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Quantum

Quantum

Historiquement quantum est une forme latine correspondant
- à ce qui désigne en physique une quantité insécable (quanta au pluriel) ; Paradoxalement, un atome était, à sa découverte, une unité indivisible ; le mot provient du grec ατομος (« atomos »), « que l'on ne peut diviser » - le « a » indique la négation et « tomê- » la division - On pourrait en déduire qu'un atome est un quantum. L'atome était pour les Grecs le plus petit élément indivisible de la matière.
- quantus, adjectif signifiant « combien » dans le mode interrogatif et exclamatif (quanta au féminin singulier ou au neutre pluriel).

Définition

La théorie des quantas ou théorie quantique a été créée par Max Planck en 1900. Elle affirme que l'énergie rayonnante est discontinue. Il définit alors les quantas comme étant les grains composants cette énergie de valeur hν où :
- h est la constante de Planck,
- ν est la fréquence de l'onde. Ainsi on peut déterminer facilement l'énergie contenue dans un photon en multipliant sa fréquence (déduite de sa longueur d'onde puisque sa vitesse est constante) par h.

En physique

Ce mot est surtout utilisé en mécanique quantique, également appelée théorie des quanta. Citons quelques mots dérivés :
- quantification
- quantique (logique, théorie, nombre, formalisme, particule, probabilité)
- quantifier
- quantificateur La mécanique quantique est l'une des deux grandes théories physiques du , et fut initiée par Bose, de Broglie, Dirac, Einstein, Fermi, Feynman, Heisenberg, Pauli et Schrödinger. de Broglie liera le quantum à la longueur d'onde dans la mécanique ondulatoire. On doit imaginer une particule comme ayant la double caractéristique quantique et ondulatoire. Une partie importante des travaux de la fin du et du début du seront consacrés à l'établissement de cette dualité. Feynman a développé une théorie appelée électrodynamique quantique relativiste qui considère que l'interaction électromagnétique entre particules chargées se fait par l'échange de photons ; par extension, l'interaction gravitationnelle se ferait par l'échange de gravitons et les interactions faibles et fortes par l'intermédiaire de bosons. Pour décrire l'interaction des particules élémentaires, il a fallu développer une autre théorie portant le nom de théorie quantique des champs.

En biologie

Dans les neurosciences, un quantum désigne le courant post-synaptique minimal. En réalité les courants que l'on peut observer semblent être des multiples de cette valeur quantique (voir synapse).

Latin

Introduction

Le latin est une langue italique de la famille des langues indo-européennes, aujourd'hui considérée comme éteinte, même si elle continue d'être utilisée et développée comme langue écrite. Utilisée par les Romains, elle resta jusqu'au XVIIe siècle la langue principale de la diplomatie internationale, puisqu'elle était la seule langue commune à toutes les parties. Langue liturgique et officielle de l'Église catholique (textes doctrinaux ou disciplinaires, droit, etc.), elle est toujours une des trois langues officielles de l'État du Vatican. Elle est encore partiellement une langue d'enseignement dans les universités pontificales romaines. Son enseignement au futur clergé en tant que langue parlée est généralement abandonné dans les séminaires locaux. Le latin reste cependant étudié et utilisé comme langue de culture. Il conserve un réel succès d'estime auprès de nombreuses personnes qui la pratiquent couramment (voir Vicipaedia : cette version latine de Wikipedia compte 4000 articles, témoignant du nombre et de la passion des locuteurs). Le latin est la langue-mère des langues romanes.

Histoire

Plusieurs langues européennes dérivent directement du latin vulgaire (c'est-à-dire des variantes parlées par le peuple et non la langue littéraire), les langues romanes, comme le catalan, le castillan, le français, l'italien, le portugais, l'occitan, le romanche, le roumain, etc. D'autres langues lui ont emprunté un très large vocabulaire, comme l'albanais (par proximité) ou l'anglais (par l'intermédiaire de l'ancien français ou par l'occupation romaine d'une grande partie de l'Angleterre). Le latin ayant été pendant des siècles la langue savante (et, en France, celle de l'enseignement, du au ) et la langue de l'Église catholique romaine, son influence en Europe s'est fait sentir dans un grand nombre de langues.

Latin médiéval

On parle parfois de bas-latin pour désigner le latin de la fin de l'Antiquité et du début du Moyen Âge, pour lequel on peut parler de latin médiéval, par opposition au latin classique de Cicéron. De nombreux termes empruntés aux langues germaniques se sont ajoutés au vocabulaire. Un certain nombre de termes classiques ont acquis un sens religieux dans le contexte de la chrétienté (credo par exemple) qu'ils n'avaient pas à l'époque antique.

Le latin, langue vivante

Jusqu'au , les thèses de doctorat, qu'elles soient de médecine ou de n'importe quelle autre science devaient être publiées en latin. Pour ce faire, les doctorants payaient parfois et souvent très mal un étudiant latiniste pour exécuter la traduction. La langue de l'Eglise catholique reste et demeure le latin. Cela ne va pas sans difficultés. Déjà au temps du concile Vatican II, Yves Congar o.p., expert au concile, s'emploie à corriger la copie de ses collègues afin qu'ils s'expriment dans un latin fluide et contemporain. Par ailleurs, son Journal du Concile (CERF, 2000) témoigne qu'il donne, en catimini, des notes à l'expression latine des divers évêques et cardinaux. Le latin n'est plus enseigné aujourd'hui, en tant que langue vivante, que dans les universités ecclésiastiques romaines (la Grégorienne, l'Augustine, etc.) et dans les séminaires dépendant de la Fraternité Saint-Pie X, qui ne reconnaît plus l'autorité romaine. Lors du conclave de 2005, un des derniers enseignants actifs dans une université ecclésiastique romaine a indiqué que seuls deux cardinaux, dont celui qui fut élu pape, le comprenaient encore lorsqu'il s'adressait à eux en latin. Pour aider à une meilleure qualité du latin écrit chez ceux de ses représentants qui doivent encore le pratiquer, le Vatican entretient un service du latin moderne et contemporain. Soixante mille mots ou expressions ont été ajoutés au latin ces deux derniers siècles, afin de permettre l'expression sur tous les sujets contemporains (puissance nucléaire se dit par exemple vis atomica), ce qui lui confirme le statut de langue vivante, contrairement à une opinion répandue. Il existe une méthode Assimil de latin, qui commence ainsi: - Latíne lóqueris? - Parles-tu latin ? - Nondum latine loquor. Hæc léctio mihi prima est. - Je ne parle pas encore latin. C'est ma première leçon. - Cito latíne loquéris. - Tu parleras bientôt. On insiste avec raison sur la nécessité d'accentuer correctement.

Le latin et l'Union Européenne

Assimil Le latin est aussi utilisé de temps en temps dans le contexte de l'Union européenne, lorsque le multilinguisme officiel n'est pas applicable. Afin de montrer son attachement à son modèle culturel pluraliste, l'Union Européenne a alors recours, pour de courtes et simples inscriptions, à la langue latine, qui souligne son glorieux passé (voir photo).

Classification

Le latin est une langue indo-européenne appartenant au groupe italique, même si cette appartenance a été contestée par certains linguistes. Plus précisément, on classe le latin parmi les langues italo-falisques.

Répartition géographique

Statut officiel

Le latin est toujours aujourd'hui la langue officielle de l'Eglise catholique. La langue officielle du Vatican est quant à elle le français avec, de facto, l'italien.

Langues dérivées

Les langues romanes sont dérivées du latin.

Ecriture

Les romains sont les créateurs de l'alphabet latin, qui comportait, à l'époque classique, les lettres suivantes : Les lettres K, Y et Z sont rares. Y et Z ont été ajoutées pour transcrire les mots grecs et K était initialement utilisé pour C devant A et les consonnes, mais a progressivement été éliminé.

