"'O
0
c
:J
0
lil
.-t
0
N
@
.......
..c
O'l
·;::::
> a.
0
u
Chapitre 1 • Introduction
4
nombre de degrés de liberté (par exemple les gaz, les solides, etc.) et permet de déduire leurs propriétés aux échelles macroscopiques à partir de lois gouvernant les
constituants élémentaires aux échelles microscopiques (par exemple l'échelle atomique pour les gaz). Basée sur un langage probabiliste, la masse d'information décrivant les détails de l'échelle microscopique est éliminée au profit d' un petit nombre
de grandeurs : entropie statistique, température, pression, etc. Contrairement à la mécanique newtonienne et à l'électrodynamique, elle ne vise pas à décrire la dynamique
des objets élémentaires, mais cherche au contraire à dégager des lois fondamentales
contrôlant les phénomènes collectifs
3 . La relation entre la physique statistique et les
autres théories cadres est subtile puisque le choix de la dynamique microscopique
(classique ou quantique) est indépendant de l'idée centrale du passage de l'élémentaire au collectif.
1.2.4 Les impasses de la théorie classique
Si on résume la situation en cette fin de XIXe siècle, il y a donc d' une part une théorie de la dynamique de la matière (la mécanique newtonienne), on pourrait parler
de physique corpusculaire, d' autre part la théorie électromagnétique, qui est clairement de nature ondulatoire puisqu'elle décrit la dynamique des champs électrique
et magnétique, ébranlements d'un milieu - le mystérieux éther ? - alors mal défini.
Comme Hertz 1 ' a démontré expérimentalement, cette théorie décrit les phénomènes
lumineux : c'est une théorie du rayonnement. L' interaction entre matière et rayonnement est assurée d'une part par l' introduction de la force de Lorentz F = q(Ê + îl x B)
dans la relation fondamentale de la dynamique, et d'autre part par les termes de
sources donnant naissance aux champs, densité de charge p et densité de courant ],
dans les équations de Maxwell (figure 1.1). En dépit des succès remarquables de ces
deux théories, le bel édifice était remis en question à la fin du XIXe siècle par un
certain nombre de problèmes, loin d' être secondaires comme nous le verrons, qui ne
trouvaient pas de solution dans ce cadre.
Mentionnons une première difficulté : les équations de Newton et les équations de
Maxwell ne sont pas invariantes sous le même groupe de transformations d'espacetemps : le groupe de Galilée laisse les premières invariantes tandis que le groupe de
symétrie des secondes est le groupe de Poincaré. Autrement dit les deux théories ne
sont pas affectées de la même manière par les transformation s spatio-temporelles,
ce qui contredit l' idée fondamentale de l' invariance des lois de la physique lors des
changements de référentiels inertiels. L'incompatibilité entre groupes de symétrie
des équations de Newton et de Maxwell fut résolue par l'élaboration, en 1905, d ' une
3. Notons que la physique statistique s ' oppose en cela à la thermodynamique : cette dernière se fonde
directement sur l'échelle macroscopique et permet de construire des théories phénomènologiques, par
contraste avec la physique statistique qui vise à construire des théories microscopiques.
0
c
:J
0
lil
.-t
0
N
@
.......
..c
O'l
·;::::
> a.
0
u
Chapitre 1 • Introduction
4
nombre de degrés de liberté (par exemple les gaz, les solides, etc.) et permet de déduire leurs propriétés aux échelles macroscopiques à partir de lois gouvernant les
constituants élémentaires aux échelles microscopiques (par exemple l'échelle atomique pour les gaz). Basée sur un langage probabiliste, la masse d'information décrivant les détails de l'échelle microscopique est éliminée au profit d' un petit nombre
de grandeurs : entropie statistique, température, pression, etc. Contrairement à la mécanique newtonienne et à l'électrodynamique, elle ne vise pas à décrire la dynamique
des objets élémentaires, mais cherche au contraire à dégager des lois fondamentales
contrôlant les phénomènes collectifs
3 . La relation entre la physique statistique et les
autres théories cadres est subtile puisque le choix de la dynamique microscopique
(classique ou quantique) est indépendant de l'idée centrale du passage de l'élémentaire au collectif.
1.2.4 Les impasses de la théorie classique
Si on résume la situation en cette fin de XIXe siècle, il y a donc d' une part une théorie de la dynamique de la matière (la mécanique newtonienne), on pourrait parler
de physique corpusculaire, d' autre part la théorie électromagnétique, qui est clairement de nature ondulatoire puisqu'elle décrit la dynamique des champs électrique
et magnétique, ébranlements d'un milieu - le mystérieux éther ? - alors mal défini.
Comme Hertz 1 ' a démontré expérimentalement, cette théorie décrit les phénomènes
lumineux : c'est une théorie du rayonnement. L' interaction entre matière et rayonnement est assurée d'une part par l' introduction de la force de Lorentz F = q(Ê + îl x B)
dans la relation fondamentale de la dynamique, et d'autre part par les termes de
sources donnant naissance aux champs, densité de charge p et densité de courant ],
dans les équations de Maxwell (figure 1.1). En dépit des succès remarquables de ces
deux théories, le bel édifice était remis en question à la fin du XIXe siècle par un
certain nombre de problèmes, loin d' être secondaires comme nous le verrons, qui ne
trouvaient pas de solution dans ce cadre.
Mentionnons une première difficulté : les équations de Newton et les équations de
Maxwell ne sont pas invariantes sous le même groupe de transformations d'espacetemps : le groupe de Galilée laisse les premières invariantes tandis que le groupe de
symétrie des secondes est le groupe de Poincaré. Autrement dit les deux théories ne
sont pas affectées de la même manière par les transformation s spatio-temporelles,
ce qui contredit l' idée fondamentale de l' invariance des lois de la physique lors des
changements de référentiels inertiels. L'incompatibilité entre groupes de symétrie
des équations de Newton et de Maxwell fut résolue par l'élaboration, en 1905, d ' une
3. Notons que la physique statistique s ' oppose en cela à la thermodynamique : cette dernière se fonde
directement sur l'échelle macroscopique et permet de construire des théories phénomènologiques, par
contraste avec la physique statistique qui vise à construire des théories microscopiques.