Physique Chimie
  | Accueil |         
  Melzani M.,
lycée Raoul
Follereau,
Belfort
CPGE PTSI :  |  documents cours |  TP, DS, maths... |  colles |  cahier texte |  concours |  actualités | 
Autres :       |  archives cpge 2016-18 |  agrégation |  expériences diverses, points théoriques |  liens | 
Dossiers :     |  épistémologie et histoire |  incertitudes de mesure |  plasmas |  unités | 

  Autour du fonctionnement des sciences physiques/

Rubriques :

Une introduction au fonctionnement des sciences physiques |

Exemples de diagrammes des deux mondes |

Histoire des sciences : une chronologie (page en construction) | ← vous êtes ici




Introduction : pourquoi une histoire des sciences ?

L'histoire des sciences physiques n'est pas nécessaire à leur pratique.

Contrairement au philosophe ou au sociologue, le physicien peut se passer de connaître l'histoire de sa discipline. Ceci explique pourquoi les physiciens s'y intéressent si peu, ou que lorsqu'ils s'y attardent cela prenne souvent l'aspect d'un loisir, d'un petit plus réservé à ceux qui en ont le temps et l'envie. Et pourtant, la connaissance des succès et des erreurs du passé ne peut-elle pas guider vers de nouvelles découvertes ? Il n'est peut être pas un hasard si les physiciens les plus prolifiques sont aussi ceux qui la connaissent bien. Ainsi en est-il d'Albert Einstein, fin connaisseur d'histoire et de philosophie, d'Emilio Ségré (prix Nobel, auteur de livres sur l'histoire de la physique), d'Heisenberg et de bien d'autres.

Autre sujet, laissons le chercheur pour trouver l'étudiant : ici encore l'apprentissage de la physique n'a pas besoin d'aller de paire avec celui de son histoire. Trop de dates, de concepts aujourd'hui dépassés et de théories du passé erronées peuvent même sérieusement mener à confusion. Et lorsqu'elle est tout de même présentée dans les cours, l'histoire de la physique est parfois caricaturée : réduite à quelques grandes ruptures auxquelles on associe un scientifique, elle devient une succession de dates isolées et de figures héroïques ; ce qui est bien éloigné de la marche réelle des sciences. On dit encore que nos récits, qui ne sont pas ceux d'historiens professionnels, déforment parfois par anachronisme les propos du passé : ce que le grec Empédocle appelait lumière n'a que peu à voir avec son sens actuel, mais se réfère plutôt à un des éléments fondamentaux, etc. On aime aussi à dire que comprendre réellement l'histoire d'un concept physique nécessite au préalable de bien comprendre ce concept, ce qui remet en cause un apprentissage de front de la discipline et de son histoire.

Et pourtant, ici encore, l'histoire peut illustrer des points clés, dont la démarche de construction du savoir qui est riche, tortueuse et complexe : coopération, travail collectif et progressif, rôle des sociétés savantes, validation par les pairs, mais aussi conflits d'intérêt et contingences historiques, financement et commandes des dirigeants, orientation des politiques de recherche, tout cela guide la marche de la science qui est - pour ce qui concerne sa construction - une entreprise sociale.

C'est ainsi que nous faisons le choix de présenter ici une chronologie de l'histoire de la physique. Ces pages s'adressent tout aussi bien au physicien curieux qu'à l'étudiant. C'est que nous pensons qu'un peu d'histoire, présentée en dehors du cours correspondant, ne peut qu'approfondir la compréhension des concepts (quoi de mieux que de comprendre la démarche de Carnot, Kelvin et Clausius pour comprendre ce qu'est l'entropie ?), et plus généralement peut éduquer à la démarche de la science. Pour tenter de ne pas tomber dans les pièges précédemment évoqués, nous avons fait plusieurs choix :

  • Les entrées sont regroupables par thèmes associés aux grandes théories "bien établies" d'aujourd'hui : mécanique classique, thermodynamique, optique géométrique, etc. Chacune de ces théories est par ailleurs - dans son état de complétion actuel - résumée par un diagramme des deux mondes dans la partie correspondante du site.

  • Pour une lecture rapide, le niveau 0 ne fait apparaître que les grandes étapes, mais afin de ne pas donner une image trop pauvre et schématique du déroulé de l'histoire, le niveau 1 affiche beaucoup d'autres entrées, montrant par exemple que la mécanique ne se résume pas à Archimède dans sa baignoire, Copernic Galilée et Newton, mais bien à une construction progressive et à des ruptures qui, si elles existent bien, sont progressives dans le temps et collectives dans les intervenants.

Bien sur, l'idée n'est pas de référencer toutes les publications scientifiques parues... et il y a donc une certaine dose de subjectivité dans le choix des entrées présentées, ainsi que dans la partition entre niveau 0 et 1.

Par ailleurs, certains thèmes ne sont pas encore complets (mécanique quantique, chimie), et il en manque d'autres (physique statistique, relativité générale, scinder la mécanique quantique en sous-théories). Tout comme l'interface graphique n'est pas tout à fait finalisée.




Chronologie par thème

Sélectionner un ou des domaines :

  • Mécanique newtonnienne

  • Relativité restreinte

  • Optique géométrique

  • Optique ondulatoire

  • Électromagnétisme (et électrostatique, magnétostatique)

  • Électricité, électronique

  • Thermodynamique

  • Compréhension de la structure de la matière

  • Mécanique quantique (inachevé)

  • Chimie (inachevé)

  • Mesures remarquables (inachevé)

  • Histoire des institutions (inachevé)

  • Relativité générale (inachevé)

  • Physique statistique (inachevé)

Et un niveau d'affichage : 0 |  1 | 




Quelques physiciens et dates clés (en cours de construction) :

  • Généralités : Les philosophes dissertent sur la nature de la matière (selon Aristote quatre éléments : air, eau, terre, air, et quatre qualités : chaud, froid, humide et sec), et les artisans sur l'élaboration de teinture, d'alliages, de médicaments et autres substances à visée utilitaire.

Préhistoire, antiquité
  • Chine : Utilisation de la boussole.