Prononciation

Prononciation ancienne restituée

On connaît avec précision la prononciation du latin classique, grâce aux nombreux témoignages laissés par les auteurs latins et au moyen de la méthode comparatiste. L'une des modifications les plus importantes depuis l'indo-européen est le rhotacisme (passage de /s/ à /r/ dans certaines conditions ; principalement entre voyelles). La prononciation d'une langue n'étant pas figée, tant que le latin a été parlé, ses phonèmes ont évolué. On indique ici les évolutions les plus flagrantes :
- æ (diphtongue) : initialement // puis // (à partir du ) ;
- au (diphtongue) : // ; cette diphtongue, hormis dans certaines prononciations dialectales, s'est conservée tout au long du latin ;
- c : /k/ (toujours dur) ; dans les inscriptions archaïques (et dans le prénom Caius), c pouvait servir à noter /g/ ;
- ch : // (aspiré, comme en grec ancien) ;
- g : /g/ (toujours dur) ;
- h : initialement /h/ (comme en anglais ou en allemand) puis très rapidement muet (dès les premiers textes littéraires) ;
- i : note à la fois la voyelle /i/, longue ou brève, et la spirante /j/ (/jj/ entre deux voyelles) ; dans les éditions scolaires, quand i vaut /j/, il est souvent écrit j, distinction que les Romains ne pratiquaient pas (pour cause : la lettre j n'est apparue que bien après) : ils écrivaient I en toute position ;
- m : /m/ ; très rapidement muet en fin de mot (avec vraisemblablement une nasalisation de la voyelle précédente ; ce traitement est survenu avant la période littéraire) ;
- œ (diphtongue) : // puis /eː/ (à partir du ) ;
- ph: // (aspiré ; emprunté du grec ancien) ;
- qu : // ;
- r : /r/ (roulé) ;
- s : toujours /s/ ; le latin ne connaissait pas le son [z], remplacé par /r/ (rhotacisme) ;
- th: // (aspiré ; emprunté du grec ancien) ;
- u : note à la fois la voyelle /u/ et la spirante /w/ ; la distinction entre u et v en minuscules est relativement récente et ne s'emploie que dans les éditions scolaires. Les Romains écrivaient V en toute position ;
- y : /y/ (emprunté au grec ancien) ;
- z : /zz/ (long ; emprunté au grec). Chaque voyelle (a, e, i, o, u, y) peut être brève ou longue. Le latin antique était une langue à accent de hauteur aussi dotée d'un accent d'intensité secondaire.

Prononciations modernes

[En préparation]

Grammaire

Morphologie

La morphologie du latin est celle d'une langue hautement flexionnelle.

Système nominal

L'article complet se trouve dans Déclinaisons latines. On compte dans le système nominal autant les noms que les adjectifs, qui suivent des flexions proches, sinon similaires. La flexion nominale comporte :
- deux nombres comme en français : singulier, pluriel ;
- trois genres : masculin, féminin et neutre (rare en français, conservé seulement dans les pronoms quoi, que) ;
- cinq types de déclinaisons pour le nom
- deux classes d'adjectifs : la première correspond aux déclinaisons 1-2 du nom, la seconde à la déclinaison 3 du nom;
- les degrés de l'adjectif comparatif (plus beau, moins beau) et superlatif (très beau, le plus beau, le moins beau), marqués par des suffixes : -ior (classe 2), -issimus (classe 1) (mais nombreuses exceptions)comme melior, pessimus, pejor...;
- le latin classique comporte six cas : nominatif, vocatif, accusatif, génitif, datif, ablatif. Le roman, issu du latin au Moyen Âge et ancêtre du français, n'en comporte plus que deux.

Système verbal

L'article complet se trouve dans Conjugaisons latines. Le verbe se conjugue selon :
- quatre types de conjugaison ;
- deux voix (active et passive), avec le cas particulier des verbes déponents (forme passive mais sens actif) ;
- six modes (infinitif, indicatif, subjonctif, impératif, gérondif et participe) ainsi que des formations secondaires comme le supin et l'adjectif verbal ;
- six temps (présent, imparfait, futur simple, sur le radical du présent, et parfait, plus-que-parfait, futur antérieur, sur le radical du parfait).

Pronoms personnels

La liste complète se trouve dans Liste des pronoms en latin.

Lexique

Le latin et les autres langues indo-européennes


- Le vocabulaire commun Comme toute langue indo-européenne le latin possède un certain nombre de mots en commun avec ses langues sœurs. AGNUS "agneau" correspond au slave ancien AGNĘ "agneau" qui s'est conservé dans toutes les langues slaves moderne, comme ЯГНЁНОК "agneau" en russe. De même le grec AMNOS "agneau" est un ancien AGNOS. Le breton OAN "agneau" remonte à un ancien AGNOS. à compléter...

Que devient le latin quand il se fait français ?

Un mot latin peut avoir engendré un mot français qui est son direct descendant, c'est le cas pour ALA "aile" qui devient AILE, AMARE "aimer" AIMER, BARBA "barbe" BARBE, CARPA "carpe" CARPE. Dans d'autre cas la situation n'est pas si simple et le mot a évolué : AQUA "eau" donne EAU mais après une longue évolution qui a fait prendre au mot la forme ÈVE dont dérive le mot ÉVIER qui est en quelque sorte le doublet populaire de AQUARIUM. FERIRE "frapper" a donné FÉRIR qui est maintenant hors course. FAGUS "hêtre" se voit évincé par un mot germanique et CRUS "jambe" ne se retrouve qu'indirectement dans CRURAL. LAETITIA "joie" a engendré LIESSE mais seul le linguiste comprendra aisément par quel long processus. MACULA "maille" a fait une petite glissade de sens et NATIS "fesse" qui a donné NACHE n'est compris que par certains vieux grand-pères. PATER "père" revient en force dans l'argot et QUATUOR "quatre" dans l'opéra. On en perd forcément son latin.

Exemples

Voir aussi

Liens internes


- Déclinaisons et Conjugaisons latines
- Liste des pronoms en latin
- Étymologie latine
- Expression latine et Liste des proverbes latins
- Linguistique
- Rhotacisme
- Dictionnaire des langues
  - Langues par famille
    - Langues indo-européennes
      - Langues italiques
      -
- langues romanes
- Méthode latine ;

Liens externes


- [http://www.pesaro.com/latino/ Le latin contemporain]
- [http://www.obta.uw.edu.pl/~draco/docs/voccomp.html Le vocabulaire de l'informatique]
- [http://cafe.rapidus.net/ghiginio/NotaeNet/N_0.html Vocabulaire français-latin moderne], avec grammaire orientée pour le thème.
- [http://www.freelang.com/dictionnaire/latin.html Dictionnaire Freelang] - Dictionnaire latin-français/français-latin.
- [http://www.passion-histoire.net/phpBB_Fr/viewforum.php?f=81/ Forum consacré aux langues anciennes]
- [http://miroir.mrugala.net/Arisitum/adihaf/latin.htm Cours de latin]
- Catégorie:Langue morte Catégorie:Langue liturgique Catégorie:Langue véhiculaire als:Latein ja:ラテン語 ko:라틴어 simple:Latin language th:ภาษาละติน zh-min-nan:Latin-gí

Physique

zh-min-nan:Bu̍t-lí-ha̍k als:Physik ko:물리학 ms:Fizik ja:物理学 simple:Physics th:ฟิสิกส์ La physique (du grec φυσικη) est la science de la Nature dans son sens le plus large.

Généralités

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, bien établies ou non, contiennent des lois exprimées sous forme d'équations mathématiques, mais, comme toutes les théories scientifiques, ou n'importe quelles autres théories, ces théories et leurs lois peuvent être remises en cause dès qu'une expérience ne rentre pas parfaitement dans le cadre de ces lois.
- 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 phénomènes observés.
- 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, le modèle ne peut se confondre avec la réalité mais juste y tendre. 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. On pourra aussi retenir l'idée d'Albert Einstein sur le travail du physicien: faire de la physique c'est comme émettre des théories sur le fonctionnement d'une horloge sans jamais pouvoir l'ouvrir.
- 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 matériel, 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.
- La science est souvent en conflit avec les religions du fait que la première n'admet pas de dogme et ne cherche d'explications aux phénomènes de la Nature qu'elle observe (car c'est seulement de cela que la science s'occupe) que dans la Nature elle même. Nombreux sont les scientifiques qui ont eu le statut d'hérétiques. La science ne prétend cependant pas (ou plus) être le seul moyen d'accéder à une connaissance utile. Elle reconnaît la légitimité d'autres moyens de quête de la connaissance et s'est distancée du scientisme de ses débuts.

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 , 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. La simulation numérique occupe une place très importante dans la recherche en physique et ce depuis les débuts de l'informatique. Elle permet en effet la résolution approchée de problèmes mathématiques qui ne peuvent pas être traités analytiquement. Beaucoup de théoriciens sont aussi des numériciens.

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 ou d'applicabilité. Par exemple, la théorie de la mécanique classique (ou newtonienne) décrit fidèlement le mouvement d'un 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 et que l'objet ne soit pas trop proche d'une masse importante et que celui-ci soit dépourvu de charge. Les théories anciennes comme par exemple la mécanique newtonienne sont encore des sujets de recherche notamment dans l'étude des phénomènes complexes (exemple : la théorie du chaos). Elles constituent 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 - Vitesse relative - 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 galiléenne - Relativité restreinte - Relativité générale | Principe d'équivalence - Quadrivecteur - Référentiel - Espace-temps - Vitesse de la lumière - Vitesse relative |{{fr{fr{fr{fr{fr{fr{en{portail physique

Atome

L'atome est un composant de la matière, défini du point de vue de la chimie comme la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner avec une autre. Le mot provient du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ». L'atome était pour certains philosophes de la Grèce antique le plus petit élément indivisible de la matière. La notion d'atome est largement utilisée dans les diverses théories permettant d'expliquer les propriétés physiques de la matière, notamment dans ses états gazeux (la compressibilité des gaz), liquide et solide (l'ordonnancement des cristaux). En chimie, l'atome est l'élément de base, il constitue la matière et forme les molécules : les atomes restent indivisibles au cours d'une réaction chimique (en acceptant la légère exception que constituent les échanges d'électrons périphériques). Cependant, depuis le début du , des expériences de physique nucléaire ont mis en évidence l'existence des constituants de l'atome que sont les particules élémentaires.

