La formation de la physique moderne.

Ce qu'on entend aujourd'hui par « physique » a longtemps été appelé – d'Aristote à Newton – philosophie naturelle. La physique moderne, essentiellement expérimentale et mathématique, s'est développée grâce à l'amélioration des instruments d'observation, à l'élaboration de théories mathématiques et au rassemblement de lois disparates en un ensemble cohérent fondé sur des définitions et des principes clairement formulés. La mécanique a joué un rôle pilote dans le développement de la physique, car c'est elle qui a pris le plus tôt un « tour » scientifique ; elle est apparue comme la base de l'explication de tous les phénomènes du monde sensible, et sa méthode comme le modèle de la méthode scientifique.

Les grands domaines de la physique.

Les diverses branches de la physique se sont individualisées de façon progressive, au fur et à mesure que la discipline se constituait. Le véritable essor des sciences physiques commence au début du XVII^e s. avec la mécanique (Kepler, Galilée, Huygens), avant que Newton ne fonde la dynamique (1687). Au XVIII^e s., de nombreux savants (Euler, d'Alembert, Lagrange) en développent les applications, notamment en créant la mécanique des fluides. La reconnaissance de l'existence du vide et de la pression atmosphérique intervient au cours du XVII^e s., surtout grâce à Pascal. Kepler fonde l'optique géométrique, et Huygens amorce la théorie ondulatoire de la lumière, qui se heurte à la conception corpusculaire, défendue principalement par Newton. Avec la démonstration par Galilée, au début du XVII^e s., de l'identité de nature entre les corps célestes et les corps terrestres, et la théorie de la gravitation formulée par Newton à la fin du XVII^e s., la physique est désormais universelle. Elle ne se limite plus aux phénomènes terrestres, la science des astres étant soumise à ses lois.

Au XIX^e s., les sciences physiques, en particulier l'électricité, connaissent un essor remarquable, et Maxwell donne les équations de l'électromagnétisme. Une autre théorie générale voit le jour : la thermodynamique, amorcée par Sadi Carnot (1824), qui élucide le premier les liens entre la chaleur et la production d'énergie mécanique. Puis la mécanique statistique (Maxwell, Boltzmann) tente de rendre compte au niveau microscopique des lois de la thermodynamique en faisant intervenir la notion de probabilité.

La fin du XIX^e s. et le début du XX^e s. voient l'élaboration de principes qui vont entraîner une révision des conceptions fondamentales de la physique et la preuve définitive de l'existence de constituants microscopiques de la matière (atomes, molécules, électrons).

De grandes disciplines nouvelles se constituent.

Les théories de la relativité établissent un lien entre masse et énergie, et conduisent à une conception entièrement nouvelle de la gravitation et des relations entre masse, espace et temps. Après la découverte des quanta par Planck en 1900, Einstein démontre l'existence d'un grain de lumière, le photon. Alors, de nouveau, s'affrontent les deux conceptions, ondulatoire et corpusculaire, de la lumière. Cette opposition n'est surmontée que par la création de la mécanique quantique, en 1924-1926, avec Louis de Broglie, Heisenberg, Schrödinger, affinée et complétée principalement par Dirac et Pauli. La mécanique quantique conduit à des lois faisant intervenir le calcul de probabilité et suggère un certain indéterminisme, qui demeure aujourd'hui encore controversé.

Après la reconnaissance de l'existence des atomes se pose la question de leur structure. Un premier modèle, est élaboré par Bohr en 1913. La structure même du noyau ne commence à être précisée qu'à partir de 1930, avec la découverte du neutron (1930-1932), d'où procède la constitution de la physique nucléaire, qui, en 1939, conduit à la réalisation de la fission d'atomes très lourds. Après la Seconde Guerre mondiale prend naissance une physique encore plus fine, celle des particules élémentaires (ou physique des hautes énergies), dont la théorie (appelée « modèle standard »), confirmée par l'observation du boson de Higgs en 2012, est toujours en pleine évolution.