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1.3. La structure des théories physiques
1.3 LA STRUCTURE DES THÉORIES PHYSIQUES
On peut véritablement parler de «révolution quantique » puisque les fondateurs de la
mécanique quantique ont été progressivement amenés à remplacer le cadre conceptuel et à abandonner les notions servant de socle à la mécanique classique. C'est
une des difficultés principales de l'enseignement de la mécanique quantique : il faut
laisser de côté un certain nombre de notions devenues intuitives à l'usage.
De quelle remise à plat des concepts parle-t-on? Pour apprécier cela il est bon de
revenir sur la structure des grandes théories physiques. Nous considérons les théories
cadres évoquées plus haut, que nous pourrions appeler les « superthéories », dans
lesquelles s'imbriquent des théories plus spécifiques, au sein desquelles on construit
des modèles.
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;..... 1 Cadre conceptuel
1
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1
(notions de base, outils):
'€ ~----1---------& ~Posfu1its - - - - - - - - - - - :
~ ~(!:el'!_ti_9!)~ ~f!_t~e _l~s_ f!.O!i~~sJ
i
!
1 Théories plus spécifiques 1
1
IModèles l
1 -;: = = EXEMPLE: Mécanique newtonienne = = = li
1
11
: : * -c-;)c~I-diffé~e-nti~I - - - - - - - - - - - - - - - : ::
-++--~:;
1 * Cinématique (position, vitesse, accélération) 1
11
1
1
.
c- -) 1 11
1
1 *Etat d' une partlcule ponctuelle: r, p
1
1 1
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;; 1 * Théorie de la gravitation newtonienne 1
: :
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- - - - - - - - - - - - -.
: * Modèle planétaire
1
_ _ ______,
1
~ * _ e!C __________ I
Toute théorie est basée sur un certain nombre de postulats (axiomes) qui doivent
obéir à quelques règles transcendantes, telles que la causalité, la conservation de
l'énergie-impulsion d' un système isolé. D'autres choix axiomatiques conduiraient
à des conclusions différentes. C'est donc la confrontation à l'expérience qui permet
de valider la pertinence du choix des axiomes. La justesse d'une théorie physique
n'est donc pas seulement dans sa construction mais aussi dans la validité de son
application. Par exemple, reconsidérons la proposition aristotélicienne de décrire la
dynamique des corps en mouvement en postulant la proportionnalité entre vitesse
et force : À. v = F. On sait que cette relation est démentie par l'expérience de la
chute des corps (elle a aussi la désagréable propriété de ne pas respecter le principe
de relativité). Cela ne la rend pas pour autant absurde et il est possible de trouver
des situations décrites par cette relation : le cas d' une particule en milieu fortement
v1squeux.
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1.3 LA STRUCTURE DES THÉORIES PHYSIQUES
On peut véritablement parler de «révolution quantique » puisque les fondateurs de la
mécanique quantique ont été progressivement amenés à remplacer le cadre conceptuel et à abandonner les notions servant de socle à la mécanique classique. C'est
une des difficultés principales de l'enseignement de la mécanique quantique : il faut
laisser de côté un certain nombre de notions devenues intuitives à l'usage.
De quelle remise à plat des concepts parle-t-on? Pour apprécier cela il est bon de
revenir sur la structure des grandes théories physiques. Nous considérons les théories
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Toute théorie est basée sur un certain nombre de postulats (axiomes) qui doivent
obéir à quelques règles transcendantes, telles que la causalité, la conservation de
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à des conclusions différentes. C'est donc la confrontation à l'expérience qui permet
de valider la pertinence du choix des axiomes. La justesse d'une théorie physique
n'est donc pas seulement dans sa construction mais aussi dans la validité de son
application. Par exemple, reconsidérons la proposition aristotélicienne de décrire la
dynamique des corps en mouvement en postulant la proportionnalité entre vitesse
et force : À. v = F. On sait que cette relation est démentie par l'expérience de la
chute des corps (elle a aussi la désagréable propriété de ne pas respecter le principe
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