Caractéristiques de l'atome

La majeure partie de la masse de l'atome se trouve concentrée dans un très faible volume (dimension de l'ordre de 10-15 m) : le noyau, composé de deux sortes de particules semblables, appelées nucléons :
- les neutrons, particules de charge électrique nulle, et de masse égale à : :::mn = 1,674 95×10-27 kg ;
- les protons, particules de charge électrique positive égale à : :::e = 1,602 189×10-19 C, :et de masse égale à : :::mp = 1,672 65×10-27 kg. La masse du proton étant très proche de celle du neutron, il est pratique de caractériser un noyau par son nombre de nucléons, appelé nombre de masse. Autour du noyau se trouve « un nuage » de particules identiques : les électrons ; les dimensions de ce nuage électronique (de l'ordre d'un angström, ou 10-10 m) correspondent à celles de l'atome. Les électrons possèdent une charge électrique négative égale à : :::e = 1,602 189×10-19 C, identique à celle du proton en valeur absolue ; leur masse est bien plus faible que celles des nucléons : :::me = 9,109 53×10-31 kg. La charge électrique d'un atome est neutre, car le nombre d'électrons (chargés négativement) du nuage électronique est égal au nombre de protons (chargés positivement) constituant le noyau. Ainsi, les charges électriques s'annulent d'un point de vue macroscopique. Les atomes sont susceptibles de se charger électriquement, en gagnant (la charge de l'atome devient négative) ou en perdant (la charge de l'atome devient positive) un ou plusieurs électrons ; on parle alors d'ions. Les propriétés physiques et chimiques des atomes dépendent essentiellement du nombre de protons qui composent leur noyau. Aussi, les atomes sont-ils classés suivant ce nombre, appelé nombre atomique. La matière constituée d'un ensemble quelconque d'atomes de même nombre atomique est un corps simple, ou élément chimique. Les atomes ayant un même nombre atomique, mais des nombres de masse différents (nombre de neutrons différent), sont appelés isotopes. Les différents éléments chimiques naturels ou artificiels ont été ordonnés en fonction de leurs propriétés dans le tableau périodique des éléments.

Histoire de l'atome

Le concept d'atome est particulièrement bien admis par le grand public, pourtant, paradoxalement, on ne peut pas observer par des moyens optique cet objet et seuls quelques rares physiciens manipulent des atomes isolés. L'atome peut donc paraître un modèle essentiellement théorique. Bien que ce modèle ne soit plus aujourd'hui remis en cause il a beaucoup évolué au cours du temps pour répondre aux exigences des nouvelles théories physiques et correspondre avec les différentes expérimentations effectuées.

Antiquité : un concept philosophique et intuitif

Il est probable que plusieurs peuples aient développé la notion de «grain composant la matière», tant ce concept semble évident lorsque l'on morcelle une motte de terre. Dans la culture européenne, ce concept apparaît pour la première fois dans la Grèce antique au , chez les philosophes présocratiques, notamment Leucippe, env. 460-370 av. J.-C., Démocrite et, plus tard, Épicure. Il s'agit d'une conception a priori du monde, qui fait partie de la recherche des principes de la réalité, recherche qui caractérise les premiers philosophes : on suppose que la matière ne peut se diviser indéfiniment, qu'il y a donc une conservation des éléments du monde, qui se transforment ou se combinent selon des processus variés. La décomposition du monde en quatre éléments (eau, air, terre, feu) peut donc compléter cette thèse. L'atomisme est une solution concurrente, qui naît de l'opposition de l'être et du néant : l'atome est une parcelle d'être qui se conserve éternellement, sans quoi les choses finiraient par disparaître. Ce fut sans doute un tournant philosophique majeur, à l'origine du matérialisme et de la critique de la religion. Cependant, même si l'empirisme épicurien tente d'établir cette hypothèse sur des bases scientifiques, l'atome demeure une intuition sans confirmations expérimentales.

La chimie du XVIII siècle - les éléments

Depuis des millénaires, on a remarqué que les produits se transforment : le feu, la métallurgie (transformation du minerai en métal), la corrosion (dégradation du métal), la vie, la cuisson des aliments, la décomposition de la matière organique... Par exemple, pour Empédocle, les transformations de la matière s'expliquaient de la manière suivante : il y avait quatre types d'éléments (eau, air, terre, feu) qui s'associaient et se dissociaient, en fonction de l'amour ou de la haine qu'ils se portaient — les fameux « atomes crochus ». Au Moyen Âge, les alchimistes ont étudié ces transformations et remarqué qu'elles suivent des règles bien précises. Vers 1760, des chimistes anglais commencent à s'intéresser aux gaz produits par les réactions, afin d'en mesurer le volume et de les peser. Ainsi, Joseph Black, Henry Cavendish et Joseph Priestley découvrent différents « airs » (c'est-à-dire gaz) : l'« air fixe » (le gaz carbonique), l'« air inflammable » (le dihydrogène), l'« air phlogistiqué » (le diazote), l'« air déphlogistiqué » (le dioxygène)... (Le terme « phlogistique » provient de la théorie du chimiste allemand Georg Ernst Stahl, au début du , pour expliquer la combustion ; cette théorie fut balayée par Lavoisier.) Antoine Laurent de Lavoisier (chimiste français) énonce en 1773 que : :"Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme" (formulé d'une manière légèrement différente à l'époque) signifiant par là que :
- la masse se conserve pendant les réactions chimiques ;
- les substances se décomposent en « éléments », c'est l'organisation de ces éléments qui change lors d'une réaction. Cette notion marque la véritable naissance de la chimie. Les chimistes ont donc commencé à recenser les éléments dont sont composées toutes les substances et à créer une nomenclature systématique — oxygène : qui génère des acides (οξυs signifie « acide » en grec) — hydrogène : qui génère de l'eau... Par exemple, en 1774, Lavoisier, en suivant les travaux des chimistes anglais, établit que l'air se compose en « air vital » (dioxygène) et en « air vicié et méphitique, mofette » (diazote) ; en 1785, il décompose l'eau (en faisant passer de la vapeur d'eau sur du fer chauffé au rouge) et montre donc que ce n'est pas un élément, mais que l'eau est décomposable en éléments (c'est en fait une pyrolyse). Le terme d'« analyse » provient d'ailleurs de cette notion de décomposition, lusis (λυσιs) signifie « dissolution » en grec : on décompose les produits (par attaque acide, en les brûlant, en les distillant...) jusqu'à obtenir des substances simples reconnaissables facilement (l'hydrogène, l'oxygène, le carbone, le fer...). On a donc la première constatation expérimentale de la décomposition de la matière en substances élémentaires.

La physique du XVIII siècle - les particules

Un autre pas, fait en parallèle, vient de l'étude des propriétés des gaz et de la chaleur (thermodynamique). Les fluides (liquides et gaz) sont étudiés en Europe depuis l'Antiquité, mais c'est au milieu du que l'on commence vraiment à cerner leur propriétés, avec l'invention du thermomètre (thermoscope de Santorre Santario, 1612), du baromètre et du vide pompé (Evangelista Torricelli, 1643), l'étude de l'expansion des gaz (Gilles Personne de Roberval, 1647), la pression atmosphérique (Blaise Pascal et Florin Perrier, 1648), les relations entre pression et volume (Robert Boyle en 1660, Edmé Mariotte en 1685), la notion de zéro absolu (Guillaume Amontons, 1702)... René Descartes (mathématicien, physicien et philosophe français) émet l'idée, en 1644, que les gaz sont composés de particules tourbillonnantes. Mais il ne s'agit là encore que d'une conception imagée, sans appui expérimental ; dans le même ordre d'idées, Descartes pensait que c'était aussi un tourbillon de « matière subtile » qui entraînait la rotation des planètes (ceci fut mis en défaut par Isaac Newton avec l'attraction universelle en 1687). Cependant, cette notion de corpuscules inspira d'autres scientifiques. Les mathématiciens suisses Jakob Hermann (1716) et Leonhard Euler (1729), mais surtout le physicien suisse Daniel Bernoulli (1733), effectuent des calculs en supposant que les gaz sont formés de particules s'entrechoquant, et leurs résultats sont en accord avec l'expérience. C'est la conception « cinétique » des gaz, c'est-à-dire l'explication de la température et de la pression par des particules en mouvement. Une autre science se développe à la fin du : la cristallographie. Ce qui intrigue les scientifiques, c'est l'observation des formes géométrique des cristaux naturels, et leur capacité à se cliver selon des plans lisses respectant ces symétries. Reprenant l'idée de classification des êtres vivants de Carl von Linné, on commence à rechercher et classer les minéraux (Jean-Baptiste Romé de Lisle, minéralogiste français, 1772). L'abbé René-Just Haüy (cristallographe français), en 1781, suppose que la forme des cristaux reflète la symétrie d'une « brique élémentaire », le cristal étant un assemblage de ces briques. On retrouve ici cette notion de composant élémentaire de la matière.

