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Invariabilité des lois et des constantes physiques

par ecl, le 28/05/2018 à 17:59 - 362 visites

Bonjour

Existe t il des preuves de l'invariabilité des lois (par exemple loi de la gravitation universelle ou lois de la relativité) et des constantes physiques (vitesse de la lumière, constante de Planck, etc..) dans le temps (ie: depuis le big bang) et dans l'espace (ie: en tout point de l'Univers) ? Ou est ce une simple conjecture ?

Merci

Réponse du Guichet du savoir

par bml_sci, le 31/05/2018 à 10:33

Réponse du département Sciences et techniques


Bonjour,

L’invariabilité des lois physiques est une grande question. Tellement grande qu’elle occupe une large part de l’histoire de la physique et de la philosophie passée et présente.

Par conséquent, il nous est un peu difficile de retracer l’ensemble du problème. Nous vous proposons une petite synthèse des pistes trouvées d’après les livres consultés dans le fonds science de la bibliothèque et vous conseillons quelques lectures abordables qui permettent d’entrer dans le sujet.

Voici comment on pourrait résumer la chose : d’abord, les lois physiques ont ce statut parce qu’elles ont été démontrées par l’expérience et qu’elles sont universelles, donc vraies en tous lieux et de tout temps. Cependant, les progrès de la science, avec notamment la relativité (générale et restreinte) et la mécanique quantique, ont questionné ce modèle d’universalité, sans d’ailleurs le contredire. Mais en donnant une autre conception de l’espace-temps, ces théories du XXème siècle ont complexifié le problème. S'ajoute à cela les théories cosmologiques, qui interrogent encore davantage nos représentations du réel. Mais détaillons un peu ces différents aspects que votre question implique.

La question de la constance des lois et de leur preuve :

Newton a fourni la règle de la continuité temporelle des phénomènes physiques qui est fondamentale pour une loi physique.

Stephen Hawking dans Y'a-t-il un grand architecte dans l'Univers ? explique qu’une « loi de la nature » serait définie comme « une règle établie par l’observation d’une régularité, permettant d’énoncer des prédictions qui dépassent les situations immédiates les engendrant. »

Il ajoute qu’« en science moderne, les lois de la nature s’expriment couramment en langage mathématiques. Elles peuvent être exactes ou approchées mais elles ne doivent souffrir aucune exception – sinon de façon universelle. Ainsi on sait aujourd’hui qu’il faut modifier les lois de Newton pour les objets qui se déplacent à des vitesses proches de la lumière. Nous les appelons pourtant des lois car elles s’appliquent, au moins en très bonne approximation, aux situations du quotidien pour lesquelles les vitesses sont très inférieures à celles de la lumière. » Cela donne un premier élément de réponse.


La question de l’espace et du temps :

La relativité d’Einstein et la mécanique quantique, nous le disions, ont remis en cause la conception classique de l’espace et du temps. (Voir notamment l'article Le temps de la physique d'Etienne Klein). Cela implique que si les lois de la physique classique restent vraies, c’est dans le modèle classique. Considérées à partir d’un autre espace-temps, elles pourraient être différentes. « Nous et notre modèle quadrimensionnel ne sommes peut-être que des ombres sur la frontière d’un espace-temps à cinq dimensions » ajoute Hawking.

La question du point de vue :

En fait la question philosophico-physique de l’observation de la réalité est cruciale pour ce problème. Hawking explique qu'il y a plusieurs référentiels à partir desquels l’observateur (le physicien) expérimente le réel (réaliste, antiréaliste, réaliste modèle-dépendant) et selon celui que l’on choisit, les lois physiques seront considérées différemment. Ce problème, bien connu depuis Platon, Hawking le décrit en utilisant la métaphore d’un poisson rouge dans un bocal ayant son référentiel propre. Ne sommes-nous pas dans la même configuration ? C'est la question que les physiciens intègrent dans leurs recherches : « décrire les évènements d’une galaxie lointaine dans le référentiel d’un bocal sur Terre serait très étrange, surtout quand ce bocal suit la rotation de la Terre, laquelle orbite elle-même autour du soleil (Hawking, toujours dans l'ouvrage précité)


La question de la cosmologie :

Enfin, rappelons que les théories cosmologiques sont diverses et restent pour une part des hypothèses. En fonction des conceptions de l’Univers qui pourront être démontrées, le problème de la constance des lois au fin fond de l’Univers pourrait encore évoluer.

Quelques conseils de lecture :

- Y'a-t-il un grand architecte dans l'Univers / Stephen Hawking,

- De Pythagore à Einstein, tout est nombre : la relativité générale, 25 siècles d'histoire / Nathalie Deruelle

- Les idées noires de la physique / Vincent Bontems & Roland Lehoucq

- Les grandes découvertes de l'histoire de la physique et leurs démonstrations en 128 exercices / Jean-Marc Ginoux

- Une histoire des idées en physique / Robert Locqueneux

- La renaissance du temps : pour en finir avec la crise de la physique / Lee Smolin

- Rien ne va plus en physique ! : l'échec de la théorie des cordes / Lee Smolin

- L'histoire des sciences pour les nuls / Vincent Jullien

Bonne journée
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