qui rep résen ten t les idées fondam entales et les p articularités des conceptions théoriques de la physique au m om ent donné et qui im prim ent aussi le u r em preinte sur le développem ent de la science physique.
2 1 0 J. G. Dorfman
Sous le term e de «subdivision intern e de la physique en domaines séparés», nous entendons la charpente générale, caractéristique pour la m anière d ’exposer la physique dans les oeuvres capitales, em brassant la physique toute entière, publiées et répandues, à peu près, au moment considéré.
Il fau t rem arq u er que depuis les temps de Newton, in itiateu r du dé veloppem ent des méthodes théoriques dans le domaine de la physique, existe la subdivision de cette science, d ’après les méthodes: en physique théorique et en physique expérim entale. Cette subdivision conser vée, comme on le sait, ju sq u ’à nos jours sert principalem ent à l’en seignem ent et à l ’inform ation, car elle perm et d ’un ir et d ’exposer de la façon la plus conséquente et compacte, les méthodes em piriques, ainsi que théoriques employées dans la physique.
Comme nous avons d ’éjà divisé toutes les m éthodes de la physique en méthodes em piriques et méthodes théoriques, la répétition de cette subdivision ici ne présente rien de nouveau. Ainsi, nous allons considé rer la subdivision de la physique p ar objets d ’études, réalisées au moyen de toutes les m éthodes ensemble.
Les rejetons
Sous le term e de «rejetons», nous entendons les domaines de la physi que qui se dégagent peu à peu de l ’édifice de la physique et passent aux autres domaines de la science ou des techniques, en y form ant dé partem ents plus ou moins indépendants.
De cette façon nous caractérisons, en quelque sorte, le processus d ’ac tion et d ’influence de la physique sur les au tres domaines de la science et sur les techniques. Bien entendu que l’influence est réciproque; ce n ’est pas la physique seulem ent qui agit su r les autres sciences et les techniques, mais elle-même subit des influences de la p art des autres sciences, ainsi que de la p art de la pratique.
La question su r les relations entre la physique et la chimie m érite une attention spéciale puisque dans les périodes antérieures une quan tité de conceptions (atome, molécule) et de lois (loi des relations m u lti ples ou la loi d ’Avogadro-Ampère) ont pénétré de la chimie à la physi que. Cela s ’explique par le fait q u ’à ce tem ps-là la physique était moins avancée que la chimie en certaines questions et les chimistes ont dû eux-m êm es étudier les problèmes de frontière qui restaient sans solution. Toutefois, il fau drait rem arquer que l’étude de ces problèm es se réali sait toujours et se fondait en somme avec les m éthodes physiques. Ainsi, toutes les conceptions venues de la chimie se reflèten t dans les résu l tats qui sont déjà élaborés à l ’aide de m éthodes em piriques ou th éo ri ques de la physique.
L ’évolution de la structure de la physique 2 1 1
LES SECTIONS STRUCTURELLES DE LA PHYSIQUE
En em ployant ce schém a général de la stru c tu re de la physique, nous avons tâché d ’obtenir des «sections structurelles» de la physique con ten an t différents m om ents de son évolution. Ces sections stru ctu relles sont rassem blées sur la planche pour les ren d re plus dém onstratives et leu r com paraison réciproque plus aisée. Chaque section stru ctu relle correspond à une année définie. S ur la planche, nous présentons les sections structu relles de la physique qui correspondent au x années suivantes: 1730, 1765, 1800, 1835, 1855, 1880, 1900, 1915, 1935, 1955. Le choix des années est, en quelque sorte, a rb itra ire et on ne doit pas lui attrib u er une im portance trop principielle. Le b u t que nous nous som mes donné en rassem blant les sections su r ces planches consistait p rin cipalem ent à d ém ontrer la rep résen tativité de la m éthode en question. P our cela, nous avons choisi, comme exemples, les années où on re n contre des changem ents vraim ent rem arquables dans la stru c tu re de la physique. Ces changem ents essentiels avaient lieu plus rarem en t au X V IIIe siècle; ils étaien t plus fréquents au X IX e e t au X X é siècles. C’est pourquoi nous avons décidé dans la physique d u X V IIIe siècle un intervalle de 35 ans entre cette section stru ctu re lle et la suivante. Le même intervalle est pris en considération p ou r le com m encem ent du X IX e siècle. Ensuite, les intervalles se rétrécissent ju sq u ’à 20 ans, au commencement du XXe siècle ju sq u ’à 15 ans; les deux suivantes sec tions sont à 20 ans d ’intervalle.