-600 ?
  • Thalès : Constate qu'en frottant de la laine contre un morceau d'ambre, celui-ci attire ou repousse des petits corps (de la poussière, du sable). L'ambre se dit electron en grec, et c'est ce qui donnera le terme électricité employé pour la première fois par Gilbert en 1600.

-600
  • Empédocle : Crédité de la première théorie de la lumière. La vision résulte de rayons envoyés par les yeux vers les objets.

-450
  • Aristote, Ptolémée : La vision mécanique qui domine est celle d'Aristote (les corps tendent vers un état de repos, quatre éléments, ...), et la vision de l'Univers est celle de Ptolémée (modèle géocentrique, épicycles pour expliquer les rétrogradations, Terre immobile).

-400 jusqu'au moyen-âge
  • Démocrite : Postule que la matière est faite d'atomes insécables.

-400
  • Euclide puis Ptolémée et d'autres : Propagation en ligne droite de la lumière, loi de la réflexion, tables donnant des angles de réfraction, fabrication de miroirs concaves. Les lentilles n'existent pas.

-300
  • Philon, Héron : Thermoscopes de l'antiquité, qui mettent en évidence une augmentation ou diminution de la température.

-300 à -100
  • Ératosthène : Première mesure correcte de la circonférence de la Terre

-250
  • Archimède et l'école d'Alexandrie : Avancées en statique, utilisation des mathématiques d'Euclide, levier, balance, principe d'Archimède, vis à eau...

-250
  • Maison de la Sagesse, Bagdad : Académie regroupant des savants. Étude des mathématiques, utilisation de l'écriture décimale, du zéro, observations des éclipses, parallaxes, anomalies lunaires, durée de l'année solaire... Surpasse celles d'Athène ou d'Alexandrie.

    L'hypothèse d'un Soleil fixe et d'une Terre mobile y est largement discutée. Fondée par Al-Khwarizmi, inventeur de l'algèbre (résolution d'équations, du 3ème degrès notamment). Prend fin lors de l'invasion de Gengis Khan.

750 - 1250
  • Généralités : L'alchimie s'intéresse aux transformation de la matière, les artisans poursuivent le perfectionnement des méthodes. On connaît à la sortie du moyen-age de nombreux métaux, quelques acides et bases (acide sulfurique, nitrique...). Mais la méthode expérimentale n'existe pas et les interprétations sont toujours teintées de magie.

Moyen-age et après
  • Artisans italiens : Fabrication des premières lentilles, qui servent à corriger la vision. Elles sont très grossières. Pas d'utilisation ou de compréhension scientifique.

1280
  • Paracelse : Propose une théorie qui remplace celle des 4 éléments et des 4 qualités par 4 principes, notion assez floue. Règle des affinités pour les réactions chimiques : le semblable attire le semblable.

1520
  • Copernic : Remise en cause franche du modèle de Ptolémée, et proposition du modèle héliocentrique. Comme il doit justifier les objections des aristotéliciens sur les effets du mouvement de la Terre, il doit faire un peu de mécanique et introduit la notion de référentiel.

    Copernic est principalement motivé par la complexité du modèle de Ptolémée et ses échecs (en terme de prévisions), et par le fait que le sien est plus "harmonieux". Mais il ne parvient pas à convaincre totalement, à la fois par manque de précision des observations, et parce qu'il reste convaincu que les planètes décrivent des cercles (car le cercle reste la figure parfaite). Il en résulte que son système n'est pas vraiment plus précis que celui de Ptolémée. Il sera néanmoins approuvé par les pairs parce que l'astronomie était en situation de crise (modèle de Ptolémée trop compliqué) et a bien voulu explorer des alternatives.

1540
  • Taqi ad-Din : Savant turc vivant à Constantinople. Travaux remarquables en astronomie, en optique, en conception mécanique. Fonde l'observatoire de Constantinople, qui égalera les observations de Brahé en Europe.

1526-1585
  • Kepler : À l'aide des observations de Tycho Brahé, notamment de celles pour Mars, montre que l'orbite des planètes est elliptique. Montre aussi qu'elles suivent les trois lois de Kepler.

1600-1620
  • Galilée : Il refonde les bases de la mécanique : Introduction du principe d'inertie, de la notion de référentiel, trajectoire parabolique des corps en chute libre... Fait majeur, il rend systématique l'usage de la démarche scientifique : observation, traduction dans le langage mathématique, calculs puis explications...

    Ceci résout une des questions de l'héliocentrisme, qui était de comprendre pourquoi, si la Terre bouge, un objet lâché ne repart pas en arrière. Il défend l'héliocentrisme et le conforte grandement par ces observations à la lunette astronomique. Après un revirement progressif de l'attitude de l'Église (qui était d'abord indifférente), celle-ci le condamne en 1633.

1600-1620
  • Gilbert : Écrit le traité De Magnete. Somme importantes d'expériences (aimantation induite, désaimantation par chauffage, ...). Il distingue bien force électrique et magnétique. Invente un électromètre. Toutefois les interprétations font appel à une "effluve" magnétique.

1600
  • Galilée : Il s'approprie une lunette contruite par un opticien hollandais ou italien, et a l'idée de la pointer vers le ciel. Il prend alors comme observations scientifiques ce qu'il voit, ce qui est révolutionnaire à l'époque (on peut dire qu'il lance la démarche scientifique). Il inventera aussi le microscope.

1609
  • Kepler : Première théorie correcte des lentilles. En rationalisant la lunette, il appuie le fait que ce que voit Galilée ne sont pas des illusions.

1611
  • Descartes : Loi de la réfraction. Snell également en 1626.

1634
  • Hooke, Boyle, Newton, ... : Expérimentent et s'en tiennent à la règle des affinités et des 4 principes. Hypothèse atomique soutenue par certains et donc vision mécanique des réactions : les constituants existent et s'attirent. Dans le même temps, le "phlogistique" est une substance qui décrit la propension à brûler et qui est utilisée par les chimistes pour comprendre les combustions.

