Physique

Les physiciens observent, mesurent et modélisent le comportement et les interactions de la matière à travers l'espace et le temps (définis comme « phénomènes physiques »).

Les théories de la physique sont souvent synthétisées sous forme de relations mathématiques. Les théories bien établies sont appelées lois de la physique, mais, comme toutes les lois, ces « lois » peuvent être remises en question ou tout simplement améliorées.
L'effort du physicien consiste à rendre le monde et tous ses aspects observables – et donc mesurables – toujours plus rationnels. Or ce n'est qu'à travers une observation approfondie d'un phénomène que l'on peut l'analyser et essayer de le comprendre, le saisir et, en quelque sorte, le transcrire.
Approcher la compréhension d'un phénomène, un fait du réel, signifie donc expliciter les mécanismes et lois sous-jacentes qui le régissent.
Le point de départ de la physique est donc une expérience du réel : la physique est avant tout une science expérimentale ; la physique est également une activité qui mène à une analyse théorique du fait expérimental observé. Les mathématiques sont le langage rationnel dans lequel s'expriment de façon concise et élégante les modèles des lois de la Nature.
La physique possède une dimension esthétique : les meilleures théories sont les plus simples, le rôle du théoricien est d'arriver à une épure où l'inutile n'a pas lieu d'être.

Ce qui se comprend bien, s'énonce simplement. Un formalisme mathématique adapté et qui manifeste cette forme d'esthétisme est capable d'aboutir à des prévisions, c'est-à-dire que le calcul théorique peut précéder et être vérifié par l'observation expérimentale.

Dans ce cas, la théorie est prédictive et de ce fait validée et intègre un vaste corpus de connaissances, magma dans lequel se forgent de nouveaux concepts et de nouveaux modèles toujours plus pertinents.
La physique trouve sa limite et son permanent renouveau naît dans l'impossibilité évidente d'atteindre un état de connaissance parfait et sans faille du réel. En effet, le phénomène, ce fait du réel qui se manifeste à nous, ne peut coïncider avec le modèle dont se revendique toute théorie physique.
L'histoire de la physique est riche en rebondissements, en révolutions. Une expérience vient toujours mettre en défaut les « croyances » que l'on croyait à tort comme abouties, par méconnaissance de cette non-limite. Ce qui progresse quotidiennement en physique est une sorte de résolution, de finesse, avec laquelle est saisi, à l'image d'un peintre, le modèle qui se présente aux yeux de l'artiste. Cependant, modèle et réalité ne peuvent se confondre mais juste tendre l'un vers l'autre. Le peintre surréaliste belge Magritte exprime cette limite dans son célèbre tableau, La trahison des images, où il représente une pipe et précise : Ceci n'est pas une pipe.
Le travail du physicien existe depuis toujours dans l'histoire de l'humanité dès lors qu'elle s'est mise en quête de techniques. La roue et le levier sont les premières machines que l'on ait inventées : sciences et techniques sont étroitement liées.
Cependant, c'est par l'effort de rationalité des penseurs grecs et, par la suite, le perfectionnement des mathématiques, que la physique a pu révéler sa profondeur conceptuelle et sa portée philosophique. Le principal moteur du progrès, que ce soit pour le meilleur ou pour le pire, n'est autre que la physique et ses nombreuses extensions dans tous les champs du monde réel.
Les sciences physiques sont bien sûr en relation avec d'autres sciences, en particulier la chimie, science des molécules et des composés chimiques. La chimie et la physique partagent de nombreux domaines, tels que la mécanique quantique, la thermodynamique et l'électromagnétisme.
Toutefois, les phénomènes chimiques sont suffisamment vastes et variés pour que la chimie soit généralement considérée comme une discipline à part entière.
Les sciences et croyances sont souvent en conflit comme rêve et réalité le sont souvent :

Nombreux sont les scientifiques qui ont eu le statut d'hérétiques.