Chaque intervalle po u rrait être subdivisé en intervalles plus étroits et on p o u rrait construire les sections stru ctu relles correspondantes aux années interm édiaires voulues.
Chaque section stru ctu relle em brasse trois parties fondam entales, correspondantes au schéma décrit plus haut: Méthodes, Conceptions et Rejetons. Les Méthodes sont divisées en em piriques et théoriques. P our que le lecteur puisse voir plus distinctem ent quels résu ltats d ’études les plus im portants, obtenus au cours de l’in tervalle précédent, se reflè ten t dans la section stru ctu re lle donnée, nous les avons rassem lés dans la co lonne qui porte le titre : «résultats les plus récents». Les résu ltats des é tu des em piriques et théoriques y sont rapportés séparém ent et la date de leur publication est donnée en tre parenthèses. L ’énum ération des «résul tats les plus récents» ne prétend point à être complète. Elle est destinée seulem ent à rappeler et à expliquer pourquoi cette section stru ctu relle est rapportée à l ’année donnée où se sont accumulés et révélés ces résu l tats nouveaux.
Dans la colonne des Conceptions les rubriques principales p o rten t les titres: «Classification des espèces de la m atière et des phénomènes», «Théories dirigeantes».
2 1 2 J. G. Dorfm an
d ’inform ations obtenues de toutes les sources littéraires du temps, ainsi que des études historiques (voir notes). Les élém ents de la stru c tu re de chaque étape ne sont nulle p a rt présentés dans un état appro prié à notre but. On a d û les ex tra ire à l’aide d ’une analyse soigneuse et m inutieuse. Il est impossible de donner ici une bibliographie détaillée. L ’histoire complète de la physique nous a servi de base. Dans les p a ra graphes suivants, nous ne prétendons point de fo u rn ir des preuves à tous les détails de la planche. Au contraire, ces paragraphes ne contiennent que des explications qui doivent rappeler aux lecteurs quelques particu larités seulem ent de l ’histoire de la physique. En rassem blant les sections structu relles sur une planche, nous voulions sim ple m ent dém ontrer les possibilités de notre m éthode et les traits caracté ristiques de la stru cture. Evidemm ent, on ne doit pas oublier que nous avons dû lim iter le nom bre des param ètres q u ’on in tro d u it dans chaque section. Cela veut dire que nous étions obligés de lim iter le nombre des détails pour que le tableau ne devienne pas inintelligible.
Mais, il en suit que le nombre des détails de chaque section peut aller beaucoup plus loin lorsque cela est nécessaire. P a r exemple, les m éthodes em piriques, comme nous l’avons déjà dit, sont classifiées sur notre planche d ’après les problèm es q u ’elles se posent. Mais, on peut classifier les méthodes de mesures, par exem ple d ’après les phénomènes physiques q u ’elles em ploient: mécaniques, électriques, coloriques, opti ques, etc. Chacune de ces méthodes d evrait être subdivisée en méthodes de zéro, m éthodes autom atiques, etc. On p o u rrait subdiviser de la même façon les méthodes théoriques.
Nous voulons donc souligner que notre tableau ne représente que le prem ier degré de la spécification de l ’évolution de la structure. Mais, chaque section, prise à p art, hors du tableau, peut être écartelée à n i veaux voulus.
Nous voudrions aussi prévenir le lecteur que nos planches des sec tions structurelles de la physique ne prétend ent nullem ent à servir d ’un «briquet» comprimé d ’histoire de la physique pour l’enseignem ent par exemple, elle ne représente q u ’un seul aspect de l’histoire de la physi que et seulem ent ces élém ents qui sont énum érés dans notre schéma.
La section structurelle de la physique en 1730
La p lup art des données concernant cette section ont été extraites de VEssay de la Physique de P ieter van M usschenbroek 5. Il est im portant de noter que c’est ce cours justem ent qui avait été tra d u it en plusieurs
5 P ieter van M usschenbroek, Elem enta Physicae, Leyden 1729. Nous nous
sommes fondés sur la traduction française de cette édition: Essay de Physique par Mr P ie rre van M usschenbroek, Leyden 1739.
L ’évolution de la structure de la physique 213
langues et publié plusieurs fois au X V IIIe siècle et qui avait servi de base pour les articles sur les questions de physique dans quelques édi tions de 1’ Encyclopédie de D iderot e t de D ’A lem bert, de même que beaucoup d ’au tres grands et petits trav a u x concernant la physique à cette époque.