1600-1700
  • Fermat : Principe de Fermat selon lequel la lumière empreinte le chemin le plus rapide.

1657
  • Royal Society : Création de la Royal Society à Londre, puis de ses Philosophical Transactions deux ans plus tard.

1660
  • Loi de Boyle et Mariotte : à $T$ fixée, la densité d'un gaz (masse dans une unité de volume) est proportionnelle à la pression (loi vérifiée aux faibles pressions).

1661 et 1676
  • Hooke : Décrit les irisations vues sur une lame de microscope, et les "anneaux de Newton" : il s'agit d'interférences, non comprises à l'époque.

1665
  • Grimaldi : Observe et décrit le phénomène de diffraction.

1665
  • Académie Royale des Sciences : Création de l'Académie Royale des Sciences.

1666
  • Picard : Première campagne de triangulation précise pour cartographier une partie de la France. Il en résulte la mesure d'un arc de 1° du méridien terrestre.

    lien Planet Terre ENS Lyon

1669
  • Généralités : Perfectionnement des machines à produire de l'électricité statique et des étincelles. Dufay, Franklin, ... : On découvre des comportements d'attraction ou de répulsion entre les corps électrisés, on en déduit deux types d'électricité. Théorie de l'électricité comme un ou deux fluides électriques. Premier condensateur (bouteille de Leyde).

1670 et après
  • Roemer : Mesure de la vitesse de la lumière (satellites de Jupiter).

1676
1683-1718
  • Newton : Publie ses Principia, qui reprennent les connaissances précédentes de Galilée et ajoutent la loi de la gravitation, le principe fondamental de la dynamique et des actions réciproques, et tout un arsenal mathématique qui permet de résoudre de nombreux problèmes. L'approche est axiomatique : à partir de ses trois lois et de la loi de gravitation, Newton en déduit de nombreux résultats.

    La physique de Newton mettra un certain temps à s'imposer, surtout en France où beaucoup adhèrent encore aux idées de Descartes (action de contact, théorie des tourbillons).

1687
  • Huygens : Établit sa théorie ondulatoire de la lumière. Explique ainsi les phénomènes d'interférence et de diffraction, tout en retrouvant les lois de la réfraction et de la réflexion. Pour lui la lumière est une vibration, vibration d'un milieu qui emplit tout l'espace et qui est baptisé "l'éther".

1690
  • Newton : Théorie corpusculaire, aujourd'hui écartée.

1690
  • Amontons : Idée du 0 absolu. Le thermomètre de référence est celui à air (mesure de l'expansion d'un volume d'air à pression constante). Or on constate qu'on peut extrapoler les données jusqu'à ce que le volume de l'air soit nul ! Cela indique qu'il y a un zéro absolu. Sur l'échelle centigrade, il est estimé à -267°C, puis -271°C, etc, selon les résultats. L'avantage est que tant qu'on reste dans les conditions du gaz parfait, le résultat ne dépend pas du gaz ou de la pression imposée.

    Ce sera Kelvin qui proposera une échelle universelle.

1702
  • Newcomen : première machine à vapeur industrielle. Puis Papin en 1707 : premier bateau à vapeur. D'autres mécaniciens anglais mettent au point par tâtonnements des machines à vapeur avec des rendements de 1%.

1703
  • Godin, Bouguer, La Condamine : Expédition au Pérou pour mesurer la longueur d'un degré de l'arc méridien.

1735-1743
  • Maupertuis, Clairaut : Mesure de l'arc de méridien en Laponie. Voir ici pour des données, et ici et . Ces mesures ont lieu dans le cadre du débat entre newtonniens (adeptes de la théorie de Newton, qui prévoit une Terre aplatie aux poles) et cartésiens (adeptes de la théorie des tourbillons de Descartes, qui prévoit une Terre aplatie à l'équateur). Les mesures semblent pencher en faveur des newtonniens.

1736-37
  • Bernoulli : Développe la théorie cinétique des gaz.

1738
  • Le Monnier : Encore une mesure de l'arc méridien en France, plus précise.

1739
  • Franklin : Arrive à la conclusion que la quantité d'électricité dans un système isolé est invariable.

1747
  • Généralités : Les expériences se multiplient mais la nomenclature est confuse. Idée de la conservation de la masse dans les réactions. Découverte de nouvelles substances (l'hydrogène par Cavendish, etc.), caractérisations expérimentales de celles-ci. La théorie des "qualités" s'étend confusément (les quatre éléments de l'antiquité plus le mercure, la chaux, le sel, le phlogistique). Ceux qui retiennent l'hypothèse atomique ne distinguent pas atome, molécule, particule.

1700-1770
  • Clairaut : Met au point une méthode mathématique pour le problème à trois corps, qui permet de prédire correctement les mouvements de la Lune. Ceux-ci avaient résisté depuis 50 ans, ce qui jetait un certain doute sur la théorie de Newton et sa loi en $1/r^2$.

1750
  • Lacailles : Mesure d'un arc de méridien au Cap.

1751
  • Diderot et D'Alembert : Encyclopédie.

1751-1772
  • Black : Montre que "l'air fixé" (le CO2 en fait) peut toujours se distinguer de l'air normal. Avant cela, les chimistes pensaient qu'il n'y avait qu'un seul type de gaz : l'air, avec éventuellement des impuretés différentes.

1756
  • Black : Notion de chaleur latente. Jusque là la chaleur en jeu lors d'un changement d'état était négligée. Black montre qu'elle est importante. Chaleur "latente", car elle n'est pas mise en évidence par le thermomètre ($T$ ne change pas).

1762
  • Watt : perfectionne les machines à vapeur.

1769
  • Lavoisier : Réalise les premières expériences chimiques vraiment précises, permettant de passer de l'alchimie à la chimie. Découvre que l'oxygène est nécessaire à la combustion, met en évidence que l'air est un mélange d'oxygène et d'azote (c'est lui qui est à l'origine de ces noms), montre que l'eau est composée d'oxygène et d'un gaz observé avant par Cavendish qu'il nomme hydrogène, reproduit une expérience de Cavendish où il décompose l'eau, anéantissant ainsi 2500 ans de théorie aristotélicienne des 4 éléments fondamentaux, met fin à la théorie du phlogistique ou éther, etc.

