La physique est une science qui étudie, modélise et formalise les phénomènes naturels de l'Univers. Elle correspond à l'étude du monde qui nous entoure sous toutes ses formes, des lois de ses variations et de leur évolution.
La physique développe des représentations du monde expérimentalement vérifiables dans un domaine de définition donné. Elle produit plusieurs lectures du monde, chacune n'étant considérée comme précise que jusqu'à un certain point. La modélisation des systèmes physiques peut inclure ou non les processus chimiques et biologiques.
La physique telle que conceptualisée par Isaac Newton, aujourd'hui dénommée physique classique, ne donne pas d'explication satisfaisante sur des phénomènes naturels comme le rayonnement du corps noir (catastrophe ultraviolette) ou les anomalies de l'orbite de la planète Mercure, ce qui pose un réel problème aux physiciens. Les tentatives effectuées pour comprendre et modéliser les phénomènes nouveaux auxquels on accède à la fin du révisent en profondeur le modèle newtonien pour donner naissance à deux nouveaux ensembles de théories physiques. Il existe donc aujourd'hui trois ensembles de théories physiques établies, chacun valide dans le domaine d'applications qui lui est propre : la physique classique (milieux solides, liquides et gazeux), toujours d'actualité, s'applique, par exemple, à la construction des immeubles, des centrales électriques et des avions. Elle utilise les anciennes notions de temps, d'espace, de matière et d'énergie telles que définies par Newton ; la physique quantique (monde microscopique des particules et des champs) s'applique, par exemple, à la technologie utilisée pour la production des composants électroniques (la diode à effet tunnel par exemple) ou aux lasers. Elle se fonde sur de nouvelles définitions de l'énergie et de la matière, mais conserve les anciennes notions de temps et d'espace de la physique classique. La physique quantique n'a jamais été prise en défaut ; la relativité générale (monde macroscopique des planètes, des trous noirs et de la gravité) s'applique, par exemple, à la mise au point et au traitement de l'information nécessaire au fonctionnement des systèmes GPS. Elle se fonde sur de nouvelles définitions du temps et de l'espace, mais conserve les anciennes notions d'énergie et de matière de la physique classique, ces deux dernières étant contredites par la physique quantique. La relativité générale n'a jamais été prise en défaut.
La physique classique, fondée sur des théories antérieures à la relativité et aux quanta, reste correcte quand : la discontinuité des niveaux d'énergie ne se manifeste pas de façon quantitativement significative ; les vitesses sont très inférieures à la vitesse de la lumière dans le vide ; le champ gravitationnel est suffisamment peu intense. Elle doit être remplacée par la physique quantique quand la première condition n'est pas remplie (par la physique quantique relativiste quand la deuxième ne l'est pas non plus). Elle doit être remplacée par la relativité restreinte quand seule la deuxième condition n'est pas remplie, et par la relativité générale quand la troisième ne l'est pas. Il n'existe actuellement aucune théorie physique aboutie s'appliquant aux situations où la première et la troisième conditions ne sont pas remplies (gravité quantique), mais de telles situations sont rarement observées dans la pratique et sont même actuellement hors de portée de l'expérimentation. Cependant, certaines théories encore spéculatives, comme la théorie des cordes ou la gravité quantique à boucles, essayent de décrire de tels cas de figure.
La physique classique est en continuité avec la relativité restreinte (elle en est un cas particulier pour les vitesses faibles devant la vitesse de la lumière), avec la relativité générale (elle en est un cas particulier pour les champs gravitationnels suffisamment peu intenses) et avec la physique quantique (elle en est un cas particulier quand la discontinuité des niveaux d'énergie peut être négligée), mais on sait que la relativité générale et la physique quantique sont contradictoires. Leur remplacement par une théorie cohérente est aujourd'hui le principal problème de la physique théorique, par souci de cohérence logique et parce que la première et la troisième conditions ne sont pas remplies dans l'Univers primordial (Big Bang) ni à proximité d'un trou noir.
Les divisions anciennes en vigueur à la fin du : mécanique, calorique, acoustique, optique, électricité, magnétisme sont complétées ou remplacées par : la taille des éléments de structure au centre de la modélisation : particules élémentaires, noyaux atomiques, atomes, molécules, macromolécules ou polymères, grains de matière… ; les caractères des interactions à l'origine des phases ou états de la matière : plasma, fluide supercritique, gaz, liquide, solide.
La physique est née avec les expériences répétées de Galilée qui n'accepte, au-delà des principes et des conventions issus des schémas mathématiques, que des résultats mesurables et reproductibles par l'expérience. La méthode choisie permet de confirmer ou d'infirmer les hypothèses fondées sur une théorie donnée. Elle décrit de façon quantitative et modélise les êtres fondamentaux présents dans l'Univers, cherche à décrire le mouvement par les forces qui s'y exercent et leurs effets. Elle développe des théories en utilisant l'outil des mathématiques pour décrire et prévoir l'évolution de systèmes.
Terminologie Le terme physique vient du grec / adopté dans le monde gréco-romain, signifiant « connaissance de la nature ». En latin, la physika ou physica gréco-romaine est étymologiquement ce qui se rapporte à la nature ou précisément le savoir harmonieux et cyclique sur la nature dénommée . Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la nature qui se perpétue en restant essentiellement la même avec le retour des saisons ou des générations vivantes. L'ouvrage Physica d'Aristote (384-322 ). reprend cette terminologie.