C onsidérant la section structu relle de la physique en 1730 p ar colon nes de la planche, nous voyons q u ’en ce tem ps-là les observations qualitatives, ainsi que les m esures de quelques grandeurs constituaient seules la m éthode em pirique. Mais, la m éthode de m esures est encore extrêm em ent lim itée; ses résultats principaux ne sont que les prem iers pas de la therm om étrie et l ’invention de l ’électroscope. La partie m ajeure du contenu de la physique était constituée par les résu ltats d ’observa tions qualitatives.
Dans le dom aine de la théorie, c ’est la m éthode ponctuelle et la méthode de systèm es qui sont déjà connues dans la m écanique new to- nienne. La m éthode des systèmes a justem ent commencé d ’être employée en forme qualitative dans la théorie du «calorique», élaborée par Ch. Wolff 6, identifié partiellem ent avec l ’elem ent du feu — le phlogis ton de Stahl. Cette théorie était reconnue comme fondam entale en 1730. La classification de la m atière à cette époque reconnaît les corps solides, fluides et gazeux (aériformes), comme espèces perm anentes (non comme états) de la m atière. Le processus de la fusion est considéré comme une transition forcée à un état quasi-fluide (non fluide) provoqué p ar la présence tem poraire du calorique. L ’évaporation est considérée de la même façon. A cette époque la m atière calorique (phlogiston) est identifiée avec la m atière de la lum ière et elle est considérée comme «corps pesant».
Le mécanique est à cette époque la théorie dirigeante. M usschen- broek souligne dans son cours, que chaque changem ent que nous ob servons dans les corps est provoqué par le déplacem ent du corps to u t entier ou de ses parties.
A la m écanique s’adjoint la théorie du calorique = phlogiston (feu) = lumière.
L ’optique géom étrique est la théorie dirigeante dans le domaine des phénomènes de la lum ière. C’est ainsi que la m écanique, la théorie du calorique et l’optique géom étrique représen ten t les théories dirigeantes dans la section structu relle de la physique de 1730.
La subdivision interne de la physique n ’était q u ’ébauchée à cette époque. Dans le cours de M usschenbroek, p ar exemple, la physique est partagée en 41 paragraphes et l ’ordre de le u r disposition est inhabituel pour nous. La subdivision interne représentée sur la planche est obte nue à l’aide d ’un regroupem ent des subdivisions admises à cette époque.
6 Ch. Wolff, A llerhand nützliche Versuche zur genaueren K enntnis der Natur
214 J. G. Dorfman
La section structurelle de la physique en 1765
A ce tem ps-là, le développem ent des m éthodes expérim entales de l’ac tion des facteurs physiques sur la m atière a ttein t un rôle considérable. G râce à l ’invention de la bouteille de Leyde, on perfectionne les m a chines électriques. On développe aussi la construction des pompes à vide. Des observations qualitatives sont encore prépondérantes mais elles per m etten t de faire des découvertes rem arquables comme, p ar exemple, celle de l ’électricité atm osphérique (Franklin). Un nouveau domaine apparaît dans la physique m esurante — la calorim étrie (Richman, Black).
Dans le domaine de la théorie apparaît, en 1752-59, la théorie des systèm es d ’électricité statique de F ranklin-A epinus que ce d ern ier tra n s m et aussi dans le dom aine du m agnétism e 7.
D. Bernoulli et L. Euler inventent la théorie continuelle — la méca nique des fluides et des gaz. On obtient des succès nouveaux dans la mécanique du corps solide.
Grâce au développem ent de la théorie de l’électricité et du m agné tisme, la classification des espèces de la m atière est enrichie p ar un ou deux fluides électriques et un ou deux fluides m agnétiques, pendant que dans la physique de la période précédente l ’électricité était souvent identifiée avec le feu, pendant que le fluide m agnétique n ’était même presque pas m entionné. Ce changem ent est provoqué p ar l’apparition des théories d ’électricité et du m agnétism e parm i les théories dirigeantes. Q uoiqu’on discute la question su r la natu re de la lum ière et quoique des savants, comme L. Euler et M. Lomonossov, attaq u en t la théorie corpusculaire de la lum ière (dite newtonienne), cette dernière devient dom inante à cette époque 8.
