1. Introduction
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électrique devient grand, ce qui donne lieu aux phénomènes de l’optique nonlinéaire, la loi de Hooke n’est plus valable si la tension devient trop importante,
etc. La mécanique du solide, l’élasticité ou la mécanique des fluides découlent
de (1.6) et de diverses lois phénoménologiques, comme la loi qui relie en mécanique des fluides force, gradient de vitesse et viscosité. Il importe de bien
faire la distinction entre le petit nombre de lois fondamentales et les multiples
lois phénoménologiques que la physique classique utilise, faute de mieux, pour
décrire la matière.
Bien que la physique classique soit d’une utilité indiscutable, elle n’en présente pas moins une lacune de taille : alors que la physique se veut une théorie
de la matière, la physique classique est complètement incapable d’expliquer le
comportement de la matière étant donné ses constituants et les forces entre
ces constituants
18
. Elle ne peut pas prédire l’existence des atomes, car on
ne peut pas construire une échelle de longueur avec les constantes de la physique classique : masses et charges du noyau et des électrons
19
. Elle n’explique
pas pourquoi le Soleil brille, pourquoi la vapeur de sodium émet une lumière
jaune, elle n’a rien à dire sur les propriétés chimiques des alcalins, sur le
fait que le cuivre conduit l’électricité alors que le soufre est un isolant, etc.
Lorsque le physicien classique a besoin d’une propriété de la matière, une résistance électrique, une chaleur spécifique, il n’a pas d’autre choix que de la
mesurer expérimentalement. Au contraire, la mécanique quantique a la prétention d’expliquer le comportement de la matière à partir des constituants et
des forces. Naturellement, des prédictions précises à partir des premiers principes ne sont possibles que pour les systèmes les plus simples, comme l’atome
d’hydrogène ou celui d’hélium. La complexité des calculs ne permet pas par
exemple de prédire la structure cristalline de l’argent à partir des données
sur cet atome, mais étant donné cette structure, on saura expliquer pourquoi
l’argent est un conducteur, ce que la physique classique est incapable de faire.
Il ne faudrait pas conclure de cette discussion que la physique classique ne
peut plus être intéressante et novatrice. Bien au contraire, on a assisté au cours
de ces trente dernières années à un renouveau de la physique classique, avec
des idées nouvelles sur les systèmes dynamiques chaotiques, les instabilités,
les formations de structures hors équilibre, etc. Des problèmes aussi familiers
18. Cette affirmation mérite d’être un peu nuancée. Il existe de bons modèles microscopiques en physique classique : par exemple la théorie cinétique des gaz permet un calcul
fiable des coefficients de transport (viscosité, conductibilité thermique) d’un gaz. Mais ni
l’existence des molécules qui composent le gaz, ni la valeur de la section efficace nécessaire
au calcul ne peuvent s’expliquer par la physique classique.
19. Si l’on ajoute la vitesse de la lumière, on peut construire une échelle de longueur, le
r a y o nc l a s s i q u ed el ’ é l e c t r o n
re =
q 2
e
4πε 0
1
mec 2 ≃ 2.8 × 10
−15 m
qui est trop petit par 4 ordres de grandeur par rapport aux dimensions atomiques. On
peut aussi invoquer l’invariance d’échelle des équations classiques : cf. Wichman [1974],
chapitre 1.
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électrique devient grand, ce qui donne lieu aux phénomènes de l’optique nonlinéaire, la loi de Hooke n’est plus valable si la tension devient trop importante,
etc. La mécanique du solide, l’élasticité ou la mécanique des fluides découlent
de (1.6) et de diverses lois phénoménologiques, comme la loi qui relie en mécanique des fluides force, gradient de vitesse et viscosité. Il importe de bien
faire la distinction entre le petit nombre de lois fondamentales et les multiples
lois phénoménologiques que la physique classique utilise, faute de mieux, pour
décrire la matière.
Bien que la physique classique soit d’une utilité indiscutable, elle n’en présente pas moins une lacune de taille : alors que la physique se veut une théorie
de la matière, la physique classique est complètement incapable d’expliquer le
comportement de la matière étant donné ses constituants et les forces entre
ces constituants
18
. Elle ne peut pas prédire l’existence des atomes, car on
ne peut pas construire une échelle de longueur avec les constantes de la physique classique : masses et charges du noyau et des électrons
19
. Elle n’explique
pas pourquoi le Soleil brille, pourquoi la vapeur de sodium émet une lumière
jaune, elle n’a rien à dire sur les propriétés chimiques des alcalins, sur le
fait que le cuivre conduit l’électricité alors que le soufre est un isolant, etc.
Lorsque le physicien classique a besoin d’une propriété de la matière, une résistance électrique, une chaleur spécifique, il n’a pas d’autre choix que de la
mesurer expérimentalement. Au contraire, la mécanique quantique a la prétention d’expliquer le comportement de la matière à partir des constituants et
des forces. Naturellement, des prédictions précises à partir des premiers principes ne sont possibles que pour les systèmes les plus simples, comme l’atome
d’hydrogène ou celui d’hélium. La complexité des calculs ne permet pas par
exemple de prédire la structure cristalline de l’argent à partir des données
sur cet atome, mais étant donné cette structure, on saura expliquer pourquoi
l’argent est un conducteur, ce que la physique classique est incapable de faire.
Il ne faudrait pas conclure de cette discussion que la physique classique ne
peut plus être intéressante et novatrice. Bien au contraire, on a assisté au cours
de ces trente dernières années à un renouveau de la physique classique, avec
des idées nouvelles sur les systèmes dynamiques chaotiques, les instabilités,
les formations de structures hors équilibre, etc. Des problèmes aussi familiers
18. Cette affirmation mérite d’être un peu nuancée. Il existe de bons modèles microscopiques en physique classique : par exemple la théorie cinétique des gaz permet un calcul
fiable des coefficients de transport (viscosité, conductibilité thermique) d’un gaz. Mais ni
l’existence des molécules qui composent le gaz, ni la valeur de la section efficace nécessaire
au calcul ne peuvent s’expliquer par la physique classique.
19. Si l’on ajoute la vitesse de la lumière, on peut construire une échelle de longueur, le
r a y o nc l a s s i q u ed el ’ é l e c t r o n
re =
q 2
e
4πε 0
1
mec 2 ≃ 2.8 × 10
−15 m
qui est trop petit par 4 ordres de grandeur par rapport aux dimensions atomiques. On
peut aussi invoquer l’invariance d’échelle des équations classiques : cf. Wichman [1974],
chapitre 1.