1770-1800
  • Lalande : Mesure de la distance Terre-Soleil (37$\pm$ 1) millions de lieues, à l'aide de la mesure de la parallaxe du Soleil, estimée en mesurant le temps de transit de Venus devant le Soleil en différents points de la Terre. C'est la première coopération scientifique internationale, avec des données d'astronomes de toutes nationalités ayant voyagé dans le monde entier.

    Certains savants français voyagent au Mexique, en Sibérie, en Inde, risquant leur vie (et la perdant pour certains) et s'éloignant pendant des mois à des années de chez eux.

1772
  • Black, Watt, puis Laplace et Lavoisier : Premières études sur la chaleur, concept de quantité de chaleur, de capacité calorifique, mesures de capacités calorifiques et d'enthalpies de réactions chimiques (et donc contribution en chimie).
    De même, Rumford mesure la chaleur produite lors du forage de canons.
    Notion d'équilibre thermique : la mise en contact de corps chauds et froids abouti à des corps de même température (Black). Ce qui est vraiment nouveau est cette notion de température, mesurée avec l'expansion d'un liquide (1ers thermomètres).

    Par exemple en 1780, calorimètre à glace de Laplace et Lavoisier.
    1780 : mémoire de Laplace et Lavoisier sur la chaleur, disponible sur www.lavoisier.cnrs.fr.
    Méthode des mélanges : on mélange 1kg d'eau à 50°C et 1kg d'huile à 100°C et de façon surprenante la température finale n'est pas de 75°C ! -> notion de capacité calorifique.

1760-80
  • Herschel : Découverte d'Uranus, première planète découverte avec un téléscope. Il est remarquable que cette planète a été vue par une dizaine d'astronomes dans le siècle qui précède, mais prise pour une étoile.

1781
  • En général : C'est la notion de fluide calorique qui est utilisée : la chaleur n'est pas une énergie - ce concept n'existe pas - mais un fluide, un des quatre fluides impondérables (avec la lumière, l'électricité et le magnétisme) et indestructible. C'est à quelques nuances près le point de vue de Kepler, Newton, Lavoisier, etc... La théorie selon laquelle la chaleur est une vibration de la matière existe mais reste marginale (Euler, Rumford, Laplace...). C'est l'expérience de Joule en 1840 qui fit pencher la balance en faveur de la seconde théorie.

jusque vers 1840
  • Coulomb : Mesure la force entre deux sphères chargées à l'aide de sa balance de torsion électrostatique, et confirme qu'elle décroit comme $1/r^2$ (loi de Coulomb). Ce résultat était attendu.

1785
  • Lavoisier, Berthollet, ... : Publication d'une nouvelle nomenclature des espèces chimiques. Ceci, avec la publication du traité de chimie de Lavoisier en 1789, marque le début de la chimie moderne.

    Les anciens noms hérités de l'alchimie sont remplacés par des noms modernes. Définition d'un mélange, d'un corps simple (qui ne peut être décomposé par l'expérience).

1787
  • Delambre, Méchain : Mesure de la longueur du méridien entre Dunkerque et Barcelone. L'objectif est d'aboutir à une valeur très précise, afin de définir le mètre comme un dix millionième de la longueur d'un quart de méridien terrestre. C'est donc dans le contexte de la révolution et du système métrique que cette expédition prend place.

1792-1804
  • Proust : Énonce la loi des proportions définies : par exemple quelle que soit la façon dont on décompose une masse d'eau, on obtient invariablement 8 masse d'oxygène pour une masse d'hydrogène. Ce sera un des arguments vers l'hypothèse atomique. Cette loi a mis du temps à s'établir (Berthollet y était opposé), surtout à cause de la confusion entre corps pur, espèce chimique et mélange.

    De façon générale, la loi énonce que la décomposition d'une espèce chimique poussée jusqu'à l'obtention des corps purs simples mène toujours au même rapport de masse entre ces corps simples, inversement, la proportion selon laquelle deux éléments se combinent ne peut pas varier de façon continue. Dalton y ajoutera le fait que ces proportions sont toujours simples.

1794
  • Carlisle et Nicholson : Utilisation de la pile de Volta pour découvrir l'électrolyse. Décomposition de l'eau.

    À partir de 1806 Davy, Seebeck, Gay-Lussac, .. décomposent d'autres substances, menant à la découverte de nombreux éléments (calcium, magnésium, chlore, baryum, ...).

1800
  • Volta : Reprend les expériences de Galvani. Aboutit à la conception de la première pile, par empilement de rondelles de cuivre et de zinc séparées de plaques de carton imbibées d'eau salée. Ceci ouvre la voie aux expériences avec un courant continu.

1800
  • Young : Observe les interférences à deux ondes avec le dispositif des trous d'Young. Il reprend l'interprétation ondulatoire, mais sans être écouté.

1801
  • Lagrange puis Gauss : Expriment ce que l'on appelle maintenant la loi de Gauss sur la divergence du champ $\vec{E}$.

1773 puis 1813
  • Young : Introduction du mot "énergie" en physique, mais la notion restera floue jusque vers 1840-50. De même pour la notion de travail introduite en 1821 par Coulomb. On parle encore de force vive, héritage de la place centrale donnée aux forces dans l'œuvre de Newton.

1807
  • Malus : Observe le phénomène de polarisation par réflexion. Interprétation corpusculaire sans nuance et maladroite, avec Biot.

1808
  • Dalton : Expose sa théorie atomique, établie pour expliquer la loi des proportions définies. Il imagine que chaque substance est composée d'éléments individuels (les molécules), eux-mêmes composés d'entités fondamentales (les atomes) qui peuvent se dissocier ou s'assembler lors des réactions chimiques.

    Sa table des molécules est basée à la fois sur l'expérience et des a priori, d'où des erreurs, l'eau étant notée HO par exemple. Sa théorie aura un retentissement important et ouvrira la voie à de nouvelle expériences et interprétations allant dans ce sens.