XIX siècle - le triomphe de l'atome

À ce stade, ressortaient trois notions :
- les corps chimiques sont décomposables en substances élémentaires ;
- les gaz sont composés de corpuscules qui volent et s'entrechoquent ;
- les cristaux sont composés de cellules dont la forme détermine la forme extérieure du cristal. Ces notions ont en commun le fait que la matière homogène est composée de corpuscules tous semblables entre eux, mais trop petits pour être visibles. Les découvertes du XIX siècle vont permettre de faire converger ces trois notions, et d'établir les notions de molécule et d'atome. John Dalton (chimiste et physicien anglais), en 1804, mesure les masses des réactifs et des produits de réaction, et en déduit que les substances sont composées d'atomes sphériques, identiques pour un élément, mais différents d'un élément à l'autre, notamment par la masse de ces atomes. Il découvre également la notion de pression partielle (dans un mélange de gaz, la contribution d'un gaz donné à la pression totale). Il fut le premier à émettre les idées de la théorie atomique. En 1807, Louis Joseph Gay-Lussac (physicien et chimiste français), établit la loi reliant la température et la pression d'un gaz. En 1808, il établit que les gaz réagissent en proportions déterminées ; les rapports des volumes des réactifs et des produits de réaction sont des nombres entiers petits. Le fait que ce soit des nombres entiers, a induit fortement à penser que la matière n'est pas « continue » (pensée dominante à cette époque), mais faite d'éléments discontinus. Amedeo Avogadro (physicien italien), en 1811, énonce, sans preuve, que pour une température et une pression fixées, un volume donné de gaz contient toujours le même nombre de molécules, et ce quel que soit le gaz. Il fait également l'hypothèse que les gaz sont polyatomiques, et définit nettement molécules et atomes. André-Marie Ampère (1814), Jean-Baptiste André Dumas (1827) et William Prout (1834) arrivent à la même conclusion. En 1821, John Herapath (mathématicien anglais) publie une théorie cinétique des gaz pour expliquer la propagation des sons, les changements de phase (vaporisation, liquéfaction) et la diffusion des gaz. Robert Brown (botaniste britannique), en 1827, observe le mouvement de grains de pollen dans l'eau ; les grains vont en ligne droite, et ne changent de direction que lors d'un choc avec un autre grain ou bien contre une paroi. C'est de ce comportement, le « mouvement brownien », que s'inspireront les physiciens pour décrire le mouvement des molécules de gaz. Gabriel Delafosse, en 1840, suppose que l'on peut dissocier la composante élémentaire du cristal et son organisation ; ainsi, la brique élémentaire de Haüy pourrait être un réseau aux nœuds duquel se trouveraient des « molécules » ; ce serait la forme du réseau qui donnerait la forme au cristal et non pas nécessairement la forme des molécules. Louis Pasteur (chimiste et biologiste français), en 1847, établit le lien entre la forme des molécules et la forme des cristaux (en fait, la molécule donne sa forme au réseau, et le réseau sa forme au cristal). Auguste Bravais (physicien français), en 1849, détermine les 32 réseaux cristallins possibles. En 1858, Rudolf Julius Emanuel Clausius (physicien allemand) définit le libre parcours moyen d'une molécule dans un gaz (distance moyenne parcourue entre deux chocs). Partant de là, en 1859, James Clerk Maxwell (physicien écossais) introduit la notion de dispersion statistique des vitesses des molécules dans la cinétique des gaz. Ceci permit à Ludwig Boltzmann (physicien autrichien), en 1858, d'estimer la taille des molécules et de définir la répartition statistique des vitesses dans un gaz. Dmitri Ivanovitch Mendeleïev (chimiste russe), en 1869, classe les atomes par masse croissante, et remarque qu'il y a une périodicité dans leurs propriétés chimiques. Il établit donc un tableau classant les éléments ; les trous dans ce tableau permirent de découvrir de nouveaux éléments.

Bilan

La notion d'atome et de molécule a donc permis le succès de la thermodynamique statistique, de la chimie et de la cristallographie. À cette notion, vont correspondre des modèles qui seront affinés au cours du développement de la physique et particulièrement précisés par les découvertes de la physique quantique durant le , et notamment :
- la découverte de l'électron (Joseph Thomson, 1887) ;
- les expériences de déviation des particules alpha par la matière (Ernest Rutherford of Nelson, 1911) ;
- les expériences de diffraction des rayons X sur les cristaux (Max von Laue, 1912).

Historique des modèles de l'atome

Dans l'histoire des sciences, plusieurs modèles de l'atome ont été développés, au fur et à mesure des découvertes des propriétés de la matière. Aujourd'hui encore, on utilise plusieurs modèles différents ; en effet, le modèle le plus récent est assez complexe, l'utilisation de modèles « anciens » ou partiellement faux, mais plus simples, facilite la compréhension, donc l'apprentissage et la réflexion. Depuis l'antiquité grecque, on supposait que la matière pouvait se fractionner en petits morceaux jusqu'à obtenir des grains insécables, qu'elle était comme « de la poussière dans la lumière ». C'est avec l'expérience de Rutherford que l'on atteint enfin ce grain : les particules alpha, en traversant la matière, voient leur trajectoire perturbée, ce qui va permettre enfin de savoir comment est organisée cette « poussière »...
  • 1675 : Jean Picard observe une luminescence verte en agitant un tube de baromètre ; on découvrira quelques siècles plus tard que cela est dû à l'électricité statique et aux vapeurs de mercure ;
  • 1854 : Geissler et Plücker découvrent les rayons cathodiques, des rayons verts luminescents lorsque l'on établit une forte tension électrique dans une ampoule dont on a pompé l'air (faible pression de gaz) ; ils inventent ainsi la lampe à décharge, qui éclaire maintenant nos supermarchés d'une lumière blanche, nos rues et nos stationnements d'une lumière orange (lampes au sodium) ;
  • 1897 : J. J. Thomson établit que ces rayons cathodiques sont constitués de particules chargées négativement arrachées à la matière, et découvre ainsi l'électron ; c'est la première décomposition de l'atome ;
  • 1900 : Max Planck montre la quantification des échanges d'énergie dans la matière (recherches sur le corps noir) ;
  • 1911 : expérience de Rutherford : il bombarde une feuille d'or par des particules alpha (des noyaux d'hélium, chargés positivement, obtenus par radioactivité) ; il en déduit que :
    • la plupart des particules vont en lignes droites, donc la matière est « pleine de trous » ;
    • mais certaines sont déviées et même rebroussent chemin, donc elles rencontrent des îlots très concentrés de matière chargée positivement (les + se repoussent entre eux) ;
    il en déduit son modèle planétaire : l'atome est constitué d'un noyau positif très petit et d'électrons tournant autour ; ce modèle pose un gros problème : en tournant, les électrons devraient perdre de l'énergie par rayonnement, et donc s'écraser sur le noyau...
  • 1913 : Niels Bohr réunit les concepts de Planck et de Rutherford, et propose son modèle : les orbites des électrons ont des rayons définis, il n'existe que quelques orbites « autorisées » ; ainsi, les échanges d'énergie quantifiés correspondent à des sauts entre les orbites définies, et lorsque l'électron est sur l'orbite la plus basse, il ne peut pas descendre en dessous et s'écraser (mais ce modèle n'explique pas pourquoi) ;
  • 1914 : l'expérience de Franck et Hertz valide le modèle de Bohr : ils bombardent des vapeurs de mercure avec des électrons ; l'énergie cinétique perdue par les électrons traversant les vapeurs est toujours la même ;
  • 1924 : Louis de Broglie postule la dualité onde-corpuscule ;
  • 1926 : Schrödinger modélise l'électron comme une onde, l'électron dans l'atome n'est donc plus une boule mais un « nuage » qui entoure le noyau ; ce modèle, contrairement aux autres, est stable car l'électron ne perd pas d'énergie.

Modèles périmés

Les modèles présentés dans cette section sont trop éloignés de la réalité pour pouvoir être utilisés. Ils ne sont présentés ici qu'à titre historique.