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Bases

histoire - théorie

optique - onde - matière

astronomie - atome - nucléaire

mécanique - dynamique

électricité - électronique

quantique - relativité

Techniques

métrologie - instrument

Méta

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La recherche en physique

Théorie et expérience

La culture de la recherche en physique présente une différence notable avec celle des autres sciences en ce qui concerne la séparation entre théorie et expérience. Depuis le XX^e siècle, la majorité des physiciens sont spécialisés soit en physique théorique, soit en physique expérimentale. En revanche, presque tous les théoriciens renommés en chimie ou en biologie sont également des expérimentateurs.

En première approche, les théoriciens tentent de développer des théories qui expliquent les résultats expérimentaux existants tandis que les expérimentateurs conçoivent et exécutent des expériences pour tester les prédictions théoriques.

Principales théories

Bien que la physique s'intéresse à une grande variété de systèmes, certaines théories ne peuvent être rattachées qu'à la physique dans son ensemble et non à l'un de ses domaines. Chacune de ces théories est supposée juste, dans un certain domaine de validité. Par exemple, la théorie de la mécanique classique (ou newtonienne) décrit fidèlement le mouvement de tout objet, pourvu que ses dimensions soit bien plus grandes que celles d'un atome et que sa vitesse soit bien inférieure à la vitesse de la lumière. Ces théories restent des sujets de recherche (exemple : la théorie du chaos en mécanique newtonienne) mais il est considéré comme hautement improbable qu'elles s'avèrent fausses. Elles constituent donc la base de toute recherche en physique et tout étudiant en physique, quelle que soit sa spécialité, est censé acquérir les bases de chacune d'entre elles.

Théorie	Grands domaines	Concepts
Mécanique newtonienne	Cinématique Lois du mouvement de Newton Mécanique analytique Mécanique des fluides Mécanique du point Mécanique du solide Transformation de Galilée Mécanique des milieux continus	Dimension Espace Temps Longueur Vitesse Masse Moment cinétique Force Énergie Moment angulaire Couple Loi de conservation Oscillateur harmonique Onde Travail Puissance
Électromagnétisme	Electrostatique Électricité Magnétisme Équations de Maxwell	Charge électrique Courant électrique Champ électrique Champ magnétique Champ électromagnétique Onde électromagnétique
Physique statistique et Thermodynamique	Machine thermique Théorie cinétique des gaz	Constante de Boltzmann Entropie Énergie libre Chaleur Fonction de partition Température
Mécanique quantique	Intégrale de chemin Équation de Schrödinger Théorie quantique des champs	Hamiltonien Particules identiques Constante de Planck Oscillateur harmonique quantique Fonction d'onde Énergie de point zéro
Théories de la relativité	Relativité restreinte Relativité générale	Principe d'équivalence Quadrivecteur Référentiel Espace-temps Vitesse de la lumière

Disciplines de la physique

La recherche en physique contemporaine est divisée en diverses disciplines qui étudient des aspects différents du monde physique.

Domaine	Disciplines	Principales théories	Concepts
Astrophysique	Cosmologie, Planétologie, Physique des plasmas, Astroparticules	Big Bang Inflation Relativité générale Matière noire Rayons Cosmiques (origine, accélération, propagation)	Trou noir Galaxie Gravité Onde gravitationnelle Planète Système solaire Étoile
Physique quantique	Physique atomique, Physique moléculaire, Optique, Photonique	Optique quantique	Diffraction Onde électromagnétique Laser Polarisation
Physique des particules	Accélérateur de particules, Physique nucléaire	Modèle standard Théorie de grande unification Théorie des cordes Théorie M	Interaction élémentaire (gravité, électromagnétisme, interaction faible, interaction forte) Particule élémentaire Antiparticule Spin Brisure spontanée de symétrie
Physique de la matière condensée	Physique du solide, Sciences des matériaux, Physique des polymères, Matière molle, physique mésoscopique, Systèmes désordonnés, Réseaux de neurones	Supraconductivité Onde de Bloch Gaz de fermions Liquide de Fermi	État de la matière (Gaz, Liquide, Solide, Condensat de Bose-Einstein, Superfluide) Conducteur Magnétisme Auto-organisation Spin Brisure spontanée de symétrie