Grand oral du bac : Sciences HISTOIRE DE LA PHYSIQUE
Publié le 06/02/2019
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La théorie de la relativité
En 1905, le physicien allemand Albert Einstein (1879-1955) présenta sa théorie de la relativité restreinte. Il infirma l’existence de l’éther en montrant que la lumière peut être définie comme un flot de particules, et pas seulement comme une onde; elle se déplace donc dans le vide. Il calcula aussi que la vitesse de la lumière est toujours égale à 300000 km/s, vitesse maximale d’un mobile. Einstein engloba, en outre, les notions d’espace et de temps dans un système à quatre dimensions. D’après la théorie de la relativité restreinte, la gravitation est une conséquence de la géométrie de l’espace-temps. Le physicien introduisit également le principe d’équivalence entre la masse et l’énergie (E = mc2), montrant ainsi que tout mobile a une vitesse inférieure à celle de la lumière. Dans sa théorie de la relativité générale, exposée en 1916, il considéra les référentiels en accélération les uns par rapport aux autres. La mécanique relativiste s’applique aux corps dont la vitesse est voisine de celle de la lumière; la physique classique intervient pour les autres corps.
La théorie quantique
En 1900, le physicien allemand Max Planck (1858-1947) supposa, à la suite de son étude du corps noir (entité théorique qui, maintenue à température constante, absorbe les rayonnements qu’elle reçoit), que la matière ne peut absorber ou émettre l’énergie rayonnante que par unités discrètes, les quanta. Einstein montra leur existence, en particulier celle des «grains» de lumière, appelés photons, en 1929. Planck détermina que leur énergie e est liée à la fréquence y de la lumière correspondante par: e = hy, h étant la constante de Planck. Les photons ne sont ni des ondes ni des corpuscules, mais des entités différentes de ces deux concepts. Ainsi, la théorie quantique, qui se trouvait en discontinuité avec la physique classique, devint le fondement de la physique moderne. Dans les années 1920, l’Autrichien Erwin Schrôdinger (1887-1961), l’Allemand Werner Heisenberg (1901-1976) et le Français Louis de Broglie (1892—1987) établirent les fondements de la mécanique quantique grâce à la notion de dualité onde-particule selon laquelle tout corpuscule se comporte comme une onde et réciproquement. Cette hypothèse fut confirmée par l’Italien Enrico Fermi (1901-1954) et le Britannique Paul Dirac (1902-1984), qui l’utilisèrent pour prévoir l’existence du neutrino et du positron.
L’atome de Bohr
En 1913, le physicien danois Niels Bohr (1885-1962) proposa un modèle atomique selon lequel l’atome est entouré d’électrons gravitant autour de lui sur des couches particulières, les
ATOME DE BOHR
couches électroniques. Grâce à la mécanique quantique, les physiciens déterminèrent les couches permises, calculèrent leur distance du noyau atomique et leur énergie. Bohr put ainsi expliquer la forme du spectre de l’hydrogène, ce qui fut considéré comme une preuve magistrale de la théorie quantique. Le Britannique James Chadwick (1891-1974) découvrit le neutron en 1932, ce qui permit d’approfondir la connaissance sur la structure du noyau atomique et de rendre compte de la radioactivité.
La physique des particules
À partir des années 1930, la physique progressa considérablement, surtout avec l’avènement de la physique des particules, après la Seconde Guerre mondiale. Vers 1930, le Britannique John Cockcroft (1897—1967) et l’Irlandais Ernest Walton mirent au point un accélérateur de particules atteignant près de 700000 électronvolts. D’autre part, grâce au développement des détecteurs de particules, les physiciens purent déterminer la trajectoire des particules élémentaires. En 1932 fut découvert le positron par l’Américain Cari David Anderson (1905-1991).
«
La
physique
� -
la Terre, fixe, est le centre de l'Univers (système
géocentrique).
Ses théories dominèrent la pen
sée scientifique jusqu'au xw siècle.
En Grèce antique, les premiers fondements
furent posés pour la statique, l'hydrostatique et
l'astronomie.
Mais l'interprétation métaphysique
faussa les résultats et constitua un frein à l'avè
nement de la physique comme science exacte.
L'époque romaine et le Moyen Âge
Après l'invasion de la Grèce (n'siècle av.
J.-C.),
les Romains tentèrent d'assimiler les connais
sances des Grecs, mais, ne pratiquan t pas
l'expérimentation, ils ne réalisèrent guère de
progrès scientifiques.
Au vue siècle, les Arabes
s'établirent sur une partie de l'Europe, et une
élite se passionna, après le vm• siècle, pour les
sciences et les arts.
Les califes au pouvoir firent
traduire en arabe les ouvrages grecs, créèrent
des écoles et des bibliothèques.
Bagdad devint
la capitale culturelle du monde.
Les Arabes pro
pagèrent la connaissance scientifique et déve
loppèrent l'optique.
Les universités européennes
nattiS 14 Aprilis 162.9.
denatu.s 8 J ttnii 1695 .
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s'intéressèrent au savoir hérité des Grecs à partir
du IX" siècle, mais le progrès scientifique fut mini
me, l'époque étant plutôt tournée vers la philoso
phie.
Cependant, le philosophe et savant anglais
Roger Bacon (v.
1220-1292), l'un des enseignants
les plus éminents du XIII' siècle, critiqua la scien
ce de son époque, insistant sur la nécessité des
expériences pour faire progresser le savoir .
Au
début du xv• siècle, les premiers procédés
d'impression permirent la diffusion des connais
sances scientifiques, en particulier de la phy
sique.
La Renaissance
Pendant la Renaissance (xv.
»
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