Le modèle de J.J Thomson ou modèle du far aux pruneaux (plum-pudding)

Avec la découverte de l'électron en 1897, on savait que la matière était composée de deux parties : une négative, les électrons, et une positive. Dans le modèle imaginé alors par Joseph John Thomson, les électrons, particules localisées, baignaient dans une « soupe » positive, à l'image des pruneaux dans le far breton (ou dans le plum-pudding pour les anglais ou encore comme des raisins dans un cake). Ce modèle fut invalidé en 1911 par l'expérience d'un de ses anciens étudiants, Ernest Rutherford. Vous pouvez aussi consulter la page en anglais

Le modèle planétaire de Rutherford

L'expérience de Rutherford met en évidence que les charges positives ne sont pas « étalées » entre les électrons, mais sont concentrées en de petits points. Il bombarda une fine feuille d'or par un faisceau de particules alpha (particules de charges électriques positives). Il observa que les particules étaient déviées faiblement, ce qui ne correspondait pas au résultat prévu par le modèle de Thomson, pour lequel elles n'auraient pas dû la traverser. Rutherford imagine donc un modèle planétaire : l'atome est constitué d'un noyau positif autour duquel tourne des électrons négatifs. Entre le noyau, très petit par rapport à l'atome (environ 100 000 fois), et ses électrons, un grand vide existe. Ce modèle fut très vite mis en défaut par les équations de Maxwell d'une part, qui prédisent que toute charge accélérée rayonne de l'énergie, et par les expériences montrant la quantification des niveaux d'énergie d'autre part.

Modèles approchés couramment employés

Le modèle des sphères dures

Le modèle le plus simple pour représenter un atome est une boule indéformable. Ce modèle est très utilisé en cristallographie. Une molécule peut se voir comme plusieurs boules accolées, un cristal comme des boules empilées. On utilise parfois une représentation « éclatée » : les atomes sont représentés comme des petites boules espacées, reliées par des traits, permettant de faire ressortir les directions privilégiées ainsi que les angles. cristallographie Ce modèle correspond bien à certaines propriétés de la matière, comme par exemple la difficulté de comprimer les liquides et les solides, ou bien le fait que les cristaux ont des faces bien lisses. En revanche, il ne permet pas d'expliquer d'autres propriétés, comme la forme des molécules : si les atomes n'ont pas de direction privilégiée, comment expliquer que les liaisons chimiques révèlent des angles bien définis ?

Le modèle de Bohr

Un modèle fut développé par Niels Bohr en 1913 à partir des propriétés mises en évidence par Planck et Rutherford. Dans le modèle des sphères dures, l'atome est un objet entier, indécomposable. Or, on sait depuis le milieu du XIX siècle que l'on peut en « arracher » des particules portant une charge électrique négative, les électrons. Dans le modèle de Bohr, l'atome est composé d'un noyau chargé positivement, et d'électrons tournant autour, les rayons des orbites des électrons ne pouvant prendre que des valeurs bien précises. Le noyau est très compact, d'un diamètre d'environs 10-15 à 10-14 m, c'est-à-dire que le noyau est cent mille à un million de fois plus petit que l'atome ; il porte une charge électrique positive. C'est aussi la partie la plus lourde de l'atome, puisque le noyau représente au moins 99,95 % de la masse de l'atome. Les électrons sont ponctuels, c'est-à-dire que leur rayon est admis quasiment nul (tout du moins plus petit que ce que l'on peut estimer). Ils portent une charge négative. Pour des raisons de lisibilité, le schéma ci-dessous n'est donc pas à l'échelle, en ce qui concerne les dimensions du noyau et des électrons, ni aussi pour les rayons des différentes orbites (on notera ici que le nombre d'électrons sur les orbites n'est pas prédit par le modèle). modèle de Bohr
Cette vision permet de décrire les phénomènes spectroscopiques fondamentaux, c'est-à-dire le fait que les atomes absorbent ou émettent seulement certaines longueurs d'onde (ou couleur) de lumière ou de rayons X. En effet, les électrons ne pouvant tourner que sur des orbites définies, le saut d'une orbite à une autre se fait en absorbant ou en émettant une quantité déterminée d'énergie (quantum). Le modèle de Bohr, décomposant l'atome en deux parties, un noyau et un nuage d'électrons, est plus précis que le modèle des sphères dures, pour lequel la surface de la sphère correspond à l'orbite des électrons extérieurs. Cependant, il présente le gros inconvénient des modèles planétaires : des électrons en orbite autour du noyau sont des charges accélérées, ils devraient rayonner de l'énergie, ... et devraient donc venir s'écraser sur le noyau. Le modèle n'explique pas non plus la forme des molécules.

Le modèle actuel : modèle de Schrödinger

La naissance de la mécanique ondulatoire de Louis de Broglie 1924, généralisée par Erwin Schrödinger en 1926 amène à proposer un nouveau modèle, dont les aspects relativistes furent décrits par Paul Dirac en 1928 ; il permet d'expliquer la stabilité de l'atome et la description des termes spectrocopiques. Dans ce modèle, les électrons ne sont plus des billes localisées en orbite, mais des nuages de probabilité de présence. Ce point de vue, révolutionnaire, peut choquer en première approche. Cependant la représentation que l'on pouvait se faire d'un électron - une petite bille ? - était dictée par les formes observées dans le monde macroscopique, transposées sans preuves dans le monde microscopique. Il faut bien se pénétrer du fait que ce que l'on connaît de l'électron ne repose que sur des manifestations indirectes : courant électrique, tube cathodique (télévision)… Depuis les années 1930, on modélise ainsi l'électron par une « fonction d'onde » dont le carré de la « norme représente la densité de probabilité de présence ». Pour représenter fidèlement les propriétés de l'électron, on ne dispose que des fonctions mathématiques compliquées. Cette abstraction rebute encore bien des physiciens. Nous allons essayer de donner une image de cette notion de fonction d'onde, image nécessairement imparfaite. Un électron, hors d'un atome, est représenté par un paquet d'ondes, qui peut être considéré, dans certaines limites, comme une petite bille. La mécanique quantique démontre qu'un tel paquet d'ondes s'étale au cours du temps ; au contraire, un électron d'un atome conserve la structure de la fonction d'onde associée à l'orbite qu'il occupe (tant qu'il n'est pas éjecté de l'atome). La mécanique quantique postule donc, non la conservation de la forme (non connue) de l'électron, mais l'intégrale de la probabilité de présence. Dans le modèle de Schrödinger, les nuages correspondant aux différents électrons s'interpénètrent ; il n'est pas question de se donner une représentation individuelle des électrons chacun sur son orbite, comme cela était dans le cas du modèle de Bohr. Cela est d'autant plus vrai que les électrons sont des particules identiques indiscernables. Les effets d'échange amènent à considérer que chaque électron de l'atome est à la fois sur chaque orbitale occupée (correspondant à une configuration électronique donnée). L'ionisation de l'atome (l'arrachement d'un électron de l'atome) peut alors être représentée par le schéma simplifié ci-dessous. effets d'échange Pour éviter des complications inutiles, on considérera l'atome le plus simple afin de montrer quelques schémas dévoilant les points fondamentaux du modèle : :
- le nuage électronique associé à l'état fondamental, révélant (comme d'autres états) la possibilité pour l'électron d'être au sein du noyau, ce qui a des conséquences en physique nucléaire : capture électronique. :
- le nuage électronique associé à une combinaison linéaire de deux orbitales associées au premier niveau excité. Cet exemple montre la possibilité d'obtenir des nuages électroniques pointant vers l'extérieur de l'atome… nous sommes ainsi préparés aux liaisons moléculaires. Soit ρ(r,θ,φ) la densité de probabilité de présence au point de coordonnées sphériques (r,θ,φ). Pour l'état fondamental, la densité de probabilité, ρ, est maximale au centre de l'atome, tandis que la densité radiale de probabilité de présence (à la distance r du noyau, toutes les directions confondues) est : :P(r) = 4\pi r^2 \cdot \rho(r,0,0), maximale pour r=r1 de la première orbite du modèle de Bohr (dans l'expression ci-dessus, on a tenu compte de la symétrie sphérique de ρ, identique pour toutes les directions). on a en fait : :ρ(0,0,0) > ρ(r1,0,0), mais P(0) < P(r1). coordonnées sphériques En fonction de l'état quantique de l'électron (fondamental, excités...) ces nuages peuvent prendre différentes formes, qui sont décrites en particulier par les harmoniques sphériques. La forme la plus simple est la symétrie sphérique, montrée en particulier, ci-dessus, dans le cas de l'état fondamental, |1s>. harmoniques sphériques Des combinaisons linéaires de fonctions d'onde, utilisant des harmoniques sphériques distinctes, permettent l'apparition d'une anisotropie qui va devenir essentielle pour le passage de la notion d'atome à celle de molécule. Le schéma ci-contre montre une coupe de la densité de probabilité de présence de l'orbitale hybride |2sp_ > de l'atome d'hydrogène, coupe contenant Oz axe de symétrie de l'orbitale atomique. Pour cet exemple, l'axe Oz devient une direction privilégiée, mais de plus la densité de probabilité de présence s'étale plus loin pour une orientation donnée. Ce modèle permet d'expliquer :
- la stabilité de l'atome, les charges sont accélérées, mais elles sont contraintes par la mécanique quantique (relations d'incertitude) ;
- la forme des molécules : orientation préférentielle des nuages électroniques ;
- l'organisation des cristaux : le nuage électronique se comporte comme une coquille dure ;
- les effets spectroscopiques (la quantification des échanges d'énergie) : la nuage ne peut prendre que des formes déterminées, notamment en ce qui concerne la distance r1 du maximum de densité au noyau. On notera pour terminer que des corrections relativistes sont à apporter, dans le cas des atomes de numéro atomique élevé, pour la détermination des niveaux internes (les vitesses des électrons sur les orbites du modèle de Bohr sont alors importantes).