En 1765 quelques disciplines appliquées se dégagent pour la prem ière fois. Ainsi, avec le développem ent de la technique des machines à va peur, ap paraît la physique appliquée de la chaleur. L ’invention et la propagation du paratonnère fait n aître la technique de la défense contre la foudre. L ’hydrolique qui en tra it auparavant dans l ’édifice de la phy sique devient m aintenant une discipline indépendante. La ballistique, basée sur les études de Robins (1742), devient aussi une discipline in dépendante qui fo u rn it à la technique de l ’artillerie un fondem ent scien tifique 9.
La section structurelle de la physique en 1800
La découverte de la loi de Coulomb (1785), a initié les m esures précises de la charge électrique.
Un rôle im po rtan t dans le développem ent des méthodes q u an
tita-7 F. U. T. Aepinus, Tentam en theoriae electricitatis et m agnetism i, Petropoli 1759.
8 J. Priestley, H istory and Present State of Discoveries to Vision, Light and
Colours, London 1772.
L ’évolution de la structure de la physique 2 1 5
tives dans les études physiques a joué à cette époque l ’introduction du systèm e m étrique de m esures. L ’élaboration des étalons a exigé un p e r fectionnem ent considérable de presque toutes les m éthodes de mesurage. Une nouvelle voie d ’étude de phénom ènes électriques — le galvanis me — commence après la découverte de la pile électrique par A. Volta en 1799. Les succès de la physique expérim entale sont donc énormes.
La théorie des phénom ènes caloriques a éprouvé des changem ents considérables de la p a rt de la théorie oxigénée de la combustion, éla borée vers la fin du X V IIIe siècle par A. Lavoisier. «Le feu» ne fu t plus identifié avec le calorique, ni dans la chimie, ni dans la physique.
La publication de la M écanique analytique p ar Lagrange en 1787 m arque un pas essentiel le développem ent des m éthodes théoriques au seuil du X IX e siècle.
La classification des espèces de la m atière éprouve aussi, à ce tem ps- -là, des changem ents im portants. Après avoir échoué dans les tentatives expérim entales ten d an t à observer un agrandissem ent de la pesanteur des corps magnétisés, électrisés, etc., les physiciens parviennent à la nécessité de tenir la m atière de l ’électricité, de la lum ière, du m agné tisme, etc. pour im pondérable. En 1799, Rum ford dém ontra aussi que le poids ne change pas quand on chauffe le corps. On parvient donc à la découverte im portante de te n ir la calorique pour im pondérable. C’est déjà en 1788 que Lavoisier considérait les corps solides, fluides et ga zeux comme états de la m atière, mais dans la physique, ainsi que dans la chimie, de cette époque, se m aintient la conception que certaines sub stances gazeuses sont des gaz «permanents».
Les études de Pieté sur le rayonnem ent des corps chauffés, ainsi que su r les rayons du froid, conduisent à une distinction définie de la m a tière de la lum ière de celle du calorique. Les ten tatives théoriques à expli quer les phénom ènes optiques à l’aide de la théorie corpusculaire con tinuent. En 1800, la théorie corpusculaire de la lum ière se m ain tien t en core comme théorie dirigeante.
La methéorologie se sépare peu à peu de la physique et devient une discipline indépendante après la publication de l’oeuvre capitale de Deluc 10.
Vers la fin du X V IIIe siècle, une nouvelle branche de la technique — la navigation aérienne — découverte par les frères M ontgolfier (1785) et par J. Charles (1788) se dégage de la physique.
La section structurelle de la physique en 1835
Le prem ier tiers du X IX e siècle est caractérisé p ar un progrès consi dérable des méthodes de m esure des grandeurs physiques. C’est pour la prem ière fois que les résultats de ces m esures disposés en tableaux des
216 J. G. Dorfman
constantes physiques sont adjoints aux cours les plus im portants de la physique n . Les méthodes d ’action physique sur la m atière se sont per fectionnées considérablem ent. En résu ltat de ce perfectionnem ent de la physique expérim entale de grandes découvertes ont été faites pendant la période antécédente qui ont brusquem ent changé la stru ctu re de la physique. C’est vers 1820 q u ’ap paru t un nouveau dom aine de la physi que — l ’électrom agnétism e. En même tem ps s ’écroula difinitivem ent la théorie des fluides (ainsi que d ’un fluide) m agnétiques et c’est la théo rie d ’A m père su r l’origine du m agnétism e qui est acceptée à cette époque M. F araday est parvenu à la découverte des phénom ènes de l’induction et de la self-induction. La découverte de la loi d ’Ohm est suivie par la form ulation précise de l’existence de deux genres de conducteurs d ’élec tricité. La théorie de la lum ière éprouve à cette époque un changem ent fondam ental. A près une polémique acharnée, on est forcé à adm ettre que la théorie de Fresnel d ’ondes transversales fou rn it une explication signi ficative pour les phénom ènes optiques connus à cette époque. La m a tière de la lum ière est exclue de la physique et le vacuum se rem plit d ’éther.