1808
  • Fourier : Théorie de la chaleur : loi de Fourier, équation de la chaleur, séries de Fourier.

1810-1822
  • Loi de Gay-Lussac : À pression et volume fixés, la densité change avec la température d'une façon qui ne dépend pas du gaz considéré.
    En déduit un zéro absolu vers -267°C.

    Aussi découvert par Charles en 1787.

1810
  • Avogadro : Suppose que des volumes égaux de gaz, pris dans les mêmes conditions de température et de pression, contiennent le même nombre de molécules.

    Avec ceci, la loi de Gay-Lussac et la loi de Boyle-Mariotte, on a la loi des gaz parfaits. Contrairement à ces deux dernières lois, celle d'Avogadro n'est pas expérimentale : c'est une hypothèse, motivée par la théorie cinétique des gaz. Elle permet de déterminer de façon univoque les poids relatifs des molécules et joue donc un rôle essentiel.

1810
  • Berzellius : Utilise des notations chimiques proches de celles actuellement en vigueur : H, He, ... et idem pour les molécules. Publie une table des masses atomiques. Conforte l'hypothèse atomique.

    La seule différence avec la notation actuelle était l'utilisation d'exposants au lieu d'indice : $\mathrm{H^2O}$ par exemple.

1813
  • Fresnel : Reprend les travaux de Huygens et Young. Après plus de cinq ans, avec Arago, il en arrive à la conclusion que la lumière est une onde dont la vibration est transverse à la direction de propagation. Comme elle explique les observations, la théorie ondulatoire est enfin acceptée. En revanche, elle utilise l'éther, milieu dans lequel se propage la lumière et qui possède des propriétés... un peu magiques.

    Ceci explique toutes les observations d'alors, dont la non interférence des rayons ordinaire et extraordinaire en biréfringence (qui est l'expérience qui a mené à l'hypothèse transverse).

1815
  • Ørsted : Découverte expérimentale de l'effet d'un courant électrique sur l'aiguille d'une boussole. Il utilise la pile de Volta. C'est la première fois que les domaines de l'électricité (le courant qui parcourt le fil) et du magnétisme (l'aiguille de la boussole) interagissent. Idée que les effets magnétiques se font à distance (premier pas vers la notion de champ).

1820
  • Biot et Savart : (avec aussi Ampère et Laplace) reprennent les expériences d'Ørsted afin d'en tirer des lois mathématiques : expression de la direction du champ magnétique en fonction de celle du courant, et de son intensité. Mène à ce que l'on appelle aujourd'hui la loi de Biot et Savart. Il est très contre-intuitif à l'époque de trouver une loi de force en $1/r$, et perpendiculaire au courant qui la cause.

1820
  • Ampère : Étudie la force entre deux fils parcourus par un courant. Invente le galvanomètre (1er ampèremètre). Théorème d'Ampère.

1820 à 1826
  • Barlow : Invente le premier moteur électrique.

1822
  • Carnot : Énoncé du 2nd principe sous la forme d'une limitation des rendements des machines dithermes.

    Contexte de révolution industrielle : on veut savoir si le rendement des machines motrices est limitée par un principe physique.
    Il montre aussi que le rendement maximal ne dépend pas du fluide utilisé.
    Et indique que le rendement maximal est atteint si on évite les contacts entre pièces de trop grande différence de température.

1824
  • Généralités : La théorie atomique n'est toujours pas acceptée. Toutefois, atomistes et non atomistes se lancent dans la détermination des masses atomiques des divers éléments, sans l'appeler ainsi (mais plutôt théorie des équivalents, molécule-gramme ou atome-gramme...). Une table précise est proposée par Gerhardt en 1844. Cependant, l'hypothèse d'Avogadro et le comportement des gaz, la loi de Dulong et Petit (1819, la capacité calorifique des solides est proportionnelle à la masse atomique), la découverte du mouvement Brownien par Brown (1827), les travaux sur l'électrolyse (Ampère en 1833 : la quantité de charge est proportionnelle aux quantités de matière formées), l'explication de la pression osmotique (proportionnelle à la quantité de matière en ions), sur la conductivité des solutions, etc... tous sont aisément expliqués par la théorie atomique et l'existence de la grandeur "quantité de matière".

1810-1850
  • Faraday : Découvre expérimentalement le phénomène d'induction (aimant bougeant dans un circuit, courant variant dans le temps...). Réalise des expériences avec de la limaille de fer pour visualiser les effets magnétiques. Propose la notion de champ pour l'expliquer ("ligne de forces magnétique" dans son vocabulaire).

1831
  • Mayer, Joule, Helmholtz, Rankine et d'autres physiciens, chimistes, ingénieurs : Établissement de l'équivalence entre travail et chaleur, 1er principe et affermissement de la notion d'énergie (qui avant cette décennie était une notion soit inexistante soit très floue, même pour des systèmes mécaniques simples !). Joule mesure l'équivalence entre chaleur et travail.

1840-1850
  • Regnault : Identifie des lois des gaz plus complexes que celle du gaz parfait.
    Obtient un zéro absolu à -273°C.

1840
  • Clapeyron : Précise la notion de réversibilité.

1843
  • Kirchhoff : Lois de Kirchhoff pour les circuits électriques, qui synthétisent les découvertes précédentes et font le lien avec le potentiel de l'électrostatique (loi des mailles).

1845
  • Thomson (lord Kelvin) : Introduction de la température absolue (les degrés Kelvin).

    Elle est définie à partir du rendement d'une machine thermique, et telle que celui-ci se met sous la forme connue aujourd'hui.

1848
  • Fizeau, Foucault : Mesure de la vitesse de la lumière dans l'air et dans l'eau : elle est plus lente dans l'eau, ce qui est en accord avec la théorie ondulatoire et renforce grandement celle-ci.

1850
  • Fresnel, Stokes, ... : Les observations d'aberration ne parviennent pas à mettre en évidence un mouvement par rapport à l'éther. Les scientifiques imaginent alors diverses théories de l'éther qui expliquent ceci (et qui impliquent toutes que l'éther est mis partiellement en mouvement par un corps qui bouge). Elles expliqueront même l'expérience de Michelson et Morley.