Le noyau atomique

Si la mécanique quantique permit d'expliquer rapidement les caractéristiques spectroscopiques des atomes et des molécules, le cœur de l'atome, son noyau, fut plus difficile à comprendre. Les difficultés sont ici de deux ordres, l'une correspondant à l'importance de l'énergie des particules sondes permettant d'atteindre les dimensions de l'ordre du fermi, l'autre à la nécessaire invention d'au moins une interaction supplémentaire permettant la stabilité d'un noyau constitué de protons (qui se repoussent électriquement) et de neutrons. Cette compréhension de la cohésion du noyau devait aussi expliquer les phénomènes de radioactivité alpha, bêta et gamma, dont les premières observations dataient de la dernière décennie du XIX siècle. La décennie qui précéda la seconde guerre mondiale mena à la découverte des deux interactions maîtresses de la stabilité du cœur : l'interaction forte et l'interaction faible. La petitesse de la portée de ces deux interactions, respectivement 10^ m et 10^ m explique les difficultés expérimentales rencontrées. Les difficultés théoriques ne manquent pas, non plus ; il ne s'agit pas de lois physiques aussi simples que celles de l'électromagnétisme, même compliquées par la mécanique quantique, mais de la compréhension de toutes les particules élémentaires... L'invention des quarks et des gluons donne ainsi la vision actuelle de l'interaction qui maintient ensemble les nucléons. Cette physique nucléaire mène aussi à l'explication de la nucléosynthèse, expliquant les aspects nucléaires tableau de Mendeleïev. On se retrouve là dans le foisonnement de la naissance de l'univers et de la dynamique des étoiles.

Notes

Cette notion avait déjà été énoncée dans l'Antiquité, par Anaxagore de Clazomène, et elle fut acceptée par un grand nombre de philosophes (épicuriens, stoïciens, etc.) ; ce principe se fondait sur les observations possibles pour l'époque et fut élaborée selon une démarche scientifique. Les scientifiques avaient observé que si l'on pesait la matière solide avant et après la combustion, on avait une variation de masse ; ceci provient d'un échange avec l'air (l'oxygène s'incorpore et alourdit, le gaz carbonique et la vapeur d'eau s'en vont et allègent). Il suffit pour s'en rendre compte de faire brûler dans une cloche fermée, et de peser la cloche en entier, produit solide et gaz compris : la masse totale ne change pas.

Voir aussi


- nucléosynthèse
- réaction chimique
- réaction nucléaire
- règle de l'octet

Bibliographie

'Physics of the atom' par M. Russell Wehr et James A. Richards, Jr., chez Addison-Wesley Pubishing Company. catégorie:atome catégorie:histoire de la chimie catégorie:histoire de la physique catégorie:physique nucléaire catégorie:science des matériaux ja:原子 ko:원자 ms:Atom simple:Atom th:อะตอม

Max Planck

Max Karl Ernst Ludwig Planck (23 avril 1858 - 4 octobre 1947) est un physicien allemand, Prix Nobel de physique en 1918 et lauréat du prix Goethe en 1945.

Biographie

Max Planck né le 23 Avril 1858 à Kiel, il est issu d’une famille nombreuse et bourgeoise. Ses arrière-grand-père et grand-père paternels sont professeurs de théologie, son père professeur de droit, tandis que sa mère est issue d'une famille de pasteurs.

Études et débuts

Max Planck fait ses études secondaires à Munich où son père enseigne. Il hésite alors entre se consacrer à la science ou à la musique. En 1874, il entame des études de mathématiques et de physique à l’université. Il obtient son baccalauréat à dix-sept ans et, trois ans plus tard, il conclut son cursus universitaire à Berlin avec Hermann von Helmholtz et Gustav Kirchhoff comme professeurs. En 1880, il soutient sa thèse de doctorat sur « le second principe de la thermodynamique » et la notion d'entropie en perpétuelle augmentation. Ses professeurs ne sont guère convaincus. Il passe néanmoins son habilitation l'année suivante (1881) sur « les états d'équilibre des corps isotropes aux différentes températures », aboutissant aux mêmes résultats que ceux obtenus auparavant par l'américain Josiah Willard Gibbs, dont les travaux étaient restés confidentiels. Jusqu'en 1885, il recherche un poste d'enseignant en physique théorique, discipline peu à la mode à l'époque. Il obtiendra enfin un poste de professeur adjoint à Kiel en 1885. Il se marie en 1887 et devient père de famille en 1888. A la mort de Kirchhoff, et sur recommandation de Helmholtz, il est appelé à l’université de Berlin comme professeur adjoint puis titulaire en 1892.

Recherches

À Berlin, il poursuit des travaux en thermodynamique, en électromagnétisme et en physique statistique. Planck rejette le modèle atomiste des gaz de Maxwell et Boltzmann. Pour lui, la théorie atomique s’effondrera à terme en faveur de l’hypothèse de la matière continue. A cette même époque Lord Kelvin identifie le rayonnement du corps noir comme l'un des problèmes à résoudre. Jožef Stefan, Ludwig Boltzmann, Wilhelm Wien s'y attaquent ainsi que Otto Richard Lummer, Ernst Pringsheim, Heinrich Rubens, Ferdinand Kurlbaum, Friedrich Paschen et Lord Rayleigh. Travaillant à formuler avec exactitude le second principe de la thermodynamique, Planck s’intéresse dès 1894 au rayonnement électromagnétique du corps noir. Il adopte les méthodes statistiques de Boltzmann. En 1899, il introduit les constantes de Planck (h) et de Boltzmann (k) en même temps que la notion des quanta. En octobre 1900, il détermine la loi de répartition spectrale du rayonnement thermique du corps noir, sans en maîtriser l'interprétation physique. thermodynamique C’est à la fin de 1900 qu’il présente sa découverte à la société de physique de Berlin. C’est la naissance de la théorie des quanta, à l'approfondissement de laquelle il participera peu, laissant Einstein l'étayer solidement. Planck a du mal à accepter sa propre hypothèse, rendant la matière « discontinue ».

Honneurs

Depuis 1894, il est membre de l'Académie de Prusse dont il est nommé secrétaire perpétuel du comité de physique en 1912. Il reçoit pour son œuvre le prix Nobel de physique en 1919. En 1927, il est lauréat de la Médaille Franklin pour sa notion de quantum d'énergie, puis de la médaille Copley en 1929. La médaille « Max Planck » de physique est créée, qui lui est conjointement attribuée avec Einstein en 1929. L’année suivante, à la mort de von Harnack, Planck est nommé président de la société KWG (Kaiser Wilhelm Gesellschaft, en l'honneur du kaiser Guillaume) qui deviendra après la seconde guerre mondiale la Société Max Planck (Max-Planck-Gesellschaft), l'une des grandes institutions de la recherche allemande. Dans le même temps, il rédige des traités de physique théorique, et travaille sur des ouvrages de vulgarisation réputés pour leur accessibilité. Très nationaliste, il mettra du temps (1938) à s'écarter du nazisme. Max Planck meurt le 4 octobre 1947 à Göttingen. Planck est reconnu par les plus grands scientifiques, même avant sa mort. Einstein dit de lui qu’il est « un homme à qui il a été donné de doter le monde d’une grande idée créatrice. » Quant à Louis de Broglie, il affirme : « l’œuvre qu’il a accomplie est de celles qui assurent à leur auteur une gloire immortelle et, si quelque cataclysme ne vient pas anéantir notre civilisation, les physiciens des siècles à venir parleront toujours de la constante de Planck et ne cesseront de répéter avec admiration le nom de celui qui a révélé aux hommes l’existence des quanta. ».