La découverte des lois de Gay-Lussac et de D alton font approfondir les études dans ce domaine.
Ainsi, la section structurelle de la physique de 1835 reflète des changem ents im portants presque dans tous ses domaines. Mais, la théo rie du calorique reigne toujours encore parm i les théories dirigeantes.
La section structurelle de la physique en 1855
La période de vingt ans entre 1835 et 1855 est caractérisée, en prem ier lieu, par la précision des méthodes de m esures caloriques, ce qui apporte la découverte de l’équivalent m écanique de la chaleur (1845). Elle est suivie par la découverte de la loi de la conservation de l ’énergie (1847) et ensuite du second principe de la therm odynam ique (1850). C’est ainsi que commence un développem ent im pétueux de la therm odynam ique. La m écanique reste toujours encore comme théorie dirigeante. La th e r modynamique lui est donc adjointe.
Dans le domaine de l ’électricité et du m agnétism e dom inent encore les théories basées sur l ’action à distance, mais, les idées nouvelles de F araday ont une certaine influence. La théorie élastique des ondes de Fresnel domine dans l ’optique.
Un succès considérable de la m écanique apporte, à cette époque, le développem ent de la théorie d ’élasticité présentée par Poisson et Cauchy. Grâce à ses nom breuses possibilités d ’application, ce domaine de la physique devient bientôt une discipline indépendante.
L ’évolution de la structure de la physique 217
Le développem ent de Pélectrodynam ique et de la m agnétostatique, dû à Ganss et Weber, provoque un progrès rapide du géomagnétisme qui devient un domaine autonom e de la géophysique.
L ’invention des prem ières machines électriques et de nouveaux mo yens électriques d ’échange d ’inform ations fait n aître l ’électrophysique appliquée qui deviendra plus ta rd l’électrotechnique.
La section structurelle de la physique en 1880
Les années soixantièm es et, surtout, les années soixante-dixièm es du X IX e siècle sont caractérisées par un développem ent considérable de la technique de m esures et des m éthodes d ’action sur la m atière. Un tr a vail expérim ental énorm e est accompli au cours de ces années dans le dom aine des études su r l ’équation d e ’était des gaz et des vapeurs. L ’ana
lyse de ces résultats conduit à un développem ent rapide de la théorie cinétique des gaz et de la physique statistique classique.
La loi de la distribution des vitesses des molécules, découverte p ar M axwell en 1860, fu t perfectionnée p ar Boltzm ann en 1868. En 1877, ce d ern ier vint à découvrir la relation célèbre en tre l ’entropie et la p ro babilité des états. En 1869 D. I. M endeleyev publie sa loi périodique, introduisant ainsi une nouvelle conception dans l’atom istique.
En plus du développem ent im pétueux de la physique m oléculaire, la théorie de l’électricité et du m agnétism e reçoit un choc vigoureux. Les conceptions qualitatives de F araday étaien t élaborées théoriquem ent d ’une façon q uantitative p ar C. M axwell (1864) 12. La théorie électrom agnétique de M axwell a effacé les frontières en tre l ’optique et l’électrom agnétis- me. C ’est ainsi que la physique théorique fut, au cours de vingt ans, to talem ent reconstruite. Les tentatives à p résenter les phénom ènes élec trom agnétiques comme phénom ènes m écaniques n ’ont pas encore cessé. La mécanique reste donc, en avant d ’autres théories de cette période, une théorie dirigeante. P our la prem ière fois, un rôle dirigeant com men ce aussi à jouer la théorie statistique, su rto u t après que Boltzm ann avait obtenu des résultats rem arquables dans ce domaine.
La classification des espèces de la m atière, adoptée à ce tem ps-là, conserve à côté de l ’éther, devenu le seul p o rteu r de tous les signes du champ électrom agnétique, le fluide électrique, dont la n a tu re reste encore indéterm inée.
