Karel Van Camp et Dirk Van Dyck défendent James Clerk Maxwell, l'un des plus grands physiciens de tous les temps.
L'été dernier, le Eos . est apparu Spécial sur la physique et l'espace. Selon les professeurs de physique Karel Van Camp et Dirk Van Dyck, trop peu d'attention a été accordée à l'un des quatre grands physiciens. Lisez leur correspondance ici.
Chers rédacteurs,
Récemment, j'ai acheté le numéro spécial de l'Eos Special sur la physique et l'espace. Les contributions étaient d'un haut niveau de vulgarisation. J'ai appris ou mis à jour un certain nombre de choses. Cependant, j'ai un ajout important à faire sur la chronologie. Les quatre plus grands physiciens de tous les temps sont Galileo Galilei, Isaac Newton, James Clerk Maxwell et Albert Einstein. L'un d'eux est absent de la chronologie.
Premier Isaac Newton. Son statut n'est pas principalement dû à l'analyse des couleurs de la lumière avec un prisme, mais à son livre Philosophiae Naturalis Principia Mathematica de 1687. Pour la première fois en physique, il construit la mécanique avec l'introduction de trois axiomes ou lois et explique ainsi mathématiquement les lois de Kepler, les orbites cométaires, les marées, etc.
L'introduction des axiomes a déjà conduit Euclide, aux IVe et IIIe siècles av. J.-C., à la construction très réussie de la géométrie plane. Mais Newton a utilisé la technique pour la première fois en physique, avec un succès égal. Toutes les grandes étapes théoriques de la physique (et en fait souvent aussi des autres sciences) se font par la technique des axiomes. Les axiomes sont des faits, des données expérimentales, des découvertes, des intuitions... qui ne peuvent être prouvées mathématiquement, n'ont souvent aucun sens et vont parfois à l'encontre de tout bon sens. Par exemple, la vitesse de la lumière est toujours constante, que la source ou l'observateur soit en mouvement ou non. Pire encore, parfois l'inventeur de l'axiome lui-même ne comprend pas ce qu'il prétend. Ce n'est que maintenant que nous commençons à comprendre ce qu'est la masse. Erwin Schrödinger avait une idée complètement fausse de ce que signifiaient ses fonctions d'onde. Ils n'avaient rien à voir avec les vagues, mais avec les probabilités.
Le prochain physicien à exploiter cette technique d'axiomes qui manque à la chronologie était James Clerk Maxwell. En 1861, Maxwell eut l'idée géniale de prendre quatre lois expérimentales (deux fois Gauss, Faraday et Ampère) comme axiomes. Ce faisant, il a prouvé que la lumière est une onde électromagnétique transversale. Ce que Thomas Young et surtout les scientifiques français avaient démontré expérimentalement - l'onde transverse - avait enfin été expliqué. Ils savaient enfin ce qu'était la lumière. Cela a placé Maxwell à côté de Newton. C'est pourquoi l'explication d'Einstein de l'effet photoélectrique a été un tel choc, précisément parce qu'elle allait à l'encontre d'un des concepts fondamentaux de la physique.
Einstein, entre autres, a également utilisé des axiomes pour sa théorie de la relativité limitée :la vitesse de la lumière est toujours constante (trop folle pour être vraie, mais démontrée expérimentalement par Albert Michelson en 1887). Pour sa théorie générale de la relativité, il a déclaré que sa théorie ne devrait pas entrer en conflit avec :« La masse gravitationnelle est identique à la masse inertielle ». Cela a été démontré expérimentalement par le physicien hongrois Loránd Eötvös en 1890, mais cela pourrait être considéré comme très inhabituel et unique. Certainement si l'on réfléchit plus profondément à ces deux sortes de masses à partir de deux formules qui n'ont absolument rien à voir l'une avec l'autre (F=ma inertie et F=GmM/r² gravitation).
Le texte sur Galileo dans la chronologie n'est pas très respectueux. Il est sûrement le premier à expérimenter et à observer, rompant ainsi avec l'approche médiévale de la physique qui ignorait tout contrôle expérimental. En conséquence, les gens se sont complètement trompés au Moyen Âge et parfois, sans s'en rendre compte, ils se sont approchés verbalement de la théorie correcte. Mais ensuite, ils ont de nouveau fantasmé et sont retournés dans la brume. Galilée fut aussi le premier à formuler la première loi de Newton. C'est-à-dire que Newton a pris l'affirmation de Galilée comme premier axiome.
Cordialement
em. Pr Dr Karel J. Van Camp
(Université d'Anvers et Université de Gand)
Cher Karel
Chers rédacteurs d'Eos
Je suis entièrement d'accord avec Karel que nos quatre plus grands physiciens sont Galileo, Newton, Maxwell et Einstein. J'y ajouterai moi-même Dirac et Feynman.