Découvertes

En 1900, Max Planck découvre la loi spectrale du rayonnement d'un corps noir (publiée en 1901) en essayant de réconcilier la loi de Rayleigh-Jeans qui fonctionne aux grandes longueurs d'ondes (basses fréquences) et la loi de Wien qui fonctionne aux petites longueurs d'ondes (hautes fréquences). Il trouve que sa propre fonction correspondait remarquablement bien aux données pour toutes les longueurs d'ondes. La correction de la loi de Rayleigh-Jeans est particulièrement importante, car elle est construite sur une base théorique forte : la thermodynamique telle qu'elle était connue à l'époque ; mais souffre d'un défaut majeur aux longueurs d'ondes courtes : la catastrophe ultraviolette. Ce point suggére que la thermodynamique est fausse. Planck essaye donc de produire une nouvelle théorie fondamentale destinée à remplacer la thermodynamique. La loi de Rayleigh-Jeans et la loi de Planck utilisent le théorème d'équipartition et font correspondre un oscillateur à chaque fréquence. Rayleigh suppose que tous les oscillateurs sont également excités, sa loi prédit que les oscillateurs de très courtes longueurs d'ondes sont fortement excités même à température ambiante. Planck déduit sa loi de façon empirique. Il la justifie en postulant que l'énergie émise ou absorbée par les oscillateurs ne se fait que par petits paquets d'énergie E. Ces paquets seraient directement reliés à la fréquence des oscillations selon la formule qu'il expose le 14 décembre 1900 : :E = h \nu où, :h est la constante de Planck :ν est la fréquence du rayonnement électromagnétique. Cette hypothèse permet de limiter l'excitation des oscillateurs aux courtes longueurs d'ondes, puisqu'il ne peuvent absorber qu'une énergie au moins égale à h\nu. Bien qu'il soit facile maintenant d'interpréter cela en terme de quantification de la lumière en photons, Planck ne propose pas cette quantification. Cela apparaît clairement dans son article de 1901, dans les références qu'il donne dans cet article sur le travail qu'il a effectué sur le sujet, ainsi que dans son livre Theory of Heat Radiation (Théorie du rayonnement de la chaleur) où il explique que sa constante concerne les oscillateurs. À l'époque, cette relation n'est considérée que comme un artifice de calcul mathématique. L'idée de quantification est développée par d'autres, notamment Einstein qui en étudiant l'effet photoélectrique propose un modèle et une équation dans lesquels la lumière est non seulement émise mais aussi absorbée par paquets ou photons ; l'introduction de la nature corpusculaire de la lumière.

Voir aussi

Articles connexes


- mécanique quantique
- Max-Planck-Institut
- Planck - Herschel (Projet ESA)

Lien externe


- [http://www.astrofiles.net/modules.php?name=News&file=article&sid=29 Biographie de Max Planck] Planck, Max Planck, Max Planck, Max Planck, Max Planck, Max ja:マックス・プランク ko:막스 플랑크 simple:Max Planck

Constante de Planck

En physique, la constante de Planck, notée h, est une constante utilisée pour décrire la taille de quanta. Elle joue un rôle centrale dans la mécanique quantique et a été nommée d'après le physicien Max Planck.

Valeur

La constante de Planck a pour valeur dans les unités du SI : :h \simeq 6,626\ 069\ 3\times10^ J.s. L'erreur relative sur cette valeur est 1,7×10-7, soit une erreur absolue de 1,1×10-40 J.s. Elle possède donc les unités d'une énergie multipliée par un temps. Il est possible d'écrire ces unités sous la forme d'une quantité de mouvement par une longueur (kg·mètre²·s-1) c'est à dire les même unités que le moment angulaire Une valeur proche est la constante de Planck réduite (parfois appelée constante de Dirac), notée \hbar et prononcée "h-barre" : :\hbar = \frac = 1,054\ 571\ 68\times10^\ \mbox\cdot\mbox. L'erreur relative sur cette valeur est là encore 1,7×10-7, soit une erreur absolue de 1,8×10-41 J.s.

Interprétation physique

La constante de Planck est utilisée pour décrire les phénomènes de quantification qui se produisent avec les particules et dont certaines propriétés physiques ne prennent que des valeurs multiples de valeurs fixes au lieu d'un ensemble continu de valeurs possibles. Par exemple, l'énergie d'une particule est reliée à sa fréquence ν par : :E = h \nu. On retrouve de telles conditions de quantification dans toute la mécanique quantique. Par exemple, si J est le moment angulaire total d'un système et J_z le moment angulaire du système mesuré sur une direction quelconque, ces quantités ne peuvent prendre que les valeurs : :\begin J^2 = j(j+1) \hbar^2, & j = 0, 1/2, 1, 3/2, \ldots \\ J_z = m \hbar, \qquad\quad & m = -j, -j+1, \ldots, j\end. En conséquence, \hbar est parfois considérée comme un quantum de moment angulaire puisque le moment angulaire de n'importe quel système, mesuré par rapport à n'importe quel choix particulier d'axe, est toujours un multiple entier de cette valeur. La constante de Planck apparaît également dans les énoncés du principe d'incertitude de Heisenberg. L'écart type d'une mesure de position \Delta x et celui d'une mesure de quantité de mouvement le long du même axe \Delta p obéissent à la relation suivante : : \Delta x \Delta p \ge \begin\frac\end \hbar. \hbar est également employée dans le système d'unités dit des unités de Planck.

Représentation informatique

La constante de Planck possède les représentations Unicode suivantes :
- ℎ : U+210E ;
- ℏ : U+210F.

Voir aussi

Liens internes


- Loi de Planck
- Mur de Planck
- rayonnement électromagnétique
- équation de Schrödinger
- Dualité onde-particule
- Effet Hall quantique
- Constante physique
- Unités en physique

Liens externes


- [http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?h NIST - CODATA 2002 recommended values - Planck constant] Planck ja:プランク定数 ko:플랑크 상수 th:ค่าคงที่ของพลังค์

Satyendranath Bose

Satyendranath Bose (Kolkata, 1 janvier 1894 - 4 février 1974) est un physicien indien spécialiste de la physique mathématique.

Biographie

Bose naît à Calcutta, aîné de sept enfants. Son père, Surendranath Bose, est employé dans le département de technologie de l'East India Railway. Il fait ses études dans cette ville à lHindu High School puis au Presidency College où il est l'élève de Jagadish Chandra Bose avec qui il n'a pas de lien de parenté, obtenant tout au long de sa scolarité des résultats remarquables. De 1916 à 1921, il est maître assistant dans le département de physique de l'université de Calcutta, puis en 1921, il rejoint le département de physique de l'université récemment fondée à Dhâkâ, occupant le même poste. En 1926, il devient professeur et directeur du département de physique de cette même université, et continue à y enseigner jusqu'en 1945. Il revient alors à Calcutta, et enseigne à l'université de Calcutta jusqu'en 1956, année où il prend sa retraite et où il est fait professeur honoraire. Alors qu'il enseigne à l'université de Dacca, Bose écrit un court article, Planck's Law and the Hypothesis of Light Quanta, qu'il envoie à Albert Einstein, après un rejet par le Philosophical Magazine. Einstein est favorablement impressionné et le recommande pour publication dans Zeitschrift für Physik, et il en fait lui-même la traduction de l'anglais vers l'allemand. L'article de Bose présente des statistiques quantiques sur les photons. Einstein adopte l'idée, l'étend aux atomes et prévoit ainsi l'existence du phénomène qui sera appelé plus tard le condensat de Bose-Einstein d'après les noms des deux physiciens. La particule boson est aussi nommée d'après Bose. Les idées de Bose sont bien reçues dans le monde de la physique, et l'université de Dacca lui accorde un congé pour lui permettre de voyager en l'Europe en 1924. Il passe une année à Paris, travaille avec Marie Curie et fait la rencontre de plusieurs scientifiques célèbres. Il passe ensuite une autre année à travailler avec Einstein à Berlin. En 1926, à son retour à Dacca, il est fait professeur. N'étant pas titulaire d'un doctorat, il n'aurait pas dû obtenir son poste mais la recommandation d'Einstein efface tous les obstacles. Indépendamment de la physique et suivant une tradition indienne, il fait aussi de la recherche en biochimie et en littérature (bengalî, anglais). Il a effectué des études profondes en chimie, géologie, zoologie, anthropologie, technologie et d'autres sciences. Étant d'origine bengalîe, il consacre beaucoup de temps à favoriser sa langue comme langue d'enseignement et aussi bien qu'au développement de la région. Bose, Satyendranath Bose, Satyendranath Bose, Satyendranath Bose, Satyendranath ja:サティエンドラ・ボース

Paul Dirac

Paul Adrien Maurice Dirac était un physicien et mathématicien britannique né le 8 août 1902 à Bristol (Gloucestershire, Angleterre) et décédé le 20 octobre 1984 à Tallahassee , en Floride. Son père, Charles Dirac, est originaire de Suisse, dans le canton du Valais. Il est l'un des pères de la mécanique quantique et reste célèbre pour avoir prévu l'existence de l'antimatière (positron) En 1928, il déduit du travail de Pauli sur un système de spins non-relativiste une équation relativiste décrivant l'électron, et contenant en soi le spin. Cela permet à Dirac de prédire l'existence d'une particule appelée positron, l'antiparticule de l'électron. Il faudra attendre 1932 pour qu'Anderson observe enfin cette particule. Dans Principles of Quantum Mechanics, publié en 1930, il utilise l'algèbre des opérateurs linéaires comme une généralisation des théories d'Heisenberg et de Schrödinger. Il introduit ainsi la notation bra-ket, pour laquelle |ψ> est un vecteur d'état dans l'espace des états du système, et <ψ| un vecteur de l'espace dual correspondant. Il partage le prix Nobel de physique en 1933 avec Erwin Schrödinger pour « la découverte de formes nouvelles et productives de la théorie atomique ». Dirac fut « Professeur Lucasien » à l'université de Cambridge de 1932 à 1969, et professeur de premier cycle à l'université de Bristol. Il est lauréat de la Royal Medal en 1939 et de la médaille Copley en 1952. ------- On appelle impulsion de Dirac, un signal de durée théoriquement nulle et d'énergie fini. Le concept n'avait pas au départ de base mathématique nette, mais le mathématicien Laurent Schwartz a construit pour ce genre d'objet l'outillage adéquat sous le nom de théorie des distributions. Communément, on appelle Dirac une mesure telle que toute la densité est concentrée en un point unique.