Les progrès de la therm odynam ique et de l’électrochim ie contribuent au développem ent des applications de la physique aux problèm es chi miques. Ce domaine forme, peu à peu, une discipline à p art, nommée la chimie physique 13.
Le progrès des m éthodes m athém atiques de la m écanique des flu i
12 J. C. Maxwell, Treatise on Electricity and M agnetism, London 1864. 13 Ю. И. Соловьев, Очерки no истории физической химии, Москва 1964.
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des et des gaz contribue à la form ation d ’une discipline indépendante — l ’hydrom écanique.
Des études de la physique des sensations acoustiques (Helmholtz 1877) naquit un domaine de la biophysique — l’acoustique physiologique.
En 1880, les applications techniques de l’énergie électrique constitu ent déjà un vaste domaine de la technique — l ’électrotechnique.
Considérant la subdivision in terne de la physique à cette époque, nous y voyons une partie nouvelle — la théorie cinétique des gaz.
La section structurelle de la physique en 1900
Les études expérim entales, réalisées au cours de la dernière vingtaine du X IX e siècle, aboutirent à des découvertes fort im portantes: celle des ondes électrom agnétiques p ar H. H ertz (1888), celle des rayons X par Roentgen (1895), celle de la radioactivité par H. Becquerel (1896), celle de l’électron par W iechert et J. J. Thomson (1897) 14 et, enfin, du radium par Marie Sklodowska-Curie et P ierre Curie (1898).
Dans la théorie physique, c’est à cette époque q u ’app araît la méthode ponctuelle-continuelle qui a perm is à Lorentz de form uler, en 1895, la théorie des électrons. C’est ainsi que, pour la prem ière fois, fut préci sée la caractéristique de la m atière électrique: les électrons ponctuels ou ions devinrent les porteurs de la charge électrique, tandis que l’éth er continuel était ju sq u ’ici considéré comme po rteur du champ. Tous les processus électriques dans la m atière usuelle étaien t donc considérés comme processus électrono-ioniques.
Cette période aboutit p ar la découverte révolutionnaire de la théorie des quanta (Planck, 1900), dont le vrai sens restait encore inconnu.
Ces grandes découvertes, comme on peut le voir, produisent une ré percussion essentielle sur la stru ctu re de la physique en 1900. Dans la physique apparaissent des parties nouvelles — les ondes électrom agnéti que, l ’électronique et la radioactivité. Mais, les physiciens de cette épo que continuaient à croire en la toute-puissance de la mécanique classi que.
La fin du X IX e siècle est caractérisée par l ’apparition de deux nou velles branches de la physique technique — de l ’aérodynam ique appli quée (1891)15 e t de la radiophysique appliquée (Popov, 1895) qui m ani festent le progrès accéléré de la technique. La physique appliquée de la chaleur, née à l ’époque de l’invention de la m achine à vapeur, devient, vers la fin du X IX e siècle, une partie indépendante de la technique.
Un rejeton im portant de la physique de ce temps est la séismologie (B. A. Golitzine) — un nouveau domaine de la géophysique.
14 Г. В. Быков, К вопросу об открытии электрона. Вопросы истории естествознания
и техники, Москва 1959.
L ’évolution de la structure de la physique 2 1 9
La section structurelle de la physique en 1915
Les prem ières quinze années du XX e siècle sont caractérisées p ar les découvertes suivantes de la physique expérim entale: la découverte de l’invariabilité de la vitesse de propagation de la lum ière (Michelson et Morley, 1904); l’expérience de Laue, F riedrich et K nipping qui dém ontre sim ultaném ent la n atu re des ondes électrom agnétiques des rayons de Roentgen, la stru ctu re atom ique de la m atière et la disposition régulière des atomes dans les cristaux; l ’invention de la cham bre de C. T. R. W il- son (1912) qui perm it d ’observer les traces des tra je ts des particules subatom iques individuelles, et la découverte du phénom ène quantique fondam ental de la supraconductivité (K am m erlingh-O unes, 1911) faite bientôt après la découverte de la m éthode d ’obtenir les tem p ératu res du hélium liquide.
Les études théoriques de cette époque se m anifestent par des succès très im portants. La théorie des quanta continuait de se développer et de se répandre dans différents domaines de la physique; naquit la th éo rie révolutionnaire de la relativité (A. Einstein, 1905); la therm o d y n a mique fu t complétée p ar le «troisième principe» (Nernst, 1906) et, e n fin, en 1913 apparaît le modèle de R utherford-B ohr.