1850 à 1890
  • Kirchhoff : Mesure la vitesse de propagation du courant électrique dans un circuit, et trouve une valeur très proche de celle de la lumière dans le vide. Ceci, et l'effet Faraday, tend à montrer un lien entre électrostatique, magnétostatique, électrocinétique, optique et électromagnétisme.

1857
  • Kirchhoff : Loi de Kirchhoff sur le rayonnement.

1859
  • Maxwell : Théorie cinétique des gaz. Montre qu'a l'équilibre la distribution est maxwellienne.

1859
  • Kirchoff, Bunsen : Inventent un spectroscope précis, montrent la correspondance entre raies d'émission et d'absorption, en déduisent que les atomes absorbent et émettent à des fréquences bien précises : c'est le troisième mystère inexpliqué par la physique classique.

1859
  • Généralités : La thermodynamique des processus hors équilibres s'est développée en parallèle, d'abord avec l'énonciation de diverses lois empiriques : loi de Seebeck (thermoélectricité, 1821), de Fourier (flux de chaleur, 1822), de Navier (viscosité, 1825), d'Ohm (conduction électrique, 1827), de Pelletier (thermoélectricité, 1834), de Fick (diffusion de particules, 1855), de Darcy (écoulement en milieu poreux, 1856). Tout ceci n'est unifié qu'avec les travaux de De Donder et de Onsager vers 1930.

1820-1930
  • Maxwell : Écrit les équations de Maxwell. Ceci réalise une synthèse entre électrostatique, magnétostatique, électrocinétique, optique. La grande nouveauté est la prédiction, via ces équations, de l'existence d'ondes électromagnétiques qui doivent notamment se propager à $c$. Il reste encore à les observer.

1861
  • Clausius : Fonction entropie et énoncé plus concis et abstrait du 2nd principe.

1865
  • Mendeleiev : Présente sa classification périodique des éléments. Ils sont rangés par masse atomique croissante (au lieu de $Z$ croissant comme aujourd'hui), ce qui donne lieu à quelques anomalies. Il prévoit l'existence et les propriétés du gallium et d'autres éléments non encore découverts.

1869
  • Boltzmann : Sort l'entropie de la thermodynamique et l'identifie avec l'entropie qu'il définit dans sa théorie statistique (via $S=k\log\omega$). Également théorème d'équipartition de l'énergie, et équation cinétique de Boltzmann.

    Les idées de Boltzmann ne firent jamais l'unanimité de son vivant, essentiellement car l'existence même des atomes n'étaient toujours pas admise par la majorité des physiciens (sauf Maxwell, Gibbs et d'autres, et la majorité des chimistes...) jusque vers 1908 (travaux de Perrin). Il se suicide en 1906.

années 1870
  • Laboratoire Cavendish : Création du laboratoire Cavendish à Cambridge, l'un des tous premiers laboratoires expérimentaux d'université (jusque là, les expériences étaient réalisées chez les scientifiques dans des laboratoires privés). Fondé par Maxwell.

1874
  • Stefan : Loi de Stefan (densité d'énergie en $\sigma T^4$).

1879
  • Edison : Premier procédé de fabrication industriel de la lampe à incandescence. Le brevet est aussi tenu par le Swan.

    Des lampes ont été mises au point dès 1835 (Lindsay), mais à courte durée de vie et sans projet industriel. À noter que prolonger la durée de vie des lampes sera un défi relevé au fil des années jusqu'à nos jours (filament de carbone, sous vide, de tungsten, etc...).

1879
  • Helmholtz, Gibbs, Planck : Potentiels thermodynamiques.

1880-1900
  • Balmer : Après des mois d'essais, parvient à trouver que les fréquences des raies de l'atome d'hydrogène suivent la loi en $R(1/n^2-1/p^2)$. Rien de physique dans ce raisonnement, simplement une mise en forme des données.

    L'adéquation avec les données atteint quatre chiffres significatifs : trop précis pour que cela soit une coincidence. Seule la série avec $n=2$ était observée, les autres simplement prédites par la formule, furent observées plus tard ! (Paschen 1908, Lyman 1906, Brackett 1922).

1885
  • Michelson et Morley : Expérience montrant l'invariance de la vitesse de propagation de la lumière par rapport à la direction de propagation de la Terre. C'est un premier pas vers les complications pour la théorie de l'ether, même si ces résultats pourront être concilié avec l'ether (en supposant une contraction des longueurs).

1887
  • Hertz : met en évidence expérimentalement l'existence des ondes électromagnétiques (prédites théoriquement par Maxwell). Il montre également qu'elles se propagent à la célérité $c$. Son expérience utilise les fréquences radio. Lui et d'autres l'amélioreront ensuite pour transmettre ces ondes sur des distances de plus en plus grandes. En 1890 la vitesse de ces ondes est mesurée et correspond bien à $c$.

1888
  • Heaviside : Donne l'expression de la force de Lorentz $\vec{F} = q(\vec{E}+\vec{v}\wedge\vec{B})$. Lorentz la redonne en 1895. C'est la naissance de l'électrodynamique.

    À noter que dès 1864 Maxwell mentionne le terme en $\vec{v}\wedge\vec{B}$).

1889
  • Maxwell : Acceptation assez large de la théorie de Maxwell. Il est très difficile de changer cette théorie pour qu'elle s'accorde avec un entrainement de l'éther par les objets mobiles, ce qui serait nécessaire pour expliquer les observations d'aberration ou l'expérience de Michelson et Morley. Ceci engendre un état de crise, qui sera résolu par le rejet de l'éther et la théorie de la relativité d'Einstein.

1890
  • Lenard : Découverte et lois de l'effet photoélectrique.

    C'est en prolongeant les expériences sur les rayons cathodiques, en remplaçant les électrons envoyé sur la plaque métallique par de la lumière, que Lenard a découvert ces effets (seuil de fréquence, etc.). Hertz l'avait visualisé 10 ans plus tôt, mais avec un dispositif ne permettant pas beaucoup de mesures.