Voir aussi


- Équation de Dirac
- Fonction δ de Dirac
- Peigne de Dirac
- Constante de Dirac Dirac, Paul Dirac, Paul Dirac, Paul Dirac, Paul Dirac, Paul ja:ポール・ディラック ko:폴 디랙

Albert Einstein

Albert Einstein (14 mars 1879 à Ulm, Allemagne - 18 avril 1955 à Princeton, New Jersey, États-Unis) physicien allemand, puis apatride (1896), suisse (1899), et enfin suisse-américain (1940). Il a publié la théorie de la relativité restreinte en 1905 et celle de la relativité générale en 1915. Il a largement contribué au développement de la mécanique quantique et de la cosmologie. Il a reçu le prix Nobel de physique en 1921 pour son explication de l'effet photoélectrique. Son travail est notamment connu pour l'équation E=mc² qui explique la puissance de l'énergie nucléaire.

Biographie

énergie nucléaire Le 8 août 1876 Hermann Einstein (le père de Albert), épouse Pauline Koch. Trois ans plus tard (le 14 mars 1879) Albert, leur premier enfant, naît dans l'appartement des Einstein à Ulm en Allemagne. Albert, lorsqu'il était enfant, fit deux découvertes : la boussole à cinq ans et la petite bible de la géométrie à treize ans. Il abandonna sa croyance religieuse qu'il avait reçue toute sa jeunesse pour se lancer dans le raisonnement logique. Mais, il faut noter qu'Einstein est resté fidèle aux enseignements du judaïsme, notamment quand il a émigré dans les années 1920 aux Etats-Unis pour faire la quête au profit du futur Etat d'Israël. Il obtient d'excellents résultats en mathématiques mais refuse d'apprendre la biologie et les sciences humaines car il ne voyait pas l'intérêt d'apprendre quelque chose qu'on retrouve tout le temps dans les livres. Il considère la science comme le fruit de la raison humaine et de la réflexion. Il demande à son père de lui donner la nationalité suisse afin de rejoindre sa famille émigrée à Pavie en Italie. Il entre à l'ETH (Eidgenössische Technische Hochschule) de Zürich en 1896. Il s'y lie d'amitié avec le mathématicien Marcel Grossman, qui l'aidera plus tard quand il sera aux prises avec les géométries non-euclidiennes. Il y rencontre aussi Mileva Maric, sa première épouse. Il obtient son diplôme en 1900. Il lit évidemment beaucoup, pendant cette époque il approfondit presque exhaustivement d'excellents livres de référence comme ceux de Boltzmann, de Helmholtz, de Nernst. Il lit aussi la Mécanique de Ernst Mach. En 1902, il est embauché à l'Office des brevets de Berne, ce qui lui permet de vivre correctement tout en travaillant ses théories d'arrache-pied. Mileva et Albert se marient en 1903, après la mort du père de ce dernier. En 1904, Hans-Albert naît. Leur première fille, Lieserl, née avant leur mariage, a été abandonnée, car cela aurait pu, selon les critères de l'époque, l'obliger à quitter l'Office des brevets. Dans les années 1905-1909, il publie quatre articles qui vont ouvrir de nouvelles voies dans la recherche (physique nucléaire, mécanique céleste... ). Quatre ans après ces articles, il est reconnu par ses pairs. Les offres de travail se multiplient. Eduard naît en 1910. Il est nommé à l'Académie des sciences de Prusse en 1913. Cela implique qu'il avait la citoyenneté prussienne, en plus de la citoyenneté suisse. En 1914, il déménage en Allemagne et habite à Berlin de nombreuses années, et les propositions de travail allemandes lui permettent de se consacrer entièrement à son travail de recherche. À ce moment, Mileva et Albert se séparent, et ce dernier commence à fréquenter une cousine berlinoise, Elsa. Il clame aux abords de la Première Guerre mondiale ses opinions pacifistes. La situation s'assombrit en Allemagne dans les années 1920; on le traîne dans la boue comme juif et pacifiste. Albert voit sa vie menacée. En 1928, il est nommé président de la Ligue des Droits de l'Homme. En 1933, il apprend que sa maison de Berlin a été pillée par les bandes nazies. Peu après, Hitler arrive au pouvoir. Il décide de ne plus mettre les pieds en Allemagne. Son fils Hans-Albert est schizophrène et passera sa vie dans une clinique suisse. Einstein meurt le 18 avril 1955 d'une rupture d'anévrisme. On éparpillera ses cendres dans un lieu tenu secret, conformément à son testament, mais en dépit de ses dernières volontés son cerveau et ses yeux sont préservés par le médecin légiste qui a fait son autopsie.

1902-1909 : premiers travaux reconnus

En 1902, il est embauché à l'Office des brevets de Berne, ce qui lui permet de vivre correctement tout en travaillant ses théories d'arrache-pied. Mileva et Albert se marient en 1903, après la mort du père de ce dernier. En 1904, Hans-Albert naît. Leur première fille, Lieserl, née avant leur mariage, a été abandonnée, car cela aurait pu, selon les critères de l'époque, l'obliger à quitter l'Office des brevets. Il fonde avec Maurice Solovine (qui traduira ses œuvres en français) et Conrad Habicht l'Académie Olympia, nom ironique pour un cercle de discussion se réunissant au 49, Kramgasse, et organisant des balades en montagne.

Lannus mirabilis

1905 est lannée miracle pour Einstein, celle où il donne plus qu'un coup de pouce à la recherche en publiant quatre articles dans la revue Annalen der Physik (d'abord envoyés à Conrad Habicht). Le premier article, publié en mars, expose un point de vue révolutionnaire sur la nature corpusculaire de la lumière, par l'étude de l'effet photoélectrique. Einstein l'a intitulé : Sur un point de vue heuristique concernant la production et la transformation de la lumière. Il y relate ses recherches sur la nature des émissions de particules, en se basant sur les travaux de Planck qui avait, en 1900, établi une formule d'un rayonnement quantifié — c'est-à-dire discontinu. Planck avait été en fait contraint d'aborder le rayonnement lumineux émis par un corps chaud d'une manière qui le déconcertait : pour mettre en adéquation sa formule et les résultats expérimentaux, il lui avait fallu supposer que le courant de particules se divisait en blocs d'énergie, qu'il appela quanta. Bien qu'il pensait que ces quanta n'avaient pas de véritable existence, sa théorie semblait prometteuse et plusieurs physiciens y travaillèrent. Einstein réinvestit les résultats de Planck pour étudier l'effet photoélectrique, et il conclut en énonçant que la lumière se comportait à la fois comme une onde et à la fois comme un flux de particules. Il mit alors fin à un débat vieux de plus d'un siècle sur la nature de la lumière et ouvrit la voie à des recherches fondamentales. Deux mois plus tard, en mai, Einstein fait publier un second article sur le mouvement brownien. Il expliquait ce mouvement par une entorse complète au principe d'entropie tel qu'énoncé à la suite des travaux de Newton sur les forces mécaniques : selon lui, les molécules tiraient leur énergie cinétique de la chaleur. Cet article est encore plus fondamental en ce qu'il donnait une preuve théorique (vérifiée expérimentalement par Jean Perrin (1912)) de l'existence des atomes et des molécules. Le troisième article est encore plus important, car il représente la rupture intuitive d'Einstein avec la physique newtonienne — systématisée à partir des travaux de Hertz, Poincaré et Lorentz. Dans Sur l'électrodynamique des corps en mouvement, le physicien s'attaque au postulat d'un espace et d'un temps absolus, tels que définis par la mécanique de Newton, et à l'existence de l'éther, milieu interstellaire inerte qui devait soutenir la lumière comme l'eau ou l'air soutiennent les ondes sonores dans leurs déplacements. L'article, publié en juin, amène à deux conclusions : l'éther nexiste pas, et le temps et l'espace sont relatifs. Le nouvel absolu qu'Einstein édifie n'est plus lié à la nature quantitative de ces deux notions — l'espace et le temps, mais à la conservation de leur relation à travers les différents référe