La classification des espèces de la m atière de 1900 reste encore la- -même. Mais, dans la classification des phénom ènes, l ’espece de phéno mènes quantiques est définitivem ent introduite, tan d is que la radioacti vité qui n ’avait pas de ’’place” dans la physique du X IX e siècle est défi nitivem ent incorporée dans l ’espèce des processus intraatom iques.
La stru ctu re in tern e de la physique fu t donc conplétée par une nou velle p artie — la physique atomique. La partie de la chaleur et de la therm odynam ique qui a reçu un fondem ent clairem ent statistique et mo léculaire s’appelle m aintenan t — la physique m oléculaire.
La théorie des quanta, ainsi que la théorie atom ique sont incorporées, vers 1915, au groupe des théories dirigeantes.
Le tra it caractéristique de cette époque consiste en le fait que la théorie des phénom ènes mécaniques cesse d ’être la théorie dirigeante de la physique.
La radiophysique appliquée se développe très rapidem ent à cause des préparations à la guerre et devient à cette époque une discipline autono me de la technique — la radiotechnique. De même, l’optique appliquée apparaît comme optotechnique.
Le progrès de l ’aérodynam ique appliqée provoque l ’apparition d ’une nouvelle discipline indépendante — la technique de l ’aviation.
Le progrès de la physique théorique et de l ’optique provoque, au début du X X e siècle, l ’apparition d ’un rejeton de la physique vers l’astronomie —• l’astrophysique.
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La section de la structure de la physique en 1935
L ’époque de 1915 à 1935 de notre siècle est caractérisée par un grand nombre de découvertes, faites principalem ent après la prem ière G uerre Mondiale.
Le domaine le plus caractéristique des études expérim entales de cette période est le développem ent des méthodes expérim entales de la «pré paration des objets d ’étude» qui commence à jouer ensuite un rôle de plus en plus im portant.
Quelle en est la cause?
La finesse des études physiques attein t déjà un tel niveau q u ’une préparation physico-chim ique des objets d ’étude devient absolum ent in dispensable pour obtenir des résu ltats physiques significatifs. La sen sibilité des méthodes physiques d ’analyse de la constitution et de la stru ctu re de la m atière commence à surpasser d ’une m anière consi dérable celle des m éthodes chimiques. Les physiciens ne peuvent plus com pter su r la chimie analytique ou preparative et sont forcés à éla borer leurs propres méthodes particulières pour la p rép aration des objets d ’études physiques.
Les études physiques expérim entales de cette période sont caracté risées:
1) p ar la découverte de la n atu re des ondes des électrons, des ions, atomes;
2) p ar la découverte de la particule subatom ique, inconnue au p ara vant — le neutron;
3) par la découverte des méthodes de préparation des radioélém ents nouveaux;
4) p ar l ’invention d ’accélérateurs des particules en cascade (le cyclo tron par exemple, 1930).
Cette période est non moins im portante en ce qui concerne la physi que théorique. En 1925 apparaît la théorie du spin d ’électron; en 1926 naît la mécanique quantique; en 1934 ap paraît le modèle proton-neu- tronien du noyau atom ique et, au cours de la même année, se développe la théorie de la béta — désintégration qui conduit à la découverte du neutrino.
La m éthode de la mécanique quantique peut être classée en tre les méthodes ponctuelles-continuelles, mais la nouveauté de la m écanique quantique consiste en ce que la n atu re corpusculaire, ainsi que continu elle est attribu ée non pas aux différentes espèces de la m atière (comme c’était le cas dans la théorie des électrons, par exemple), mais aux mêmes représentants du microcosme. M adelung appelle la m écanique quantique une théorie «quasi continuelle», car «on y rencontre des conceptions de
L ’évolution de la structure de la physique 2 2 1
la densité des points et de la vitesse m oyenne qui sont étrang ères à une théorie pu rem ent continuelle» 16.
La conception physique d u m onde a éprouvé des changem ents fon dam entaux. Elle est caractérisée depuis par: la théorie de la relativ ité et de la gravitation, par la m écanique et l ’électrodynam ique quantiques, p ar la théorie des atomes et des molécules e t p ar la théorie d u noyau atomique.
