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Ère industrielle

Avec Sadi Carnot apparait la thermodynamique, initialement pour améliorer les performances des machines à vapeur. C'est la fin du rêve du «mouvement perpétuel»: une théorie scientifique établit maintenant qu'il n'est pas possible de tirer de l'énergie de nulle part, et que l'énergie se «dégrade». Boltzmann comprend alors l'origine statistique du second principe, le seul qui fasse apparaître une distinction entre passé et futur en physique!

Une autre théorie très importante est l'électromagnétisme, unification de l'étude de l'électricité et du magnétisme. C'est James Maxwell (1831–1879) qui finira d'unifier les deux théories, et qui introduira les derniers termes dans les équations qui portent maintenant son nom et qui décrivent le comportement des champs électriques et magnétiques. À l'époque, une constatation est faite: les équations de Maxwell ne sont pas invariantes par transformation de Galilée. Et une controverse fait rage: si la lumière est une onde, elle se déplace dans un milieu, puisque c'est le cas pour toutes les ondes que l'on connaît. L'éther est évoqué comme hypothèse pour ces deux problèmes.

Les expériences de Michelson et Morley conduisent cependant à penser que la vitesse de la lumière est la même quelle que soit la direction, ce qui est en contradiction avec l'idée d'un éther fixe dans lequel la lumière se propagerait, sauf si on accepte l'hypothèse de la contraction des longueurs émise par Fitzgerald et Lorentz: la transformation de Lorentz, énoncée par Fitzgerald (et aussi par Voigt) en 1889 et indépendamment par Lorentz en 1892. C'est surtout l'expérience de Kennedy-Thorndike qui donna le coup de grâce au concept d'éther.

L'ère de la mécanique classique se referma sans doute lorsque fut découverte la relativité restreinte, par Albert Einstein et Henri Poincaré simultanément. Cette théorie, en postulant que le temps pouvait être relatif, mettait un point final aux débats sur l'existence de l'éther, et permettait de constater que la mécanique de Newton n'avait qu'un domaine limité de validité.

Einstein, continuant dans cette voie, mettra au point la théorie de la relativité générale, avec l'aide de David Hilbert en utilisant un domaine tout jeune des mathématiques. Cette théorie conduira à expliquer les constatations de Edwin Hubble, qui annonce en 1929 que les galaxies qui nous entourent s'éloignent de la notre. Cette constatation conduira à l'hypothèse du commencement de l'univers dans une grande explosion appelée ironiquement «Big Bang».

Au début du XX^e siècle, suite aux travaux de Max Planck et d'Einstein démontrant l'existence du photon (quantum de lumière) se produisit la plus grande révolution conceptuelle de la physique: la naissance de la mécanique quantique. Cette théorie mit un terme définitif à l'âge d'or de la mécanique de Newton: on considère que celle-ci ne décrit guère qu'une petite partie des phénomènes naturels, ceux qui se produisent à notre échelle, en gros.

1896: radioactivité, Antoine Henri Becquerel, France

1896: radium, Pierre et Marie Curie, France

1897: électron, Joseph John Thomson, Royaume-Uni

1898: polonium, Pierre et Marie Curie, France

La découverte de la radioactivité et son interprétation se produit en même temps — le début du XX^e siècle est une succession de découvertes scientifiques qui remettent complètement en cause notre vision de l'univers et du monde.

Si la radioactivité est découverte par Henri Becquerel, Ernest Rutherford jouera un rôle essentiel dans la compréhension de ce phénomène: c'est lui qui comprend que plusieurs rayonnements sont à l'œuvre (il les appellera alpha et bêta) et que la radioactivité s'accompagne d'une transmutation. Il découvre aussi que les atomes comportent un noyau, sorte de graine positive.

Avec l'informatique sont apparus dans la seconde moitié du XXe siècle de nouvelles possibilités de modéliser les phénomènes physiques. Les équations de différentes théories physiques peuvent être résolues à l'aide de modèles numériques - différences finies, éléments finis - afin de rendre compte des phénomènes physiques. Par exemple, les équations de Navier-Stokes peuvent être résolues numériquement pour calculer les évolutions de la vitesse et de la température d'un fluide.

Les capacités de stocker les mesures sont telles que, même si on n'a pas de modèle pour expliquer un phénomène, on est de plus en plus capable de suivre son évolution numériquement.

Les outils d'informatique scientifique et technique devraient aider profondément les scientifiques et les ingénieurs à fiabiliser les méthodes expérimentales et à éliminer toutes les pseudo-hypothèses qui renaissent de façon récurrente.