1886-1902
  • Wien : Loi de Wien sur le rayonnement.

1893
  • Röntgen : Découverte des rayons X. Première radiographie.

    À l'aide du rayonnement émis par la partie bombardée d'un tube cathodique. Röntgen reçoit pour sa découverte le premier prix Nobel de physique.

1895
  • Wien, Rubens : Expériences de mesure du spectre émis par un corps noir. Prémisse de la catastrophe ultraviolette.

1896
  • J. J. Thomson : Découvre l'électron en étudiant les "rayons cathodiques". Il estime sa masse à 1700 fois moins que celle du proton.

    Les rayons cathodiques sont de la lumière produite dans des tubes à vide en présence d'une anode et d'une cathode. L'idée dominante était qu'il s'agissait de perturbations ondulatoires de l'éther (Hertz notamment). Les expériences de Thomson réfutent ceci. Prix Nobel en 1906.

1897
  • Rayleigh, Jeans : Calculent le spectre théorique émis par un corps noir avec des hypothèses classiques : catastrophe ultraviolette, ça ne colle pas du tout.

1900
  • Rayleigh, Jeans : Loi de Rayleigh-Jeans.

1900
  • Planck : Explique le spectre du corps noir en faisant l'hypothèse ad-hoc que l'énergie du rayonnement n'est échangée que par paquet discret. Introduit sa constante $h$. Fin provisoire de la catastrophe ultraviolette, même si le modèle est un peu ad-hoc...

1900
  • Collectif : 150 ans de données précises sur les spectres d'absorption et d'émission des éléments se sont accumulées et restent incomprises. C'est, en ce début de siècle et avec le rayonnement du corps noir et l'effet photoélectrique, l'un des trois mystères qui mèneront à la première théorie quantique.

    On peut mentionner Angström en 1862 pour les quatre raies centrale de l'hydrogène, etc.

1750-1900
  • Becquerel, Pierre et Marie Curie : Découverte de la radioactivité spontanée.

1902
  • Lorentz : Les équations de Maxwell ne sont pas invariantes par changement de référentiel galiléen, Lorentz montre qu'elles le sont pour un autres type de changement de référentiel, dit transformation de Lorentz.

1904
  • Einstein : Remise à plat de la relativité galiléenne et de la mécanique classique, relativité restreinte.

1905
  • Einstein : Explique l'effet photoélectrique en introduisant la notion de photon, quanta d'énergie $E=h\nu$.

    Ces travaux seront d'abord ignorés... Et Planck demande même d'en excuser Einstein lorsqu'il soutient sa candidature à l'académie de Prusse.

1905
  • Rutherford : Approfondit les recherches sur la radioactivité.

    Met en évidence les trois types de radiations ($\alpha$, $\beta$, $\gamma$), montre que la matière émettrice de radioactivité change de forme (ce qui explique la source d'énergie), introduit le temps de demi-vie, identifie les particules $\alpha$ comme $\mathrm{He}^{2+}$, etc.

1904-1908
  • Rutherford, Geiger, Mardsen : Découverte du noyau atomique, à l'aide de la diffusion de particules $\alpha$ sur une mince feuille d'or. Réfutation du modèle "pudding" de J. J. Thomson et Kelvin.

    Le fait que les $\alpha$ sont fortement déviés, voire même renvoyés vers l'arrière, impose une concentration importante de matière : le noyau. Rutherford propose alors un modèle planétaire, les électrons tournant autour du noyau. Mais les ondes rayonnées par les électrons devraient les faire s'écraser !

1909
  • Bohr : Premier modèle quantique de l'atome. Pourtant semi-classique et assez ad-hoc, il retombe sur la formule de Balmer.

    Hypothèse 1, il y a des orbites où l'électrons ne rayonne pas (non classiques donc), telles que le moment angulaire de l'électron est $\sigma = n\hbar$. La constante de Planck est mise ici un peu contre toute attente à l'époque !
    En utilisant la physique classique, il calcule le rayon des orbites, leur énergie, puis seconde hypothèse : la lumière émise par un atome correspond à la transition d'un électron entre deux niveaux. Il en déduit la formule de Balmer, avec la bonne valeur pour le coefficient $R$ à quelques pourcents près !

1912-1914
  • Généralités : Jean-Perrin annonce enfin la théorie atomique triomphante.

1913
  • Rutherford : Découvre le proton.

1920
  • Pauli, Uhlenbeck, Goudshmit : Introduction du spin de l'électron.

    Ceci afin d'expliquer l'effet Zeeman (split des raies dans un champ magnétique) anormal (car non expliqué par les théories de l'époque, ie celle des orbites de Bohr-Sommerfeld et leurs 3 nombres quantiques).
    Il y a donc introduction d'un quatrième nombre quantique, associé à la valeur du spin, qui peut prendre deux valeurs.
    Le spin est alors imagé comme une rotation de l'électron sur lui-même, tout en sachant cela imagé seulement.

1924
  • Pauli : Formule son principe d'exclusion : deux électrons ne peuvent pas occuper le même niveau quantique, caractérisé par quatre nombres (dont celui de spin).

    Ceci "explique" pourquoi les électrons ne s'amoncellent pas dans le niveau le plus bas.

1924
  • Congrès : Congrès de Solvay. Thème : mécanique quantique. Débat entre Einstein et Bohr.

    Dirac, Heinsenberg, Bohr, Schrödinger, Planck, Einstein, Born, Pauli, De Broglie, Marie-Curie... tous sont présents.

1927
  • Davison et Germer : Expérience d'interférences avec des électrons. Montre la nature ondulatoire de la matière.

    L'expérience consiste à envoyer des électrons sur une cible en nickel. Chaque atome du cristal de nickel agit comme un centre diffuseur : il s'agit d'interférences à $N\gg1$ ondes.

1927
  • G. P. Thomson : Montre la nature ondulatoire des électrons dans une expérience de diffraction.

    Son père, J. J. Thomson, avait lui prouvé la nature corpusculaire des "rayons cathodiques" - donc des électrons ainsi découverts.