Les succès de la physique nouvelle attein gent à cette époque seule m ent la biologie et font n aître la biophysique. Les m éthodes de la p h y sique sont appliquées à la cinétique chim ique (la physique chimique). P our la prem ière fois ap p araît la hydrodynam ique des fluides com pressibles. Le progrès commun de la radiotechnique et de l ’électronique fait n aître une discipline nouvelle qui se développe rapidem ent — la radioélectronique.
L ’abondance des méthodes d ’études physiques de la m atière et de m esure des grandeurs physiques fo urn it à la technique de nouveaux moyens d ’analyse et de contrôle de la qualité des produits (analyse spec trale, analyse de la stru c tu re p ar les rayons de Roentgen, défectoscopie m agnétique ou acoustique, etc.).
Il est nécessaire de considérer quelques tra its caractéristiques de la subdivision in tern e de la physique à cette époque. P en d an t que la p lu p a rt des cours de physique de cette époque sont subdivisée de la même façon q u ’on lit su r notre planche, on voit déjà ap p araître des m onogra phies dont le dom aine est découpé de la physique d ’une façon tout à fait différente. Au cours des vingtièm es années, ont été publiés des livres dédiés à la physique des m étaux, à la physique des cristaux, à la p hy sique des diélectriques. Au cours des trentièm es années ap p araît de plus la litté ra tu re concernant la physique des sém i-conducteurs. On peut donc ainsi rem arq u er l ’apparition d ’une subdivision nouvelle, composée non d ’après les espèces de phénom ènes, mais d ’après les espèces de la matière. Cette nouvelle subdivision de la physique qui vient de n aître provient des nouveaux résu ltats d ’études qui ont m ontré que les p hé nomènes identiques par leur n atu re (par exem ple, les phénom ènes élec triques ou optiques) se réalisent d ’une m anière toute différente dans les différentes espèces de la m atière (par exem ple: la conductibilité électrique des m étaux et des diélectriques, l’influence de la tem p ératu re su r la conductibilité des m étaux et des sém i-conducteurs, etc.). La nouvelle subdivision interne se reflète partiellem ent, p ar exemple, dans la prem ière édition de Handbuch der P hysïk publiée en les années 1926-1934 17.
16 E. M adelung, op. cit.
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La section structurelle de la physique en 1955
Les études expérim entales de la période de 1935 à 1955 sont caracté risées avant tout:
1) p ar la découverte et l’utilisation des méthodes de production d ’énergie nucléaire;
2) par la découverte de nom breuses espèces de particules subnuclé aires et de champs;
3) par la découverte des générateurs quantiques.
Le progrès des études théoriques est caractérisé par le développe m ent très rapide de l ’électrodynam ique quantique et de la magnèto- -hydrodynam ique.
La classification des espèces de la m atière devient plus régulière en com paraison avec celle de la période précédente. Le plasm e reçoit sa place dans cette classification. La classification des espèces de processus est complémentée p ar les processus subnucléaires.
Les théories dirigeantes à cette époque sont les suivantes: la théorie de la relativité et de la gravitation, la mécanique et l ’électrodynam ique quantiques, la statistique quantique et la théorie des champs quantises.
Le changem ent de la subdivision de la physique, commencée dans la période précédente, qui se form e d ’après les espèces diverses de la m a tière devient plus rapide et plus profond. A côté de la physique nuclé aire qui s ’est développée très rapidem ent, se form e la vaste physique des particules subnucléaires et des champs.
Dans son article publié en 1956, que nous avons déjà cité, A. F. Yoffé écrivit:
«La physique de la moitié du XX e siècle peut être subdivisée — selon les objets des études — en: physique m oléculaire, physique atomique, physique des électrons [y compris la théorie du champ électrom agnéti que], physique des noyaux, physique des particules élém entaires, la doc trin e du champ de gravitation, et — selon les processus et les phéno mènes — en: m écanique et acoustique, la doctrine de la chaleur, la doctrine de l’électricité du m agnétism e, l’optique, la doctrine des pro cessus atomiques e t nucléaires. Ces deux m anières de classifier la phy sique se couvrent en partie» 18.
Toutefois, la subdivision d ’après les processus s ’est conservée dans les livres écrits pour l’enseignem ent seulem ent où sont dém ontrés les traits caractéristiques généraux des processus physiques. A m esure q u ’on entre plus à fond dans la connaissance du problème, ap parait la subdi vision selon les espèces de la m atière. Cette tendance au développem ent de la m éthode de subdivision de la physique fu t reconnue dans deux documents, à savoir: dans l’index du journal soviétique référatif La