Le terme ancien est perpétué par la tradition de la philosophie antique. Selon Platon., la physique est l'une des trois parties de l'enseignement de la philosophie, aux côtés de l'éthique et de la logique. Selon son élève Aristote, la philosophie se divise en philosophie théorétique, philosophie pratique et philosophie poétique ; la physique est une des trois parties de la philosophie théorétique, aux côtés des mathématiques et de la théologie. Quand Aristote écrit un livre sur La Physique, ce qui échappe à la triple catégorisation et ne peut être catalogué dans la physique est dévolu à la métaphysique, c'est-à-dire, au sens étymologique, à ce qui va au-delà de la physique.
Au , le mot savant physique est attesté en ancien français sous la double forme fusique dès 1130 ou fisique. Il a un double sens : la médecine se nomme fusique. Son praticien, un médecin ou autrefois un apothicaire, est dénommé fisicien dès 1155. En anglais, le terme subsiste avec la graphie . la fisique est aussi la connaissance des choses de la nature. Le praticien ne soigne-t-il pas avec les dons de la nature, les herbes et les plantes, les substances minérales, animales ou végétales ?
À la fin du quattrocento (), il apparaît en tant qu'adjectif. Loys Garbin le cite dans son vocabulaire latin-français publié à Genève en 1487, où il désigne « ce qui se rapporte à la nature » mais le substantif s'affirme comme science des choses naturelles. L'adjectif reste d'emploi rare avant le . Le mot physique désigne alors les « connaissances concernant les causes naturelles » , son étude apporte l'expression « philosophie naturelle » selon un corpus universitaire gardé par Isaac Newton, auteur des principes mathématiques de philosophie naturelle. C'est le sens de René Descartes et de ses élèves Jacques Rohault et RégisSelon Le Littré.. Elle correspond alors aux sciences naturelles ou encore à la philosophie naturelle.
Des chaires de philosophie naturelle sont établies dans certaines universités, notamment au Royaume-Uni (Oxford, Édimbourg). À Paris, on compte par exemple une chaire de philosophie naturelle au collège de Clermont, occupée notamment par Ignace-Gaston Pardies. Maxwell occupe quelque temps une semblable chaire à Édimbourg où l'enseignement reste un fourre-tout indigeste.
Au , la physique désigne clairement en français la science expérimentale.
La signification ancienne de cette physique ne convient plus aux actuelles sciences dites « exactes » que sont la physique, la chimie et la biologie, cette dernière étant la plus tardive héritière directe des sciences naturellesEn français, l'expression « sciences naturelles » a une signification plus restreinte qu'en anglais ou en allemand, langues dans lesquelles elle a gardé son sens plus général englobant la physique actuelle et la chimie..
Histoire
Antiquité
Moyen Âge
Époque moderne
vignette|redresse|Portrait de Galileo Galilei par Giusto Sustermans en 1636.
Le mot physique prend son sens moderne, plus restreint que le sens originel, au début du avec Galilée. Selon lui, les lois de la nature s'écrivent en langage mathématique. Il découvre plusieurs lois, comme l'inertie et la relativité des vitesses qui contredisent le sens commun.
L'élève de Galilée, Evangelista Torricelli, montre que la science ne se contente pas de calculer des trajectoires balistiques, mais elle peut aussi expliquer des phénomènes singuliers qu'on lui soumet et mettre au point des techniques. Les fontainiers de Florence ne parvenaient pas à hisser par une seule puissante pompe aspirante l'eau de l'Arno à des hauteurs dépassant trente-deux pieds, soit une dizaine de mètres. Torricelli, consulté par ses maîtres artisans dépités, constate avec eux le fait troublant, mais en procédant par expérience, il découvre le vide et détermine les capacités maximales d'élévation d'une batterie de pompes.
À l'université de Paris, l'aristotélisme fournit un classement des natures et causes des phénomènes observés, et ordonne la Nature de manière rigoureuse dans les cours de philosophie naturelle jusque dans les années 1690, à partir desquelles il est progressivement remplacé par un cartésianisme sophistiqué, notamment grâce à l'ouverture du collège des Quatre-Nations et les cours d'Edme Pourchot.
Les pionniers de la modélisation scientifique parmi lesquels le Français Descartes et plusieurs expérimentateurs des Pays-Bas ou d'Angleterre contribuent à diffuser les bases de la physique mathématisée qui atteint son apogée en Angleterre avec Isaac Newton.
Dans la première édition du Dictionnaire de l'Académie française, datant de 1694, le nom « physique » est désigné comme la « science qui a pour objet la connaissance des choses naturelles, ex : La physique fait partie de la philosophie;la physique est nécessaire à un médecin ». L'adjectif « physique » est défini, en outre, comme signifiant « naturel, ex : l'impossibilité physique s'oppose à l'impossibilité morale ». Ce n'est que dans sa sixième édition (1832-1835) que le sens moderne de « physique » apparaît, le terme est défini comme la « science qui a pour objet les propriétés accidentelles ou permanentes des corps matériels, lorsqu'on les étudie sans les décomposer chimiquement. ». Enfin dans sa huitième édition (1932-1935), la physique est définie comme la « science qui observe et groupe les phénomènes du monde matériel, en vue de dégager les lois qui les régissent.»