1927
  • Dirac : Équation de Dirac. Elle permet la description quantique et relativiste de l'électron. Elle prédit l'existence de son spin, et la valeur approchée de son moment magnétique. Elle prédit l'existence de l'anti-électron, ou positron.

1928
  • Théorie quantique des champs : Cadre général d'idées et d'outils permettant de formuler des théories quantiques. Le nombre de particules n'est plus fixé (on parle de seconde quantification), mais fluctue à mesure des créations et annihilations. Naissance vers 1929 avec Heinsenberg et Pauli, puis de nombreux contributeurs font fructifier ces idées. Le calcul en perturbations fait apparaître des infinis, mais l'idée de la renormalisation est proposée vers 1947 par Hans Bethe : on cache les infinis dans des grandeurs que l'on sait expérimentalement définies comme la masse des particules. Le désavantage est que cette théorie ne peut pas prédire les valeurs des masses ou des charges.
    Feynman propose ses diagrammes et sa formulation par l'intégrale de chemin. Dyson unifie les approches en 1950.
    Appliquée à l'interaction électromagnétique, on parle de théorie de l'électrodynamique quantique. Elle prédit des valeurs du moment magnétique de l'électron ou du décalage de Lamb extrêmement précises.
    Le formalisme de la théorie des champs sera réutilisé pour les interactions faibles et fortes.

1929-1950
  • Chadwick : Découvre le neutron. Le modèle de l'atome est maintenant complet !

1932
  • Anderson : Observation du positron (dans les chambres à brouillard).

1932
  • Lawrence : Fabrication du 1er cyclotron. On passe progressivement de la chasse aux particules (observation des rayons cosmiques, de la désintégration naturelle) à l'ère des accélérateurs de particules.

1932
  • Anderson : Découverte du muon lors de l'étude des rayons cosmiques et des trajectoires produites dans les chambres à brouillard. La situation reste toutefois confuse jusqu'en 1947.

1936-1947
  • Bardeen, Shockley et Brattain : Invention du transistor. Composant de base de tous les appareils électriques actuels. Le principe est basé sur des résultats de la mécanique quantique sur les semi-conducteurs. Prix Nobel en 1956.

1947
  • Yukawa, Lattes : Découverte du pion (un méson), qui dans la théorie de Yukawa -- théorie des champ appliquée à l'interaction nucléaire -- explique les interactions attractives entre protons et ou neutrons.

    On ne connaissait pas encore l'existence des quarks, et donc pas l'existence d'une interaction plus fondamentale (l'interaction forte) entre quark, de laquelle émerge l'interaction nucléaire.

1947
  • Mc Millan, Kemmer : Découverte expérimentale -- avec le synchrotron de Mc Millan -- du pion neutre, prédit théoriquement des années plus tôt par Kemmer (par des arguments de symétrie).

    Observation compliquée car il est neutre : elle est indirecte, lorsqu'un proton atteint une énergie supérieure à $m_\text{pion}c^2$ il y a observation de particules secondaires, issues (selon la théorie) de la production puis désintégration d'un pion neutre intermédiaire.

1950
  • Collectif : Tout un zoo de particules sont découvertes dans les traces des chambres à brouillard placées dans des observatoires d'altitude. Elles ne sont pas clairement identifiées : il faudra attendre les accélérateurs.

1951-1953
  • ... : Observation du neutrino, 26 ans après l'hypothèse de son existence.

1956
  • Lee, Yang, Wu : Mise en évidence expérimentale de la violation de la symétrie P pour l'interaction faible (expérience noyaux cobalt 60).

    Ceci permet de perfectionner la théorie des champs de l'interaction faible. Mais elle conserve des lacunes (non renormalisable, ...). Il faudra attendre le modèle standard avec la théorie des champs de l'interaction électrofaible pour palier à ceci.

1956
  • Tisza, Callen, Prigogine : Formulation actuelle de la thermodynamique (variables d'état, dérivées partielles, entropie créée et échangée...).

1960
  • Gell-Mann, Zweig : Imaginent que les hadrons ne sont pas des constituants élémentaires, mais sont constitués de ce que Gell-Mann nomme des quarks.
    Ceci permet de comprendre le grand nombre de particules observées, de prédire l'existence d'autres observées plus tard.
    De trois quarks au départ, on passera à 6 au fil des années (charm prédit en 1964, bottom et top prédits en 1973 et observés en 1977 et 1995).

    Les quarks sont sensibles aux trois interactions (faible, forte, électromagnétique).

1962
  • Cronin, Fitch : Observation de la violation de la symétrie CP (expérience avec des kaon neutres). Expliquée en postulant que l'interaction faible fait se transformer les quarks, et en postulant l'existence des quarks top et bottom.

    On pense toutefois que la symétrie CPT, elle, est vérifiée.

1964
  • SLAC : Mise en évidence des quarks par expérience de diffusion d'électrons envoyés sur des protons (similaire à exp. de Ruutherford).

1968
  • Perl : Découverte du tau, 3ème lepton après l'électron et le muon.

    Les leptons sont des fermions (spin 1/2). Ils n'ont pas de couleur (charge de l'interaction forte) donc ne sont pas sensibles à l'interaction forte, mais sont sensibles à la faible et à l'électromagnétique.

1974-1977
  • Collectif : Le modèle standard des particules atteint sa forme définitive. C'est une théorie qui décrit les interactions électromagnétique, faible et forte, et qui classifie toutes les particules subatomiques connues. Le formalisme et les outils sont ceux d'une théorie quantique des champs. Il explique le zoo des particules et leurs propriétés, et prédit correctement et précisément beaucoup d'observables.
    Parmi les défauts, on relève : le fait qu'il y a beaucoup de paramètres dont les valeurs sont non prédites (17 paramètres indépendants sans dimensions ne peuvent qu'être déterminés expérimentalement) ; le fait qu'il prédit des neutrinos de masses nulles ; etc.

Vers 1975
  • CERN : Confirmation de l'existence du boson de Higgs.

2012
  Site version 08/2018.
 ↑↑