Dans le cours de mécanique théorique que j'ai enseigné aux étudiants en physique pendant 25 ans, j'ai expliqué pourquoi. Pour un étudiant en physique, il est au moins aussi important d'expliquer pourquoi et comment il est arrivé à ses lois en plus des lois qui sont en son nom. L'étudiant doit être capable de traiter de manière critique les connaissances et, si nécessaire, de les déplacer.
Mais le génie ne suffit pas. Les conditions doivent également être optimales pour cela. Je vois différentes motivations pour cela.
Depuis les Lumières, notamment grâce aux travaux de Galilée, Bacon et Descartes, on s'est rendu compte qu'en réalité seule l'observation importait pour le progrès de la science. Cela signifiait également qu'il fallait s'éloigner de la pensée comme source de vérité absolue et donc aussi des philosophes grecs comme Aristote.
Remarque :Galileo n'a pas été le premier à étudier le mouvement de chute. Simon Stevin avait déjà fait ces expériences deux ans plus tôt depuis le clocher de Delft et ses résultats avaient également été publiés en néerlandais, tout comme ses mesures de l'hydrostatique des années avant Blaise Pascal.
Le mouvement des planètes a toujours été important car c'était un signe des dieux. Et pour Tycho Brahe et son successeur Johannes Kepler, c'était même économiquement important, car ils devaient dessiner des horoscopes pour leur patron l'empereur Rudolf à Prague, donc prédire quand une planète se retrouverait quelque part dans une constellation. Kepler a donc essayé de décrire empiriquement les orbites des planètes avec des formules simples qui lui permettaient d'extrapoler. Et pour cela il disposait des mesures très précises de Tycho Brahe, qui avait développé de nouveaux instruments à cet effet.
La concurrence pour des horloges plus précises à la suite des voyages transocéaniques était également un moteur important pour la mécanique (une minute de différence signifiait une distance de plus de 100 km). Christiaan Huygens a également apporté plusieurs améliorations. Plus tard, c'est la révolution industrielle (la machine à vapeur) qui a conduit la thermodynamique et l'électricité pour les travaux de Faraday et Maxwell.
Outre les nouveaux instruments de Tycho Brahe, les progrès de l'astrophysique ont surtout été rendus possibles par le nouveau télescope, une invention du Hollandais Zacharias Jansen (Galilei fut le premier à l'utiliser, et ne voulut même pas le prêter à Kepler). Le travail de Maxwell était basé sur la multitude d'expériences de Faraday, et la théorie de la relativité limitée d'Einstein (1905) était basée sur les expériences raffinées de Michelson-Morley de 1887 utilisant le nouvel interféromètre de Michelson. Il n'a pas reçu le prix Nobel pour l'expérience, mais pour l'appareil qui a permis de mesurer le mètre étalon.
Platon a été le premier à réaliser que la nature peut être décrite avec des nombres. Et Newton ainsi que Maxwell et Einstein avaient besoin de nouvelles mathématiques pour décrire leurs lois. En fait, on pouvait déjà décrire les orbites des planètes avec les lois empiriques de Kepler.
Mais les lois de Newton étaient beaucoup plus compactes et universelles. Donc, fondamentalement, leur travail est le résultat d'une envie de résumer les résultats expérimentaux de la manière la plus compacte possible (c'est-à-dire le principe d'Occam). Et ils avaient découvert qu'il y avait encore une structure mathématique mutuelle dans les observations expérimentales. Cette forme de mathématiques est donc une découverte et non une invention.
La puissance de ces nouvelles mathématiques a permis de faire des prédictions. Par exemple, Maxwell a prédit les ondes électromagnétiques (il n'était plus autorisé à faire l'expérience de la confirmation expérimentale). Dirac ne croyait pas non plus en une "théorie laide" et l'envie de simplicité lui a fourni une comparaison pour la mécanique quantique relativiste avec laquelle on pouvait prédire le spin et les antiparticules.
Mais la théorie des cordes sur laquelle les physiciens théoriciens travaillent intensément aujourd'hui comme description possible de la gravité quantique n'a pas encore reçu de confirmation expérimentale. Remarque :La théorie de la relativité générale d'Einstein de 1911 n'est pas basée sur des observations. Ceux-ci sont venus plus tard en 1919.
L'importance de l'imprimerie est sous-estimée. Après tout, avec les livres et le latin comme langue universelle, les scientifiques ont pu échanger leurs découvertes très rapidement (par exemple, la correspondance entre Galilée et Kepler).
Et avec la montée du protestantisme, l'église a également perdu son monopole sur le contenu des livres. Dans l'Islam, en revanche, ils ont réussi à interdire les livres imprimés pendant des centaines d'années et à perdre ainsi complètement l'avance scientifique sur l'Occident qu'ils avaient au Moyen Âge.
Souvent, les progrès de la science sont dus à l'attention des scientifiques à repérer les petits écarts inattendus et à l'obstination à les comprendre. Il existe une multitude d'exemples. Aujourd'hui, nos scientifiques n'ont plus cette liberté. Ils sont fixés sur le nombre de publications et de citations.
Cordialement
em. Prof. Dirk Van Dyck (Université d'Anvers)
